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Simulation von Bahnanlagen

Ausbaumaßnahmen innnerhalb von bestehenden Bahnanlagen stellen ein komplexes Planungsproblem dar. So sollte in einem gemeinsamen Projekt mit dem Ingenieurbüro K+V GmbH (Greven) die Frage untersucht werden, inwieweit die Errichtung einer Instandsetzungs- und Wartungsanlage den bisherigen Zugbetrieb innerhalb eines Bahnhofes beeinträchtigt, bzw. inwiefern die Betriebsabläufe trotz der damit verbundenen Kapazitätsverringerung der verfügbaren Gleise durch einfache Modifikationen aufrechterhalten werden könnten. Wichtig ist diese Fragestellung zum einen, da der betrachtete Bahnhof aufgrund hoher Verkehrsnachfrage insbesondere zu Ferienzeiten stark ausgelastet ist. Zum anderen müssen die im laufenden Betrieb ständig anfallenden Instandhaltungsmaßnahmen ausserhalb der Anlage durchgeführt werden, was zu zusätzlichen Fahrten und damit Kosten führt. Die Errichtung einer solchen Anlage innerhalb des Bahnhofsbereiches kann daher wesentliche Vorteile mit sich bringen.

Abbildung 3.9: Zeitabhängige Auslastung eines Moduls mit maximaler Kapazität 8.
\begin{figure}\noindent
\epsfig{file=verkehr/figures/kapa.eps,width=\linewidth} \end{figure}

Zur Beantwortung dieser Frage wurde ein Simulator erstellt. In dem hierfür entwickelten Modell wird die Gleisanlage in Abschnitte, Module, zerlegt, die im wesentlichen durch ihre Kapazitäten charakterisiert werden. Die Züge werden anhand ihrer vorgegebenen Fahrpläne durch diese Module bewegt. Dabei agieren die Module über einen Satz von Regeln miteinander, die steuern, ob Züge das jeweilige Modul verlassen dürfen oder nicht. Sie garantieren damit zum einen, dass die Kapazitäten der Module nicht überschritten werden. Zum anderen werden so Kollisionen zwischen Zügen und artifizielle Blockadesitutionen ausgeschlossen. Desweiteren ist es innerhalb des Modells möglich, wichtige Betriebsabläufe wie Blockabstände, Freimeldezeiten sowie das Koppeln und Entkoppeln von Zügen abzubilden.

Neben der Modularisierung der Anlage mit ihrem Regelwerk bildet der aktuelle Fahrplan die Basis der Simulation. Er stellt eine fahrbare, da bereits praktizierte Lösung in der Ausgangssituation dar und soll durch die Kapazitätsveränderung möglichst wenig beeinträchtigt werden, da der Fahrplan in überregionalem Zusammenhang gesehen werden muß. Der Fahrplan ist im Modell allerdings nicht starr vorgegeben, sondern es werden lediglich Ankunfts- und Abfahrtzeit an den Bahnsteigen fest kodiert. Für die weitere Bewegung durch die Anlage sind Mindestverweildauern und frühstmögliche Abfahrtszeiten festlegbar, die notwendige Fahrtzeiten und Servicezeiten garantieren. Unter Berücksichtigung der Vorgaben werden die Züge innerhalb des Modells durch die Anlage bewegt und notwendige Verschiebungen in den Plänen vorgenommen.

Die Ausgabe des Modells besteht aus den realisierten Umläufen der Züge durch die modularisierte Anlage sowie der Belegung der einzelnen Bereiche im Verlauf der Simulation (Abbildung 3.9). Die realisierten Umläufe werden tabellarisch den ursprünglichen Fahrplänen gegenübergestellt und aufgetretene Abweichungen kenntlich gemacht. So ist es zum einen für jeden Zeitpunkt möglich, ein aktuelles Bild der gesamten Anlage zu erhalten. Zum anderen ist unmittelbar ersichtlich, inwieweit die vorgegebenen Fahrpläne eingehalten werden können und an welchen Stellen Veränderungen im Betriebsablauf notwendig sind.

Insofern Kapazitätsrestriktionen keine umfassende Umgestaltung der Betriebsabläufe notwendig machen, stellt der realisierte Fahrplan eine mögliche Lösung dar, die nahe am ursprünglichen Umlaufplan der Züge liegt. Durch die flexible Gestaltung der Eingabe können ohne großen Aufwand verschiedene Szenarien durchgespielt werden, um geplante Maßnahmen zu bewerten.

Mit Hilfe des Modells und des entwickelten Softwaretools konnte in dem gemeinsamen Projekt mit der K+V GmbH gezeigt werden, dass bei den vorliegenden betrieblichen Abläufen innerhalb des untersuchten Bahnhofs, die Errichtung der vorgesehenen Wartungsanlage nicht realisierbar ist. Die hierfür entwickelte Methode ist gut auf andere Fragestellungen dieser Art übertragbar und kann als Grundlage für weitere Optimierungsansätze dienen.

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Kontakt: traffic@zpr.uni-koeln.de


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