Train Collision Avoidance with Mobile Devices for Sparsely Used Railway Lines

This paper shows the results of a communication range measurement campaign performed with mobile onboard units of a fully de-centralized train collision avoidance safety overlay system in typical environments of sparsely used railway lines. The most critical sections of the track with respect to a direct train-to-train communication channel were identified and selected for measurements in different antenna configurations. The measurement results justify the conclusion that the direct train-to-train communication channel along typical sparsely used railway lines fits the requirements of mobile onboard units of the train collision avoidance system

Channel Model for Train to Train Communication using the 400 MHz Band

This paper presents a channel model for direct train-to-train communication appropriate for the 400 MHz band. Extrapolation of theoretical and experimental results obtained for the planning of other railway communication systems like GSM-R is not obvious due to the difference in frequencies, antenna height and absence of base stations. In this paper, the analysis of the channel model covers different radio phenomena including path loss, Doppler, fading, and delay spread. Concretely we consider three scenarios (train stations, shunting yards and regional networks), for which the propagation channel characteristics are discussed. Furthermore, influence of special railway environments like cuttings which can be found near cities and towns, tunnels and bridges are encountered

Channel Model for Train to Train Communication using the 400 MHz Band

Abstract—This paper presents a channel model for direct trainto-train communication appropriate for the 400 MHz band. Extrapolation of theoretical and experimental results obtained for the planning of other railway communication systems like GSM-R is not obvious due to the difference in frequencies, antenna height and absence of base stations. In this paper, the analysis of the channel model covers different radio phenomena including path loss, Doppler, fading, and delay spread. Concretely we consider three scenarios (train stations, shunting yards and regional networks), for which the propagation channel characteristics are discussed. Furthermore, influence of special railway environments like cuttings which can be found near cities and towns, tunnels and bridges are encountered. I

Kuppelbarkeit von Nahverkehrstriebwagen und -zügen

In diesem Projekt wurde die Kuppelbarkeit von Nahverkehrstriebzügen hinsichtlich technischer und betrieblicher Aspekte untersucht. Die technischen Aspekte wurden anhand einer durchgeführten Recherche zu den bundesweit betriebenen Triebzügen betrachtet. Dabei wurden die verbauten Kupplungen, die betreffende Standards und wissenschaftliche Arbeiten analysiert. Es existiert nur eine geringe Anzahl an Literatur, die sich mit dieser Thematik auseinandersetzt, daher wurden ergänzende Interviews mit Expertinnen und Experten durchgeführt und die Diversitäten herausgearbeitet. Es zeigte sich, dass der aktuelle Fahrzeugbestand hinsichtlich der verbauten Kupplungen sehr inhomogen ist. Zwar besitzt ein Großteil der Fahrzeuge die Scharfenbergkupplung (SchaKu) Typ 10 zur mechanischen und pneumatischen Kupplung, aber die E-Kupplungen und die Leittechnik sind durch die fehlende Normung deutlich verschieden aufgebaut, sodass die Fahrzeuge baureihenübergreifend i. d. R. nicht kuppelbar sind. Hierzu wurden auch Detailanalysen von ausgewählten Stromlaufplänen durchgeführt. Die technischen Gründe für die Diversitäten können im Spannungsfeld von Wirtschaftlichkeit, Technik und Administration verortet werden. Wirtschaftliche Aspekte betreffen eine kostspielige Herstellung einer (herstellerübergreifenden) universellen Kuppelbarkeit, technische Aspekte die fehlende Normung der Schnittstelle sowie administrative Aspekte die derzeitige Fahrzeugbeschaffungspraxis. Ferner wurde analysiert, welche Fahrzeuge des heutigen Bestands miteinander in welchem Grade kuppelbar sind. Es zeigte sich, dass nur ein Bruchteil der Fahrzeuge betrieblich kuppelbar ist, zumeist innerhalb einer Baureihe eines EVU. Die Mehrzahl der Fahrzeuge ist mechanisch und pneumatisch kuppelbar, was zumindest im Abschleppfall hilfreich ist. Auch wurde betrachtet, welche Fahrzeuge hinsichtlich gegebener Infrastruktur miteinander sinnvoll betrieblich kuppelbar wären. Aufbauend auf der Analyse der Defizite wurden aktuelle Fahrzeugausschreibungen recherchiert und analysiert. Es zeigte sich, dass je nach Ausschreibung nur sehr wenige Mindestanforderungen an die Fahrzeuge gestellt werden, die Freiraum bei der Ausgestaltung lassen. Hinzu kommt, dass es bundesweit kein einheitliches Lastenheft für die Fahrzeuggestaltung gibt. Es gibt lediglich Empfehlungen ohne bindenden Charakter. Abschließend wurde eine Handlungsempfehlung erarbeitet, um die herausgestellten Defizite beseitigen zu können. Die Handlungsempfehlung umfasst die Beseitigung administrativer sowie technischer Hemmnisse und schließt mit einer allgemeinen Empfehlung. Die Beseitigung administrativer Hemmnisse umfasst u. a. die mangelnde Einheitlichkeit bei der Fahrzeugbeschaffung, die standardisiert erfolgen sollte. Zudem könnten Fahrzeuge losübergreifend beschafft werden, um einen kuppelbaren Fahrzeugpool zu bilden. Die Beseitigung technischer Hemmnisse umfasst u. a. die Erarbeitung eines Standards für die E-Kupplung und der zu übertragenden Funktionen. Die meisten Funktionen könnten über ausreichend sichere digitale Bussysteme zusammengefasst werden. Komfortfunktionen wie das FIS sollten lokal auf dem Fahrzeug ausgeführt werden und direkt mit der Zentrale kommunizieren. So ließe sich die Zahl der Kupplungskontakte reduzieren. Die Datenprotokolle sollten standardisiert werden, damit eine einheitliche Übertragung gewährleistet werden kann. Hierzu könnten Gateways die Schnittstelle zur Fahrzeugleittechnik bilden, um die Informationen zu übersetzen. Grundsätzlich sollte diese Thematik in Nachfolgeprojekten weiterverfolgt werden. Für die Bewertung der betrieblichen Auswirkungen, Potenziale und zu überwindenden Hürden einer MKB wurden bahnbetriebliche Analysen auf Basis von fahrdynamischen Simulationen durchgeführt und durch die Anwendung von Fahrplankonstruktionsansätzen sowie durch die Anwendung der Analytik zur Ermittlung der Kapazitätsauswirkungen unterfüttert. Durch die Identifizierung eines geeigneten Untersuchungsgebiets sowie betrieblicher Anwendungsbeispiele konnten Auswirkungen primär auf die generelle Machbarkeit innerhalb des geplanten Deutschlandtaktes 2030 identifiziert werden. Zur Bemessung der Auswirkungen wurden betriebliche Parameter z. B. in Form von Trassenauswirkungen und -verfügbarkeiten, Gleisbelegungen, theoretischen Leistungsfähigkeiten und zugehörigen Restleistungsfähigkeiten sowie des Fahrzeugbedarfs durch Umlaufverknüpfungen herangezogen. Identifizierte betriebliche Nutzenaspekte bei Einführung einer MKB sind die Erhöhung der Zahl von Direktverbindungen aufgrund der Durchbindung einzelner Linien. Durch die MKB entsteht eine Erhöhung der Fahrgastkapazitäten, da mehrere Zugteile im Verbund verkehren und die zugehörigen Umstiege für die Reisenden entfallen. Ein großer betrieblicher Nutzen der MKB ist der Aspekt, dass unterschiedliche Fahrzeuge einander ersetzen können. In den Szenarien wurde das Augenmerk auf die Einsparung von möglichen Fahrplantrassen durch das Bündeln von Linien gelegt. Durch die untersuchte Fahrtenbündelung anstelle von zwei separaten SPNV-Zugfolgen unmittelbar hintereinander konnte eine Trasseneinsparung von einer Trasse pro Stunde und Richtung erreicht werden. Bei der Bewertung des Fahrzeugbedarfs konnte durch eine exemplarische Berechnung der Reservefahrzeuge gezeigt werden, dass Einsparungen erreicht werden können, wenn die Fahrzeuge nicht nur linienscharf vorgehalten, sondern universell in größeren Teilnetzbereichen eingesetzt werden können. Je nach Größe des Teilnetzes liegt die Einsparung zwischen einem und 4,8 Prozent. Die größte identifizierte betriebliche Herausforderung stellt die Kuppelzeit innerhalb der Bahnhöfe und die damit verbundene Gleisbelegungszeit dar. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn ein Kupplungsvorgang an einem Bahnsteig des durchgehenden Hauptgleises durchgeführt werden muss. Die verlängerte Haltezeit hat eine unmittelbare negative Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit der anknüpfenden Strecke. Daher sind zusätzliche Bahnsteige oder Nebengleise für den Kupplungsvorgang vorzusehen, um eine Möglichkeit der Umfahrung und Überholung der Züge zu gewährleisten. Durch die verlängerte Haltezeit durch den Kupplungsvorgang ist daher zu überprüfen, ob insbesondere im Deutschlandtakt 2030 noch Fahrzeitreserven zwischen zwei Halten eingeplant werden können, um diese verlängerte Reisezeit auszugleichen