Ein Beitrag zur Disposition im Schienenverkehr: Zur Kopplung von Konfliktlösung und Fahrerassistenz

Der Schienengüterverkehr ist eines der wesentlichen Standbeine des europäischen Binnenmarktes. Studien sagen für den Zeitraum bis 2050 ein weiteres Wachstum des Schienengüterverkehrsaufkommens voraus. Um den dadurch bestehenden Bedarf decken zu können, ist es nötig, die Kapazität des Schienennetzes zu steigern bzw. die vorhandene Kapazität besser auszunutzen. Als kostengünstige Möglichkeit bieten sich daher Echtzeitbetriebsmanagementsysteme an, zu deren Komponenten auch Konfliktlösungs- und Fahrerassistenzsysteme gehören. Die Arbeit befasst sich mit der Verknüpfung von Konfliktlösungs- und Fahrerassistenzsystemen mit dem Ziel die Nutzung der Potenziale beider Systeme zu ermöglichen. Nach einer Betrachtung des Standes der Technik auf beiden Gebieten mit Fokus auf angewandten Algorithmen sowie möglichen Datenstrukturen für Schnittstellen wird das Konzept des Zuglaufoptimierungsplans als Menge von Zugfahrtkorridoren entwickelt. Zudem wird in einer Vorbetrachtung untersucht, welche Modelle und Algorithmen sich für Fahrdynamikrechnungen beider Systeme eignen, um durch unterschiedliche Algorithmik bedingte Abweichungen zwischen den Berechnungen beider Systeme zu minimieren. Daraufhin wird eine Schnittstellenlösung entwickelt, die Eingaben von Konfliktlösungssystemen nutzt und energieoptimierte Zuglaufoptimierungspläne berechnet. Damit sollen Zugfahrtkorridore so gestaltet werden können, dass sie sich für den Versand an Fahrerassistenzsysteme eignen. Dann werden die Abläufe der Gleisbelegung und die daraus entstehenden zeitlichen und räumlichen Einschränkungen für die Zugfahrten mit einem Constraint-Programm modelliert und mit dem Matlab-nonlinear-Constraint-Löser optimiert. Das Verfahren läuft in drei Schritten ab: - Vorverarbeitung; Berechnung der Fahrzeiten nach dem zuvor beschriebenen Algorithmus sowie der Energieverbräuche; - Berechnung der optimalen Zugpfade als Durchfahrzeitpunkte und Geschwindigkeiten nach Fahrplantreue, Energieverbrauch und Mindestgeschwindigkeit: - Ermitteln der optimalen Zuglaufkorridore aus den Zugpfaden. Es werden Möglichkeiten zur Reduktion der Rechenzeit des Verfahrens diskutiert und implementiert. In einer Fallstudie werden anhand zweier Szenarien europäischer Bahnkorridore die Einflüsse der verschiedenen Modellierungsvarianten auf Lösungsgüte und Rechengeschwindigkeit untersucht. Dabei wird deutlich, dass die vorgeschlagenen Modellvereinfachungen zu besserer Lösungsgüte bei gleichzeitiger Reduktion der Rechenzeit führen. Um uneingeschränkte Echtzeitfähigkeit zu erreichen, ist jedoch eine weitere Reduktion der Rechenzeit zu empfehlen. Diese kann beispielsweise durch den Einsatz spezialisierter Lösungsverfahren oder durch das Nutzen eines (noch zu entwickelnden) analytischen Zusammenhangs zwischen Fahrzeiten und Energieverbräuchen erreicht werden.:1 Einführung 2 Nichtlineare Optimierung in Konfliktlösungssystemen und Fahrerassistenzsystemen 3 Zuglaufrechnung als Voraussetzung für Interoperabilität 4 Modellierung des Schienenverkehrs zur Berechnung von Fahrzeit-Geschwindigkeit-Korridoren 5 Dreistufiges Verfahren zur Berechnung von Fahrzeit-Geschwindigkeit-Korridoren 6 Fallstudie zur Verknüpfung von Konfliktlösungssystemen mit Fahrerassistenzsystemen 7 Zusammenfassung und Ausblic