Construction of a semi-qualitative risk graph for the application to railway systems

In der Vergangenheit wurden im Eisenbahnwesen quantitative Risikoanalysen durchgeführt, die zeit- und personalaufwändig sind. Eine Möglichkeit, in Zukunft zu effektiveren Lösungen zu kommen, ist die Anwendung von semi-qualitativen Methoden. Semi-qualitative Methoden werden basierend auf einem nachvollziehbaren mathematischen Modell konstruiert. In semi-qualitativen Methoden werden mehrere Parameter zur Beschreibung von Risiko auf Skalen mit diskreten Klassen abgebildet. Der Anwender muss zunächst die zu analysierende Funktion bzw. Gefährdung mit allen einzuhaltenden Randbedingungen beschreiben. So entstehen verschiedene Szenarien. In einem zweiten Schritt werden für jedes Szenario die passenden Parameterklassen ausgewählt. Aus der Kombination der gewählten Parameterklassen ergibt sich die einzuhaltende Anforderungsklasse und ggf. das damit verknüpfte quantitative Sicherheitsziel. Die Arbeit beginnt mit einer Einführung in die Risiko-Thematik. Es werden die relevanten Normen vorgestellt und die für die Arbeit wesentlichen Begriffe diskutiert. Im zweiten Kapitel wird zunächst eine Klassifikation von Methoden zur Risikoabschätzung entwickelt. Es wird die Methode Risikograph vorgestellt. Der Risikograph wird von anderen Methoden zur Risikoabschätzung abgegrenzt. Um aufzuzeigen, wo bestehende Risikographen Defizite haben, werden zwei aktuelle Risikographen vorgestellt und hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit und Nachvollziehbarkeit analysiert und diskutiert. Zum Abschluss des Kapitels werden die Anforderungen an Risikographen zusammengefasst. Im Kapitel drei werden die Arbeitsschritte der Risikographerstellung erarbeitet und diskutiert. Danach erfolgt basierend auf den Ergebnissen des vorhergehenden Abschnitts die Konstruktion eines Beispielrisikographen in Anlehnung an den in VDV-Richtlinie 332 vorgestellten Risikographen zur Anwendung auf Bahnsignalanlagen bei Nichtbundeseigenen Eisenbahnen.For changed or new parts of the railway system a risk analysis has to be performed. In the past, usually quantitative risk analyses methods were used which are expansive, difficult due to not enough data and time consuming. A possibility for more effective risk analyses is the use of semi-qualitative methods, e.g. risk graphs. Semi-qualitative methods are designed based on a comprehensible mathematical model. In semi-qualitative methods several parameters are used for the description of risk. For each parameter a scale with discrete classes is constructed. At first, the user has to describe the scenario for which he/she wants to assess the risk and define the conditions which apply. Secondly, he/she has to select the suitable parameter classes for each scenario. From the combination of the selected parameter classes the requirement class and/or the quantitative safety requirement will result. The presented work has developed a guideline for the construction of semi-qualitative risk assessment methods and has constructed a risk graph for the application to the railway sector. The work begins with an introduction to the risk topic. The relevant standards are presented and the relevant terms for the work are discussed. In the second chapter first a classification for risk assessment methods in general is developed. The method risk graph is presented. In order to point out, where existing risk graphs have deficits, two current risk graphs are presented, analyzed and discussed regarding its applicability and comprehensibleness. In chapter three a guideline for the construction of a risk graph is developed discussing all relevant aspects which have to be considered when constructing a risk assessment method. The guideline can also be used for the construction of other semi-qualitative risk assessment methods. Based on the construction guideline und using the example of the risk graph in VDV 332 for Nichtbundeseigene Eisenbahnen, in chapter four an example risk graph is designed

Flexible Arbeitsumgebungen für die ATO-Rückfallebene

Auch für den fahrerlosen automatisierten Vollbahnbetrieb ist für den technischen Störfall eine Rückfallebene mit menschlichem Eingreifen zwingend erforderlich. Da im fahrerlosen Betrieb kein Triebfahrzeugführer (Tf) zur Verfügung steht, müssen für diese Rückfallebene neue Konzepte erarbeitet werden. Im vorliegenden Beitrag werden erste Ansätze aufgezeigt, welche Aufgaben beispielsweise von einem Zugbegleiter oder Remote Operator übernommen werden könnten, wie eine Interaktion zwischen den beiden Rollen stattfinden könnte und wie moderne Technologien mit verringerter technischer Ausstattung die Arbeitsumgebung flexibilisieren können

Wie schnell können Triebfahrzeugführer Informationen wahrnehmen?

Die Einführung des automatisierten Fahrens eines Zuges (ATO) wird den Bahnbetrieb signifikant verändern. Aufgaben von Triebfahrzeugführern (Tf) werden durch technische Systeme übernommen. Für die Gestaltung dieser technischen ATO-Systeme ist das Verständnis der menschlichen Leistungsfähigkeit einschließlich ihrer Grenzen von großer Bedeutung, insbesondere für die Festlegung der Anforderungen an die Leistungsfähigkeit eines ATO-Systems. Tf nutzen im Rahmen der Zugsteuerung ihre Sinne zur Wahrnehmung der Außenwelt. Diese Wahrnehmung der Außenwelt soll zukünftig durch Sensoren erfolgen. Ziel des Projekts ATO-Sense ist demnach die Ermittlung eines Ansatzes zur Erfassung der menschlichen Leistungsfähigkeit als Definitionsgrundlage der Anforderungen an ein technisches ATO-System

Automatisiertes Fahren in Niedersachsen / Automated driving in Lower Saxony - ARTE

In der Geschichte der Eisenbahn steht ein neues Zeitalter bevor, das dem Sektor viele Vorteile bringt: Die Automatisierung des Schienenverkehrs. Alstom bringt dieses Ziel nun gemeinsam mit den wissenschaftlichen Partnern Technische Universität Berlin (TU Berlin) und dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) ein Stück näher. Mit dem Vorhaben Automatisiert fahrende Regionalzüge in Niedersachsen kurz ARTE, beginnt in Niedersachsen ein Forschungsvorhaben, das das automatisierte Fahren auf Basis von optischer Signal- und Hinderniserkennung in den Fokus stellt. Damit verbundene Ziele, wie die drastische Reduzierung der Emissionen des Verkehrssektors oder die Steigerung der Effizienz und Zuverlässigkeit werden greifbar

Automatisiertes Fahren in Niedersachsen / Automated driving in Lower Saxony - ARTE

In der Geschichte der Eisenbahn steht ein neues Zeitalter bevor, das dem Sektor viele Vorteile bringt: Die Automatisierung des Schienenverkehrs. Alstom bringt dieses Ziel nun gemeinsam mit den wissenschaftlichen Partnern Technische Universität Berlin (TU Berlin) und dem Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt (DLR) ein Stück näher. Mit dem Vorhaben Automatisiert fahrende Regionalzüge in Niedersachsen kurz ARTE, beginnt in Niedersachsen ein Forschungsvorhaben, das das automatisierte Fahren auf Basis von optischer Signal- und Hinderniserkennung in den Fokus stellt. Damit verbundene Ziele, wie die drastische Reduzierung der Emissionen des Verkehrssektors oder die Steigerung der Effizienz und Zuverlässigkeit werden greifbar

Scientific Railway Signalling Symposium 2023 - Einfach Fahren! – Digitale Transformation im Spannungsfeld Automatisierung, europäische Standardisierung und schneller Rollout

Im Rahmen des Programms „Digitale Schiene Deutschland“ wird aktuell an der digitalen Transformation der Infrastruktur gearbeitet. Ziel ist es unter anderem, eine höhere Kapazität sowie optimale Auslastung des Schienennetzes zu erreichen, ohne im größeren Umfang zusätzliche Gleise zu verlegen. Für dieses Ziel bedarf es eines harmonisierten und reibungslosen Zusammenspiels zukunftsweisender Technologien im Bereich der Leit- und Sicherungstechnik, die zunächst umfassend erforscht und anschließend im Feld eingesetzt werden müssen. Mit dieser spannenden Thematik beschäftigte sich das Scientific Railway Signalling Symposium (SRSS) 2023 am 14. Juni, welches vom Institut für Bahnsysteme und Bahntechnik der TU Darmstadt zusammen mit der DB Netz AG sowie erstmals dem Fachgebiet Bahnbetrieb und Infrastruktur am Institut für Land- und Seeverkehr der TU Berlin organisiert wurde. Ca. 100 Fachexpert:innen aus Forschung und Praxis verfolgten die unterschiedlichen Vorträge unter dem Tagungstitel „Einfach Fahren! – Digitale Transformation im Spannungsfeld Automatisierung, europäische Standardisierung und schneller Rollout“ und brachten ihre Expertise in Diskussionsrunden ein. Zu Beginn der Tagung stellte Volker Hentschel von der DB Netz AG in seiner Keynote das volle Potenzial des digitalen Bahnsystems vor. Dabei gab er einen Überblick über die Innovationen, deren Umsetzung in den kommenden Jahren im Rahmen der Digitalen Schiene zu erwarten sind. Daran anschließend diskutierten die Kleingruppen, welche Innovationen der digitalen LST schnell zu Verbesserungen im Feld führen können. Bevor Markus Montigel, RAILvelation GmbH, zum Abschluss des Tages durch einen interaktiven Vortrag das Motto des Tages „Einfach fahren“ noch einmal aus etwas Distanz reflektierte, boten zahlreiche Beiträge detaillierte Einblicke zu unterschiedlichen LST-bezogenen Themen aus Wissenschaft und Praxis. Aufgrund der gestiegenen Anzahl der Vorträge im Vergleich zu den Vorjahren wurde die Tagung im Nachmittagsblock erstmals in parallele Sessions aufgeteilt. In dieser Publikation sind diejenigen Beiträge enthalten, die erfolgreich den Review-Prozess durchlaufen haben. Eine wesentliche Innovation ist das Automatisierte Fahren, dessen Sicherheit vor Einführung geprüft und sichergestellt werden muss. Marco Kinas et al. beschreiben daher in ihrem Beitrag Aspekte des im Rahmen des ATO-RISK-Projekts verfolgten Ansatzes, so z.B. den Einsatz von Regelwerken als Risikoakzeptanzprinzip gemäß der CSM-Verordnung und die Analyse menschlicher Faktoren im Vergleich zum derzeitigen bemannten Betrieb. Neben der funktionalen Sicherheit spielt auch die Sicherheit vor Angriffen eine wichtige Rolle. Simon Unger et al. erläutern daher in ihrem Beitrag das Zusammenspiel zwischen Safety und Security und arbeiten insbesondere die Relevanz von Security in Safety-kritischen Systemen anhand des RaSTA-Protokolls heraus. Im Gegensatz zu Safety handelt es sich bei Security um einen dynamischen Aspekt, denn die Bedrohungslage durch Angreifer kann sich stetig wandeln. Matthias Drodt von der DB Netz AG und Frank Weber vom Eisenbahn-Bundesamt beschreiben in ihrem Beitrag daher Lösungsansätze zur Zulassung der sehr dynamischen IT-Security in Eisenbahnsystemen. Für eine schnelle Zulassung und einen schnellen Rollout ist auch eine Beschleunigung des Entwicklungs- und Sicherheitsnachweisprozesses notwendig. Frederic Reiter et al. beschreiben in ihrem Paper eine vollständig virtualisierte Evaluierungsumgebung für digitale Stellwerke, die die Komplexität reduziert und Tests für Ausführung von Funktionen vor der Integration mit physischen Komponenten ermöglicht. Gunnar Smith von Prover Technology aus Stockholm stellt in seinem Beitrag die Methoden vor, die zur Reduzierung des Aufwandes in der Entwicklungsphase der LST-Systeme und dadurch auch zum schnellen Rollout beitragen werden. Julian Lucas von der TU Darmstadt und Markus Rothkehl von der DB Netz beschreiben ein Konzept für ein modulares Nachweisverfahren für verschiedene Komponenten der digitalen Sicherungstechnik. Auch im Falle eines beschleunigten Rollouts wird jedoch eine längere Übergangsphase zur digitalen LST erforderlich sein, in der es mehrere Migrationsschritte geben wird. In seinem Beitrag erläutert Melvin Zinngrebe von SBB AG zwei Strategien, die von der SBB AG zur Bewältigung der Migrationsherausforderungen angewendet werden. Eine davon ist die Lebensverlängerung der ersten Generation elektronischer Stellwerke, um Investitionen in eine Übergangstechnologie vor der Führerstandssignalisierung (FSS)-Migration zu vermeiden. Die andere Strategie ist eine Nachrüstung mit FSS. Zuverlässige Infrastrukturdaten sind eine unerlässliche Voraussetzung für die erfolgreiche Durchführung der digitalen Transformation. Benedikt Wenzel et al. haben in ihrem Beitrag die Auswirkungen auf die Qualität von Infrastrukturdaten und geeignete Strategien zur Bewältigung der Herausforderungen, die mit der Erstellung und Pflege zuverlässiger Infrastrukturdaten verbunden sind, herausgearbeitet. Um Pünktlichkeit und den reibungslosen Zugverkehr sicherstellen zu können, ist die Gewährleistung der Verfügbarkeit von LST-Systemen ein wichtiges Thema. In ihrem Paper beleuchten Simon Hofer und Martin Müller von team Technology Management GmbH verschiedene Strategien, um die Anforderungen an die hohe Verfügbarkeit beim Zugsicherungssystem ETCS gewährleisten zu können. Die Potenziale für Kapazitätssteigerungen und Leistungsverbesserungen, die durch Digitale Stellwerke, ETCS und andere Technologien erzielt werden können, sind in Deutschland nach wie vor enorm. Peter Reinhart von der DB Netz AG fasst in seinem Paper den bisherigen Erkenntnisstand hierzu anhand des Digitalen Knoten Stuttgart zusammen. Die breite Themenvielfalt der in diesem Tagungsband enthaltenen Artikel zeigt, wie dynamisch das Umfeld in unserer Branche derzeit ist und wie viele spannende Innovationen wir in den nächsten Jahren erwarten dürfen

Influential Factors on Human Performance in Railways and their Interrelations

In this paper performance shaping factors (PSFs) that occurred most frequently in the analysis of signals passed at danger (SPADs) with the second generation method CAHR are discussed. In order to assess the validity of the identified PSFs, we compare our results with the results obtained from an adapted Why-Because-Analysis of a subset of the same incidents. The relationship and dependencies between the factors are discussed in detail. We put the identified PSFs for SPADs in the context of an existing PSF taxonomy, in the context of a simple model of the railway system and perform a clustering on them. In the last part of the paper we explain how future simulation studies can help to advance in the understanding of the identified PSFs and their relationships

Rail Human Factors. Proceedings of the 2nd German Workshop on Rail Human Factors.

Human factors in railways is a topic that becomes more and more important. So far, changes to the railway system were driven by technical developments with the human acting as back up. However, little thought was given if and how humans can best fulfill their new role. Unfortunately, accidents and incidents show us again and again that despite having highly automated and reliable systems not taken care of the humans in the process can lead to unsafe situations. Preventing errors and a user friendly design of processes, workflows, and systems are essential factors for safe and efficient rail traffic. Aim of the 2nd German Workshop on Rail Human Factors is to raise awareness to the importance of Rail Human Factors and to trigger research in this area. The main topics are: • user centred design of systems and interfaces in the rail sector, especially for workplaces in control centres and in the train driver’s cabin, • level crossing, • safety and human reliability, • training, competencies and future tasks for personnel in the rail system, • human information processing and its influence on user behaviour and performance (e.g., also fatigue and monotony)