Integrierte Leistungsfähigkeits- und Zuverlässigkeitsberechnung für spurgeführte Verkehrssysteme mit Hilfe analytischer Modelle

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Nils Nießen
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283085490

Bei der Berechnung der Leistungsfähigkeit von Eisenbahnbetriebsanlagen und der dort entstehenden planmäßigen und außerplanmäßigen Wartezeiten werden seit vielen Jahren analytische Modelle erfolgreich eingesetzt. Gegenwärtige Modelle setzen die uneingeschränkte Verfügbarkeit aller Systemkomponenten voraus. Störungen werden lediglich implizit bei der Berechnung der außerplanmäßigen Wartezeiten in Form von zufällig eingestreuten Urverspätungen, d.h. Verspätungen, die nicht durch fahrplanbedingte wechselseitige Abhängigkeiten zwischen Zugfahrten bedingt sind, berücksichtigt. Eine explizite Betrachtung des Ausfall- und Instandsetzungsgeschehens von Infrastruktur und Rollmaterial fehlt in der Modellierung, hat aber für praktische Leistungsfähigkeitsberechnungen eine hohe Relevanz, insbesondere da angesichts des umfangreichen Sanierungsbedarfs und der prognostizierten Steigerung des Verkehrsaufkommens im deutschen Schienennetz die Bedeutung des Faktors Zuverlässigkeit weiter zunehmen wird.Im Projekt sollen bisherige Modelle zur Analyse von Bahnstrecken und -knoten um Komponenten zur Berücksichtigung des Ausfall- und Instandsetzungsgeschehens erweitert werden. Ziel ist es, durch die integrierte Modellierung von Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit ein Verfahren zu entwickeln, mit dem die Leistungsfähigkeit von Eisenbahnanlagen in Abhängigkeit vom Störgeschehen und der verfügbaren Infrastruktur ermittelt werden kann. Hierdurch werden insbesondere Erkenntnisse über Wechselwirkungen zwischen Infrastrukturzustand und Betriebsprogramm erwartet, die in die Planung und Bemessung zukünftiger Bauvorhaben einfließen können.In einem ersten Schritt sind bestehende Modelle mit dem aktuellen Stand der Warteschlangentheorie abzugleichen. Hier kann an den maßgeblich in Aachen erzielten derzeitigen Stand der analytischen Modellierung von Eisenbahnnetzen und deren Komponenten angeknüpft werden. Zur Modellierung des Ausfall- und Instandsetzungsverhaltens stehen dabei grundsätzlich drei Methoden zur Verfügung:- Einführung bedingter Urverspätungsverteilungen, welche die in das System eingetragenen Verspätungen in Abhängigkeit zum Störgeschehen stellen,- störungsbedingte Verlängerung von Belegungszeiten, z.B. bei Störungen am Rollmaterial oder partiellem Ausfall von Infrastruktur, die eine Geschwindigkeitsreduktion, jedoch keine Sperrung bedingen,- Nichtverfügbarkeit von Systemkomponenten. Die Ausfall- und Instandhaltungszeiten bis zur Wiederherstellung eines (eingeschränkt) funktionsfähigen Zustands werden durch hinterlegte Verteilungen bestimmt. Wechselseitige Abhängigkeiten, z.B. vom Auslastungsgrad, sind ggf. zu berücksichtigen.Durch die Zusammenführung dieser Methoden soll es gelingen, die Leistungsfähigkeit einer Bahnanlage selbst als Zufallsgröße zu beschreiben, welche maßgeblich vom Ausfall- und Instandsetzungsverhalten abhängt. Perspektivisch kann hieraus erstmals ein objektives Qualitätsmaß für das komplette System Eisenbahn abgeleitet werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen