Disposition des Eisenbahnbetriebs unter Einbeziehung von zufallsbedingten Unsicherheiten im künftigen Betriebsablauf

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ullrich Martin
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 325300628

Aufgrund des steigenden Verkehrsaufkommens und der begrenzten Erweiterbarkeit der Infrastruktur werden Eisenbahnnetze, insbesondere in hoch belasteten Bereichen, häufig an ihrer Belastungsgrenze betrieben. Hieraus resultiert, dass Basisfahrpläne anfällig gegenüber Betriebsstörungen sind, und die daraus entstehenden Folgeverspätungen die Betriebsqualität verschlechtern. Zur Lösung dieses Problems wurden bereits umfangreiche Forschungsarbeiten zur Weiterentwicklung der festgelegten stabilen Fahrpläne und des Echtzeit-Dispositionsalgorithmus geleistet. Jedoch wurde erkannt, dass zu stabile Fahrpläne die Betriebskapazität des Eisenbahnnetzes inakzeptabel absenken können und Fahrzeitzuschläge und Pufferzeiten im überfüllten Netzabschnitt systematisch nur schwer implementierbar sind. Überdies beziehen konventionelle Dispositionsalgorithmen zukünftige zufallsbedingte Unsicherheiten nicht in den Dispositionsprozess ein. Hierdurch werden praxisgerechte Dispositionslösungen ausgeschlossen, woraus wiederum eine schlechtere Pünktlichkeit und iterative Dispositionshandlungen resultieren. Um dem entgegen zu treten, soll in diesem Projekt ein neuer Algorithmus für Echtzeit-Dispositionsprozesse entwickelt werden, der risikoorientiert zufallsbedingte Unsicherheiten im künftigen Betriebsablauf berücksichtigt. Im Verlauf dieses Projekts wird zunächst eine betriebliche Risikokarte erstellt: Durch die Simulation von Fahrplänen in großer Anzahl mit zufallsbedingten Unsicherheiten nach dem Monte-Carlo-Verfahren und der Berechnung der zugehörigen gewichteten außerplanmäßigen Wartezeit können jedem Blockabschnitt des betrachteten Eisenbahnnetzes verschiedene Risikostufen zugewiesen werden. Innerhalb eines rollierenden Zeitrahmens können Konflikte unter Einbeziehung von zufallsbedingten Unsicherheiten für jeden Blockabschnitt risikoorientiert entdeckt und die nahezu optimalen dispositiven Lösungen mithilfe des Tabu-Suchalgorithmus generiert werden. Abschließend werden Versuche zur Validierung mithilfe der vorhandenen Software PULEIV durchgeführt, um so die Effektivität und den Nutzen des vorgeschlagenen Dispositionsalgorithmus bewerten zu können. Dies geschieht anhand dreier zugehöriger Kennwerte: Anzahl der Dispositionshandlungen, gewichtete außerplanmäßige Wartezeit und Kapazität. Die vorgeschlagenen Algorithmen sollen in der Lage sein, automatisch die nahezu optimale Dispositionslösungen zu erzeugen, die auf stabilen Dispositionsfahrplänen mit hinreichender Pünktlichkeit und Kapazität beruhen, indem bei der Generierung dieser Fahrpläne bereits die gegenseitigen Wirkungen der dispositiven Maßnahmen berücksichtigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen