Integrated Dispatching in Railway Operations
Final Report Abstract
Die Disposition im Eisenbahnwesen ist eine komplexe Aufgabe und wird bisher größtenteils manuell von Disponenten durchgeführt. Bei unübersichtlichen Betriebssituationen und relativ kurzen Zeiträumen, in welchen Dispositionsentscheidungen getroffen werden müssen, können bei der manuellen Disposition jedoch oft keine für das Gesamtnetz optimalen Entscheidungen getroffen werden. Im Rahmen des DFG-Projekts wurde das Dispositionssystem OptDis entwickelt, welches in Echtzeit die Betriebssituation analysiert und Konflikte zwischen den Zugfahrten auf Basis der Sperrzeitentheorie erkennt. Die Disposition wird in ein mathematisches Optimierungsproblem überführt und unter Minimierung der Gesamtverspätung ein optimaler konfliktfreier Dispositionsfahrplan bestimmt. Dieses Projekt „Integrierte Disposition im Eisenbahnbetrieb“ sieht nun die Anwendung von OptDis an der Eisenbahntechnischen Lehr- und Versuchsanlage (ELVA) der RWTH Aachen unter realitätsnahen Bedingungen vor. Die ELVA verfügt über eine Modellbahnanlage mit einem Streckennetz von ca. einhundert Kilometern, welches durch mit der Anlage verbundene Originalstellwerke gesteuert wird. Zur Durchführung des Projekts musste zunächst eine Softwareschnittstelle zur Kommunikation der ELVA mit dem Dispositionssystem OptDis entwickelt werden. Dabei werden in Echtzeit die Daten des automatisierten Betriebs übermittelt. OptDis analysiert kontinuierlich die aktuelle Betriebssituation und bestimmt Dispositionsmaßnahmen, die wiederum an die Steuerungssoftware der ELVA übermittelt werden. Die getroffenen Dispositionsentscheidungen werden anschließend an der Modellbahnanlage in Echtzeit umgesetzt. Auf Basis des ermittelten Dispositionsfahrplans werden dynamisch Geschwindigkeitsprofile für die Zugfahrten erzeugt und umgesetzt. Hierdurch werden insbesondere Erkenntnisgewinne für den fahrerlosen Betrieb erzielt. Für die jeweiligen Zugfahrten vorgesehene Fahrstraßen werden automatisiert mithilfe einer in die Steuerungssoftware integrierten Stellwerkslogik eingestellt. Die entwickelte Steuerungssoftware der ELVA und die Schnittstelle für die Kommunikation mit dem Dispositionssystem ermöglichen die Testung und Validierung der in OptDis integrierten Dispositionsalgorithmen in Echtzeit. Über vorab definierte Störungsszenarien werden Verspätungen für verschiedene Zugfahrten vorgegeben. Die entwickelte Testumgebung bietet somit den Vorteil einer realitätsnahen Testung des Dispositionssystems, wobei - im Gegensatz zu einer Testung im realen Betrieb - keine Beeinträchtigung der Betriebsabwicklung entsteht, wenn während der Testphase Probleme auftreten. Die Betriebssituationen sind darüber hinaus exakt rekonstruierbar, wodurch insbesondere der Vergleich verschiedener Verfahren möglich ist. Erste Testungen von OptDis konnten an der ELVA bereits erfolgreich durchgeführt werden. Pandemiebedingt war das Eisenbahnlabor jedoch nur eingeschränkt verfügbar, wodurch eine ausgiebigere Validierung und die geplante Einbindung von externen Gästen nicht möglich war. Dies soll zukünftig nachgeholt werden, um direkte Vergleiche zwischen den Entscheidungen von OptDis und denen von erfahrenen menschlichen Disponenten durchzuführen.
Publications
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Praxisnahe Testung von Dispositionsalgorithmen in einem Eisenbahnlabor. International Railway Symposium Aachen 2021 (IRSA2021)
Liebhold, A. ; Weymann, F. ; Nießen, N.
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Testung von Dispositionsalgorithmen an der Eisenbahntechnischen Lehr- und Versuchsanlage. Deine Bahn 10/2021, S.54-56
Liebhold, A. ; Nießen, N.
