Simulation

Erfolgreiche Optimierung des Bahnverkehrs

Wie Siemens Mobility den Eisenbahnverkehr in kleinen und mittleren Netzen optimiert.

Datum: 16.10.2019

 

Seit 2016 entwickelt Siemens Mobility CH, im Auftrag von Siemens Mobility UK, den STI-DCR-Server (Systransis-Digital Conflict Resolution) für ein Transport Management System. Der Siemens Mobility STI-DCR-Server optimiert den Eisenbahnverkehr in kleinen und mittleren Netzen. Im Rahmen dieses Projekts konnten die Funktionalitäten und die Reduzierung von Verspätungsminuten in einer Simulation eindrücklich nachgewiesen werden.

 

Um den Verkehr zu optimieren, erstellen wir ein sogenanntes Prozessabbild, in dem die Topologie des Eisenbahnnetzes und die aktuelle Verkehrssituation abgebildet werden. Den aktuellen Verkehr vergleichen wir mit dem Fahrplan. Kein Zug verkehrt pünktlich. Die einen sind ein paar Sekunden zu früh, andere sind ein paar Minuten zu spät. Der Tagesfahrplan bekommt durch diese Abweichungen Konfliktsituationen, zum Beispiel dann, wenn zwei Züge gleichzeitig den gleichen Streckenabschnitt oder die gleiche Weiche befahren wollen. So kumulieren sich Verspätungen. Ein weiterer Grund für Verspätungen entsteht bei Störungen an der Infrastruktur oder wenn ein defekter Zug einen Streckenabschnitt blockiert.

 

Der STI-DCR Server beobachtet den aktuellen Verkehr und berechnet, wo in der nahen Zukunft welche Konfliktsituationen entstehen. In einem zweiten Schritt berechnet er, wie die involvierten Konflikt-Zugfahrten beeinflusst werden müssen, um die Verspätungsminuten zu reduzieren. Dies erreicht der Server durch das Tauschen von Zugreihenfolgen, das Verlegen von Kreuzungsstationen, das Einfädeln von Zügen auf Einspurstrecken oder die Umleitung von Zügen über alternative Fahrwege.

 

Nach ausgiebigen Tests des gesamten Systems im Labor mit realen Umsystemen, jedoch mit einer beschränkten Anzahl von Zügen, wollten wir wissen, wie sich das System bei viel Verkehr verhält. Siemens Mobility UK beauftragte die auf Verkehrssimulationen spezialisierte Firma Graffica, unseren STI-DCR-Server zu testen. Graffica modelliert einen Teil von Manchesters Topologie und den dazugehörigen Fahrplänen. Der Ausschnitt wurde so gewählt, dass er die Station mit den meisten Verspätungsminuten in England beinhaltet. Der Simulator Hermes ARS simuliert neben dem Verhalten der Sicherungstechnik auch das Fahrverhalten der Lokführer.

 

Graffica simulierte verschiedene Szenarien mit Weichenstörungen und Zügen, die Streckenabschnitte blockieren. Die Simulation umfasst die Zeitspanne von 14:00 bis 20:00 Uhr, womit auch die Stosszeit enthalten war. Es zeigte sich, dass der STI-DCR-Server die Zugreihenfolgen richtig vertauscht und den Zügen neue Fahrwege zuweist. Dadurch reduzieren sich die Verspätungsminuten erheblich. Bei diesen ersten Tests mit simuliertem Verkehr offenbarten sich auch Verhaltensweisen des Servers, die noch nicht optimal sind.

 

Wir erhielten äusserst wertvolle Inputs für die Weiterentwicklung unseres Systems. Weiter stellte sich heraus, dass die Simulation noch nicht mit allen Features umgehen kann, die wir für die Optimierung des Verkehrs einsetzen. Unsere Optimierung ist in Wirklichkeit besser als in der Grafik dargestellt.

 

 

Graffica Simulation

In der Grafik ist gut zu erkennen, dass die Konfliktlösungen des STI-DCR Servers eine erhebliche Reduktion der Verspätungsminuten erreichen. Da die Simulation und der Server noch nicht optimal zusammenarbeiten, ist die tatsächlich erreichte Verbesserung grösser als in der Grafik ersichtlich

Wie geht es weiter?

 

Das DCR-System wird im Herbst in Derby in den Schattenbetrieb gehen und im Hintergrund den Verkehr optimieren, ohne ihn tatsächlich zu beeinflussen. Im nächsten Jahr geht die Entwicklung weiter. Die Themen sind Skalierbarkeit, Erhöhen der Performance, Testen und Erweitern der Sandboxfunktion. Mit der Sandbox erhält der Disponent ein Werkzeug, mit dem er die Auswirkung seiner Entscheidung auf den Verkehr beurteilen kann, bevor er die Änderungen an den Server übermittelt.