Simulation von Eisenbahnnetzen

Für die kommenden Jahre wird weltweit ein stetig wachsender öffentlicher Zugverkehr erwartet. Eisenbahnunternehmen, insbesondere in dicht besiedelten Gebieten, stehen in Bezug auf dieses Wachstum vor zahlreichen Herausforderungen. Die größte Herausforderung besteht darin, die Schieneninfrastruktur zu optimieren, die Schienennutzung zu maximieren und sowohl die Passagiere als auch die Güterverkehrsunternehmen zufriedenzustellen. Lösungen für diese Herausforderung werden durch Sicherheitsvorschriften und den Wunsch nach Energieeffizienz eingeschränkt.

Simulation hat sich als unverzichtbares Instrument zur Entscheidungsunterstützung bei der Lösung dieser Herausforderungen erwiesen. Sie sind ein wichtiges Werkzeug für Eisenbahnnetzbetreiber, wenn sie beispielsweise Pünktlichkeits- und Robustheitsanalysen von Zugfahrplänen durchführen. Sie wird aber auch von Eisenbahnnetzbetreibern zur Sicherheits-, Kapazitäts- und Energieanalyse der (zukünftigen) Infrastruktur verwendet.

Seit mehr als 23 Jahren arbeitet INCONTROL an der Entwicklung kundenspezifischer Eisenbahnverkehrssimulatoren auf der Basis der Simulationsplattform Enterprise Dynamics®. In diesen Jahren hat sich INCONTROL zu einem Experten für Eisenbahnsimulation entwickelt, der die Konzepte und Systeme versteht, die für den Eisenbahnbetrieb relevant sind. Indem INCONTROL die Enterprise Dynamics®-Plattform mit Kundenanwendungen, Werkzeugen und Datensätzen verbindet, werden mikroskopische Mehrzweck-Eisenbahnsimulatoren in großem Maßstab erstellt, die für folgende Zwecke eingesetzt werden können:

• Simulationsstudien (Verwenden Sie die Simulation, um die Planung / Konstruktion und Optimierung von Zugfahrplänen, Gleisbelegung und Energieeffizienz zu unterstützen),
• Innovationsförderung (Bewerten Sie die Wirkung innovativer Maßnahmen und Systeme vor deren Umsetzung),
• Serious Gaming (Schulung von Mitarbeitern und Bewertung von Verfahren und Prozessen während umfangreicher Gaming-Sitzungen mit mehreren Anwendungen unter Verwendung einer verteilten Simulationsumgebung),
• Kommunikationsoptimierung, beispielsweise bezüglich der Information von Management, Mitarbeitern und Kunden über die Auswirkungen eines neuen Zeitplans.

Simulationsstudien: Bahnoptimierung

Mit dem neuesten niederländischen Eisenbahnsimulator von INCONTROL, der für den niederländischen Infrastrukturbetreiber ProRail entwickelt wurde, können Benutzer große Netzwerke auf mikroskopischer Ebene simulieren und visualisieren. Die Flexible Rail Infra Simulation of Operations (FRISO) unterstützt den Anwender durch die automatische Generierung eines vollständigen Simulationsmodells aus Unternehmensdatenquellen mit:

• Infrastrukturdaten (z. B. Gleise, Signale, Weichen, Routen und Steigungen),
• Fahrzeugdaten (Beschleunigen und Bremsen, „Zirkulieren“),
• Zugfahrpläne (Ankünfte, Abfahrten und Verbindungen),
• Konfigurationsdaten der Verkehrssteuerung

Simulationsmodelle können auch von Hand geändert oder entworfen werden, so dass Benutzer Varianten von vorhandenen Zugfahrplänen und Schieneninfrastruktur ohne Aufwand erstellen können.

FRISO modelliert praktisch alle Aspekte eines Eisenbahnnetzes. Signale, Verriegelungen, Weichen und Kreuzungen arbeiten nach ihren realen Eigenschaften. FRISO unterstützt sowohl das niederländische ERTMS-Sicherheitssystem NS54 als auch das europäische ERTMS und implementiert die Zugsicherungssysteme ATB-NG und ETCS. Die Bewegung von Zügen in FRISO wird anhand ihrer physikalischen Eigenschaften und äußeren Faktoren (Gefälle, Widerstand und Stromversorgung) modelliert. Die Auswirkung menschlicher Faktoren auf den Betrieb wird von verschiedenen Zugbetreibern und Disponenten modelliert. Zusammen bilden diese Komponenten einen realistischen Eisenbahnsimulator.

Ausgabekomponenten wie Zugdiagramme (Entfernung / Zeit, Geschwindigkeit / Entfernung & Höhe / Entfernung) und Gleisbelegungsdiagramme ermöglichen dem Benutzer eine einfache Beurteilung der Qualität von Zugfahrplänen und Infrastruktur. Die erweiterte Protokollierung hingegen ermöglicht es dem Benutzer, eigene Visualisierungen zu erstellen und statistische Berechnungen / Analysen der simulierten Realisierungsdaten durchzuführen.

Entwicklung und Bewertung neuer innovativer Maßnahmen und Systeme: TMS, ATO und ERTMS

FRISO kann Echtzeitinformationen über den Zustand von Zügen und Infrastrukturen senden und empfangen. Anhand dieser Informationen können der Zugbetrieb (Triebfahrzeugführer und Wachpersonal) und die Aufgaben der Zugabfertigung von externen Anwendungen übernommen werden. Beispielsweise kann das Verkehrsmanagementsystem (Traffic Management System, TMS) angeschlossen werden, ein System zur Optimierung des Verkehrs und zur Verbesserung der Pünktlichkeit, Sicherheit und des Energieverbrauchs in einem lokalen Gebiet mithilfe von Beratungsgeschwindigkeiten, Neuordnung und Umleitung von Zügen bei FRISO. Das TMS erreicht diese Ziele, indem es den Verkehr überwacht, zukünftige Konflikte erkennt, Geschwindigkeitsprofile neu terminiert und optimiert. Mit FRISO können TMS-Varianten verglichen und optimiert werden, bevor sie in der Praxis eingesetzt werden.

Um die Unterschiede zwischen den Triebfahrzeugführern zu untersuchen, wurden mehrere Triebfahrzeugführermodelle implementiert, darunter ein energieeffizienter und ein planbasierter Triebfahrzeugführer. Das genaueste Triebfahrzeugführermodell ist ein agentenbasiertes Modell, das anhand von Realisierungsdaten erstellt wird. Ebenso ermöglicht FRISO den Eisenbahnnetzbetreibern, die Auswirkungen der Einführung des automatischen Zugbetriebs (Automatic Train Operation, ATO) zu untersuchen. Kürzlich wurde FRISO ein Modul hinzugefügt, das ATO simuliert. Momentan berechnet dieses Modul das erforderliche Geschwindigkeitsprofil für einen Zug, um die geplanten Ziele rechtzeitig zu erreichen. In Zukunft könnte eine echte ATO-Komponente an FRISO angeschlossen werden, um deren Wirksamkeit vor der Inbetriebnahme zu bewerten. Derzeit unterstützt FRISO die externe Steuerung von Zügen, es wurde jedoch noch keine Bindung an echte ATO-Systeme hergestellt

Für ein kleines ERTMS-Pilotprojekt zwischen Amsterdam und Utrecht wurde ein FRISO-Simulationsmodell entwickelt, das ERTMS und Dual Signaling implementiert. Das Hauptziel des Piloten war es, kritisches Wissen und Erkenntnisse über den Übergang von bestehenden Sicherheitssystemen zu ERTMS auf verantwortungsvolle Weise zu erlangen und aufzuzeichnen.

Die Implementierung von ERTMS in einer dualen Signalumgebung in FRISO wurde von unabhängigen Experten erfolgreich validiert. FRISO hat sich als nützliches Instrument für ERTMS-Kapazitätsstudien und Energieeffizienzstudien erwiesen.

Serious Gaming: Simulationsbasiertes Training

FRISO wird seit 8 Jahren in der sogenannten verteilten Simulationsumgebung TRINITY eingesetzt. Hier kommunizieren sowohl betriebliche als auch simulierte Bahnanwendungen realitätsgetreu mit FRISO. Anwendungen für die Zug- (Um-) Planung (ProRail), Besatzungsplanung und Fahrzeugplanung (NS) können gleichzeitig während der Spielsitzungen verwendet werden. Diese einzigartige Simulationsumgebung ermöglicht groß angelegte Spielsitzungen mit bis zu 40 Teilnehmern in 4 verschiedenen Rollen.

Die TRINITY-Simulationsumgebung wurde erfolgreich eingesetzt, um die Disponenten auf Änderungen der Eisenbahninfrastruktur am Hauptbahnhof Utrecht vorzubereiten, dem niederländischen Hauptbahnhof, der täglich 285.000 Fahrgäste befördert. Die Simulation hat einen reibungslosen Übergang zum Betrieb einer Infrastruktur mit nur einem Drittel der ursprünglichen Anzahl von Switches ermöglicht.

Die Trinity-Simulationsumgebung wurde auch in einem Pilotprojekt für einen neuen Zugfahrplan mit 6 Intercity-Zügen pro Stunde zwischen Amsterdam und Eindhoven verwendet. Während der Spielsitzung wurden mehrere Szenarien bewertet, unter anderem ein Szenario mit Personen in den Gleisen und ein Szenario mit fehlerhaften Zügen.

Ihre Herausforderungen, unser Anliegen

Die Simulationsexperten von INCONTROL setzen ihr Fachwissen gerne für Ihre Herausforderungen ein. INCONTROL erstellt Ihre individuellen Mehrzweck-Eisenbahnsimulatoren, die Ihnen helfen, in die Zukunft zu blicken. Die Simulation bietet Ihrem Unternehmen nahezu unbegrenzte Möglichkeiten. Egal, ob Sie Ihre Zugfahrpläne verbessern, Ihre Systeme erneuern, Ihre Mitarbeiter schulen oder einen digitalen Zwilling der Schiene schaffen möchten, die Simulation kann helfen!

Bitte wenden Sie sich an INCONTROL, um herauszufinden, was die Simulationsexperten für Ihr Eisenbahnunternehmen tun können.