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SBB-Forschungsfonds 'Automatisierte Fahrplanplanung'

Mit ‚Bahn 2000‘ wurde das schweizerische ÖV-Angebot international zum Vorbild. In Zusammenarbeit mit dem Projekt SmartRail 4.0 entwickelt das IDP Algorithmen zur Automatisierung der zugrundeliegenden Planungsmethoden.

In den nächsten 5 bis 10 Jahren wird der öffentliche Verkehr in der Schweiz sowie in anderen europäischen Ländern technologisch und organisatorisch stark verändert. Es werden jedoch auch Änderungen auf Kundenseite stattfinden, die zu unterschiedlichem Mobilitätsverhalten und Nachfrageverhalten führen. Diese Änderungen führen zu zusätzlichen Herausforderungen für Transportdienstleister in privaten und öffentlichen Bereichen. Die Zeit bis zur Inbetriebnahme eines Fahrplanangebots wird ein entscheidender Erfolgsfaktor sein. Die Geschwindigkeit und Flexibilität der Geschäftsprozesse sowohl im Güterverkehr als auch im Personenverkehr muss daher erheblich gesteigert werden.Innerhalb der Wertschöpfungskette ‘öffentlicher Verkehr’ (Streckenplanung, Fahrplanerstellung, Fahrzeug- und Personalplanung etc.) ist die Abstimmung der einzelnen Planungsschritte ein wesentlicher Erfolgsfaktor. Die SBB als führender Dienstleister im öffentlichen Verkehr in der Schweiz hat diese Herausforderung erkannt und gemeinsam mit verschiedenen Partnern das strategische Entwicklungsprojekt Smart Rail 4.0 initiiert. Die ZHAW und insbesondere das Institut für Datenanalyse und Prozessdesign (IDP) der School of Engineering tragen an diesem Transformationsprozess mit Forschungs- und Bildungsaktivitäten bei. Die IDP-Forschung zielt daher darauf ab, akademisches und wissenschaftliches Know-how in die praktische Anwendbarkeit umzuwandeln.

Knotensystem Bahn 2000 (1. Etappe, oben) und Knotensystem ZEB (2030, unten) gelb: Vollknoten (00'/30') orange:Vollknoten (15',45'). Quelle: https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2652564

In einem ersten Schritt betrifft dies Forschungsfragen im Zusammenhang mit dem automatischen Erstellen des ÖV-Angebots (Linien- und Fahrplan-Planung).Das IDP-Projektteam betrachtet die Integration der Linienplanung und der Fahrplan-Planung als entscheidend für praktische Anwendungen und hat sich daher entschieden, sich diesem Forschungsthema zu widmen.Neben der Integration dieser Prozesse müssen aber auch Regeln und Bedingungen für eine engere Zusammenarbeit der beteiligten Geschäftsbereiche, die verschiedenen Transportunternehmen und die Infrastrukturbetreiber genauer ausgearbeitet und organisiert werden.Um die Abläufe zu digitalisieren entwickelt das Team eine Methodik für die computergestützte Fahrplanerstellung, die auf einem kundenbezogenen Planungsobjekt basiert. Dieses wird als «Service Intention» bezeichnet. Die Service Intention kann verwendet werden, um den Fahrplan anhand einer «progressiven Machbarkeitsbewertung», die in der Praxis gefordert wird, iterativ zu entwickeln.Unser vorgeschlagenes Modell basiert auf den Erweiterungen «Track-Choice» und «Line-Rotation» zu einer etablierten Methode für die Erzeugung periodischer Ereigniszeit-Pläne (Periodic Event Scheduling Problem, «PESP»). Die Erweiterung nutzt die Darstellung der Gleisinfrastruktur, die auch in gängigen manuellen Fahrplanungssystemen verwendet wird. Mit Hilfe solcher Planungstools ist es relativ einfach, das Fahrplan-Planungsproblem detailliert zu konfigurieren. Andererseits ist der Detaillierungsgrad der betrachteten Daten gering genug, um praktische Fahrplan-Planungsprobleme von realistischer Größe algorithmisch zu lösen.Unter Berücksichtigung aller technischer und betrieblicher Einschränkungen erzeugt das entwickelte Verfahren periodische Fahrpläne, einschließlich der Zuordnung von Eisenbahngleisen. Neben diesen Einschränkungen werden kommerzielle Anforderungen berücksichtigt, die hauptsächlich durch das Linienkonzept und den damit ermöglichtenTransportketten vorgegeben sind.

Transportkette gemäss SBB-Projektfolder SmartRail 4.0, Quelle: https://company.sbb.ch/content/dam/sbb/de/pdf/sbb-konzern/die-sbb-bewegt-die-schweiz/partnerschaften/01-SmartRail_Die_Bahn_der_Zukunft-SBB-Michel_Kunz.pdf

Durch die Nutzung infrastrukturbasierter Gleiskapazitäten können aber auch quantitative Aussagen zur Machbarkeit des gegebenen Linienkonzeptes gemacht werden. Darüber hinaus ermöglicht das Verfahren die Behandlung temporärer Ressourceneinschränkungen (z. B. verursacht durch Baustellen oder Betriebsstörungen).Um die Qualität des resultierenden Fahrplans zu bewerten, wurde ein Instrument für die Qualitätsmessung entwickelt, das den Komfort der Kunden (in Bezug auf die Reisezeit bis zum Ende) sowie die Anforderungen an die Betriebsstabilität (in Bezug auf Verzögerungsempfindlichkeit und kritische Beziehungen) berücksichtigt.