Netzsimulation im DLR

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1 Netzsimulation im DLR Retzbach-Zellingen, 14. Dezember 2005 Dr.-Ing. M. Meyer zu Hörste DLR, Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung Braunschweig Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 1

2 Gliederung Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) Das Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung (IFS) Eisenbahnforschung im IFS Railway Simulation and Testing RailSiTe Netzsimulation Wie und wozu? Beispielprojekte Streckenleistungsfähigkeit ETCS L1 Limited Supervision für Lückenschlüsse Betriebskonzept regionaler Bahnen Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 2

3 Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. in der Helmholtz-Gemeinschaft Forschungsbereiche Luftfahrt Raumfahrt Energie Verkehr Das DLR in Zahlen Gesamtbudget: Mio. Euro Mio. Euro Wissenschaftliche Kompetenz: über MitarbeiterInnen davon WissenschaftlerInnen Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 3

4 Institute und wissenschaftliche Einrichtungen des DLR Standorte 31 Institute und Einrichtungen in 8 Standorten 6 Außenstellen Außenbüros in Brüssel, Paris und Washington. DNW Hamburg Trauen Braunschweig Neustrelitz Berlin-- Adlershof Beteiligung des DLR an: European Transonic Wind Tunnel (ETW) Deutsch-Niederländische Windkanäle (DNW) Göttingen Köln-Porz Bonn St. Augustin Darmstadt Lampoldshausen Stuttgart Oberpfaffenhofen Weilheim Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 4

5 Schwerpunkt Verkehr Verkehrsinstitute des DLR Institut für Verkehrsforschung Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung DNW Hamburg Trauen Braunschweig Göttingen Köln-Porz Bonn St. Augustin Neustrelitz Berlin-- Adlershof Institut für Fahrzeugkonzepte Darmstadt Lampoldshausen Stuttgart Oberpfaffenhofen Weilheim Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 5

6 Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung Sitz: Braunschweig Seit: März 2001 Leitung: Prof. Dr.-Ing. Karsten Lemmer Mitarbeiter: Momentan 58 Mitarbeiter aus verschiedenen wissenschaftlichen Bereichen Aufgabenspektrum Grundlagenforschung Erstellen von Konzepten und Strategien Prototypische Entwicklungen Forschungsgebiete Automotive Bahnsysteme Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 6

7 Themenfelder im Bereich Bahnsysteme Interoperabilität Effizienz Validation Betriebsführung Fernverkehr Betriebsführung Nahund Regionalverkehr Validation und Erprobung Betriebliche und technische Interoperabilität Sicherheitsbetrachtung Ortungsverfahren Migrationsszenarien Optimierung der Betriebsführung Wirtschaftliche und betriebliche Bewertung von Betriebsverfahren Migrationsszenarien Automatisiertes und optimiertes Testen Bewertung von Systemen, Subsystemen und Komponenten Funktionale Tests und Interoperabilitätstests Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 7

8 Gesamtheitliche Betrachtung von betrieblichen, wirtschaftlichen und Sicherheitsaspekten der Bahnautomatisierung Interoperabilität Sicherheit Betriebsverfahren Wirtschaftliche und betriebliche Bewertung Anwendung Galileo Validation und Erprobung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 8

9 Gesamtheitliche Betrachtung von betrieblichen, wirtschaftlichen und Sicherheitsaspekten der Bahnautomatisierung Interoperabilität Simulative Analyse Sicherheit Betriebsverfahren Wirtschaftliche und betriebliche Bewertung Wirtschaftliche Bewertung Nutzwert Anwendung Galileo Validation und Erprobung System Migration / Migrationsfähigkeit Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 9

10 Gesamtheitliche Betrachtung von betrieblichen, wirtschaftlichen und Sicherheitsaspekten der Bahnautomatisierung Interoperabilität Streckenausrüstung Sicherheit Betriebsverfahren Dynamische Simulation Wirtschaftliche und betriebliche Bewertung Fahrzeugausrüstung Anwendung Galileo Validation und Erprobung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 10

11 Forschungsinfrastruktur Bereich Bahnsysteme RailSiTe Rail Simulation and Testing Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 11

12 RailSiTe erweitertes Funktionsprinzip Drivers Desk Drivers Desk Reale Bedienung Simulierte Umweltsicht Reale Bedienung Simulierte Umweltsicht Simulierte Dynamik Cave Simulierte Umweltsicht Simulierte Bedieneinheiten Bewegungsplattform Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 12

13 Forschungsinfrastruktur Bereich Bahnsysteme RailSiTe Rail Simulation and Testing Modulares Bahnlabor Nachbildung der kompletten Kette vom Stellwerksbediener über Strecke und Zugdynamik bis hin zum Triebfahrzeugführer Implementierte Technik: ETCS (European Train Control System) Ziele: Verifikation von Komponenten, Systemen und Subsystemen der Eisenbahnleit- und -sicherungstechnik Neue Konzepte der Leit- und Sicherungstechnik Betriebliche Untersuchungen Zulassungsunterstützung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 13

14 Netzsimulation im DLR wozu und wie? Nutzung bestehender, monolithischer Werkzeuge für: Rein simulative Fragestellungen Zeitraffende Untersuchungen Beispielsweise bereits verwendet: RailSys, Opentrack, FBS Kein Aufwand für Entwicklung Validierte Modelle (Dynamik, Betrieb, etc.) RailSiTe für detaillierte Untersuchungen: Hardware-in-the-Loop Untersuchungen Simulation in Echtzeit Detailfragen: z.b. ETCS Bremskurven, Einbindung BÜ Einfluss der Bediener Kalibrierung Eigene Entwicklung und adaptierte kommerzielle Werkzeuge Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 14

15 Kommerzielle Tools / RailSiTe Aufwand FBS BEST RailSys Opentrack RailSiTe Motion Simulator 3D Visualisierung 2D Visualisierung subset 094 Detaillierungstiefe Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 15

16 Verfahren zur Kalibrierung und Validation Erforderlich insbesondere bei: Neuer Streckenführung (NBS / ABS) Neuer Technik (z.b. ETCS statt LZB) Generischen Strecken (A Dorf B Stadt) Bedingt bei UNISIG Konformitätstests (Subset 076) Messung/ Realfahrt OR Aktuelle Technik Existente Strecke Aktuelle Technik Neue Strecke Validation Standard- Werkzeug Referenzdaten Für die Kalibration RailSiTe RA MS Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 16

17 Eckpunkte der Forschung OR Betrieb: Betriebsverfahren Betriebsregeln (Operational rules) QoS Qualität: Servicequalität (Quality of Service) RA MS Technik: Verlässlichkeit (Dependability) Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 17

18 Einflussparameter an den Eckpunkten Vorschriften Regeln Erfahrung Ausbildung OR QoS Leistungsfähigkeit Robustheit Erhaltung RA MS R: Zuverlässigkeit A: Verfügbarkeit M: Instandhaltbarkeit S: Sicherheit (Safety) Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 18

19 Projekte in Durchführung und Vorbereitung OR QoS In Durchführung In Vorbereitung Betrieb ETCS Stellwerk 13 9 RA MS Ortung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 19

20 Projekte in Durchführung und Vorbereitung OR QoS In Durchführung In Vorbereitung Betrieb ETCS Stellwerk Beispiele: Streckenleistungsfähigkeit (3) Betriebskonzept regionaler Bahnen (7) ETCS L1 Limited Supervision (4) 13 9 RA MS Ortung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 20

21 Untersuchung der Realisierbarkeit einer geplanten Streckenbelastung in Abhängigkeit der LST Modellierung der Züge entsprechend derzeitigem Fahrplan. Detaillierte Abbildung der Fahrdynamik Detaillierte Abbildung der Streckentopologie Ziel: 25% Kapazitätssteigerung Opentrack: Fahrzeugeditor Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 21

22 Untersuchung der Realisierbarkeit einer geplanten Streckenbelastung in Abhängigkeit der LST Die Realisierbarkeit der geplanten Streckenbelastung wurde durch die Erstellung eines Grob- Fahrplans überprüft. Eine Prüfung der Fahrplanstabilität kann im nächsten Schritt erfolgen. Eine Optimierung des Fahrplans ist noch erforderlich. Opentrack: Zeit-Weg-Diagramm Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 22

23 Untersuchung der Realisierbarkeit einer geplanten Streckenbelastung in Abhängigkeit der LST Bewertung des erstellten Fahrplans Bewertung der durchschnittlichen Geschwindigkeiten und Fahrzeiten der Zugtypen differenziert nach der Fahrtrichtung ausgewertet. IC InterCity CT Commuter Train FT Freight Train Ergebnis: Fahrplan theoretisch ausführbar, aber nicht stabil Avg Speed [km/h] Avg Speed [km/h] :49:47 60,47 00:48:35 Direction South - North : Average Speed and Average Time Direction North - South : Average Speed and Average Time Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 23 53,87 00:54:32 00:56:30 51,83 00:52:40 IC CT FT Traintype 01:02:10 IC CT FT Traintype 44,96 53,35 01:12:00 01:04:48 00:57:36 00:50:24 00:43:12 00:36:00 00:28:48 00:21:36 00:14:24 00:07:12 00:00:00 00:57:36 00:56:10 00:54:43 00:53:17 00:51:50 00:50:24 00:48:58 00:47:31 00:46:05 00:44:38 00:43:12 Avg Time [HH:MM:SS] Avg Time [HH:MM:SS] Avg Speed Avg Time Avg Speed Avg Time

24 Betriebsführung Regionalverkehr optimierter Einsatz der Betriebsverfahren Erarbeitung neuer, auch unkonventioneller Ansätze für den Betrieb und die LST Struktur- und Trendanalyse Festlegen des Betrachtungsraumes Betriebsdurchführung Primär- Prozesse Strategische Ebene Dispositive Ebene Betriebssteuerung / Überwachung Operative Ebene Betriebsdisposition Betriebsplanung Erarbeitung der zu realisierenden Funktionalitäten Betrachtung des Teilbereiches Ortung Sekundär- Prozesse Informationsmanagement Wartung / Instandhaltung Administration Kundenbetreuung Betriebsmittelmanagement Inter- /Intramodale Schnittstellen Betrachtung des Teilbereiches Dispositionshilfen / Störfallmanagement Technische Komponenten Infrastruktur Leit- und Sicherungstechnik Ortungs- und Kommunikationstechnik Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 24

25 Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit regionaler Strecken ist es notwendig, sämtliche Abläufe effizienter zu gestalten Schwerpunkt bei der Erarbeitung neuer Lösungsansätze ist die Steuerung des operativen Betriebes Ansatz 1: Varianten der betrieblich-technischen Optimierung des Ist-Standes Ansatz 2: Betriebs- und Systemkonzept um die Kernfunktion Fahrzeug-autarke Ortung Ansatz 3: Betriebs- und Systemkonzept auf der Basis der minimal erforderlichen elementaren Funktionalitäten Randbedingung sind niedrige Investitions- sowie Wartungsund Instandhaltungskosten Reduzierung der Variantenvielfalt (Stellwerkstechnik, Fahrzeugfamilien) Verwendung von Standardkomponenten und - technologien Reduzierung der Streckenausrüstung Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 25

26 ETCS Level 1 Limited Supervision optimierter Einsatz der Technik Einführung und Einsatz von ETCS verlangt die Kombination von verschiedenen Ausrüstungsvarianten Korridore für die Einführung von ETCS Lückenschlüsse sind erforderlich Migrationsstrategie für ETCS Betrieblicher Vergleich ETCS L1, ETCS L1 LS und PZB Derzeit Beantragung mit verschiedenen Partnern beim BMB+F Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 26

27 Weitere Informationen Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.v. Institut für Verkehrsführung und Fahrzeugsteuerung Lilienthalplatz Braunschweig Tel.: 0531/ Fax: 0531/ Michael.MeyerzuHoerste@dlr.de Bereich Bahnsysteme > 23. Dezember 2005 > Folie 27