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Modellierung der Wartezeitfunktion bei Leistungsuntersuchungen im Schienenverkehr unter Berücksichtigung der transienten Phase
(2014) Chu, Zifu; Martin, Ullrich (Prof. Dr.-Ing.)
Hohe Investitionen beim Ausbau der Eisenbahninfrastruktur und eine begrenzte extensive Erweiterbarkeit des Netzes erzwingen eine Verbesserung der Effizienz des Bahnbetriebs, die gleichzeitig dessen steigende Qualitätsansprüche berücksichtigt. Deswegen ist die Ableitung einer optimalen Auslastung, mit der einerseits die Eisenbahninfrastruktur möglichst stark ausgenutzt wird und andererseits die Betriebsqualität das erwünschte Niveau erreicht, seit langer Zeit Forschungsgegenstand in der Eisenbahnbetriebswissenschaft. Dabei sind die simulative und die analytische Methode zwei übliche Ansätze. In der vorliegenden Arbeit wird die simulative Methode zur Bestimmung der Wartezeitfunktion sowie des optimalen Leistungsbereichs, die von Hertel (1992) entwickelt und von Schmidt (2009) verbessert wurde, weiterentwickelt. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der realitätsnahen Modellierung des Eisenbahnbetriebs bei der Nutzung der simulativen Methode. Die Beibehaltung des Betriebsprogramms als Randbedingung der Modellbildung wird diskutiert. Darüber hinaus wird durch die explizite Betrachtung der transienten Phase in der Simulation ein entscheidender Effekt, der bei der Modellierung des Eisenbahnbetriebs bislang nicht hinreichend berücksichtigt ist, untersucht. Die Wirkungen der transienten Phase auf die unterschiedlichen Kenngrößen (durchsatzbezogene Leistungsfähigkeit sowie optimaler Leistungsbereich) werden in dieser Arbeit mit einbezogen. Dabei wurden wichtige neue Erkenntnisse gewonnen: - Der neu entwickelte Algorithmus "Dynamisierung der Zeitscheiben mit exakter Zugzahl" kann für die künftige Fahrplanverdichtung bei Leistungsuntersuchungen zielführend genutzt werden. Durch die "Dynamisierung der Zeitscheiben" kann nicht nur eine Zufälligkeit des Fahrplans generiert, sondern auch das als Randbedingung der Untersuchung vorgegebene Betriebsprogramm (Zugmix) beibehalten und somit eine hinreichende Ordnung des Fahrplans gewährleistet werden. - Zur Bestimmung der durchsatzbezogenen Leistungsfähigkeit wurde ein neuer Ansatz entwickelt, mit dem die Wirkungen der transienten Phase in Form eines Zuschlages berücksichtigt werden. Der Zuschlag wird anhand einer neu entwickelten Modellfunktion und der Einflussfaktoren der transienten Phase ermittelt. - Eine neue Modellfunktion der Wartezeitfunktion, die bei der Anpassung der Simulationsergebnisse mathematisch beherrschbar ist und ein höheres (korrigiertes) Bestimmtheitsmaß als die bisher verwendete Modellfunktion besitzt, wurde unter Berücksichtigung der Wirkungen der transienten Phase entworfen. Aus der so bestimmten Wartezeitfunktion gewinnt der optimale Leistungsbereich, der unmittelbar von der Wartezeitfunktion abhängig ist, eine höhere Genauigkeit und Aussagekraft. In der vorliegenden Arbeit, die im Kontext des DFG-Projekts "Direkte experimentelle Bestimmung der maximalen Leistungsfähigkeit bei Leistungsuntersuchungen im spurgeführten Verkehr" entstand ist, wird das Verfahren zur Leistungsuntersuchung nach Hertel (1992) methodisch weiterentwickelt. Die Umsetzung der Erkenntnisse in den gegenwärtig genutzten Werkzeugen zur Leistungsuntersuchung erhöht die Genauigkeit und Aussagekraft der Untersuchungsergebnisse gerade auch in solchen Fällen, bei denen die große Spannweite der Ergebnisse bislang zusätzlich eine aufwendige Interpretation bzw. vertiefte Betrachtungen erforderte.