title: Dynamische Adaption von Störfallprogrammen im S-Bahn-Verkehr
Creators: name: Steinbach, Cedric
Publisher: name: UNSPECIFIED
Year: 2024

description: Durch das komplexe Zusammenspiel der Systemkomponenten Fahrweg, Fahrzeug und Betrieb und einer Vielzahl von externen Einflüssen sind Bahnsysteme anfällig für Störungen. Bei S Bahn-Systemen, die oftmals durch eine hohe Auslastung geprägt sind, kann eine Störung eine umfassende Anpassung der Fahr- und Ressourcenplanung erforderlich machen. 

Eine Möglichkeit zur Unterstützung der Disponenten bei der Bewältigung von Störungen ist der Einsatz sogenannter Störfallprogramme (SFP). SFP sind vorab konzipierte Handlungskonzepte auf Linienebene, die generisch für den Ausfall bestimmter Infrastrukturelemente (z. B. die Sperrung eines Bahnhofs) geplant werden. Die in einem SFP enthaltenen betrieblichen Maßnahmen beziehen sich auf einzelne Linien. Die betrieblichen Maßnahmen legen fest, wie der Betrieb der Linien während einer Störung angepasst werden soll, beispielsweise durch eine vorzeitige Wende oder Umleitung. Diese betrieblichen Maßnahmen bilden das sogenannte Betriebskonzept. Neben dem Betriebskonzept kann ein SFP auch ein Verkehrskonzept umfassen, welches Maßnahmen zur Reisendenlenkung enthält.

Der Einsatz von SFP zur Bewältigung von Störungen bietet den Vorteil, dass die Komplexität der Anpassung des Fahrplans durch die Vorgabe von betrieblichen Maßnahmen reduziert wird. Dies ermöglicht Disponenten eine schnelle und standardisierte Lösungsfindung. Die Lösung ist auch kundenorientiert, da bereits bei der Planung eines SFP der Fokus auf die Anforderungen der Kunden gelegt werden kann. 

Sind beim Auftreten einer Störung nicht-verfügbare Infrastrukturelemente vorhanden, die nicht im SFP berücksichtigt wurden (z. B. aufgrund von Baumaßnahmen), stellt sich für die Anwendung eines SFP die Frage, 

• ob das SFP zur Bewältigung der Störung einsetzbar ist und wenn nicht, 

• welche Adaption des SFP für eine Anwendung erforderlich ist.

Die vorliegende Dissertation soll Disponenten bei der Beantwortung dieser Frage unterstützen und entwickelt dafür einen Ansatz zur dynamischen Adaption von Störfallprogrammen an die aktuelle Infrastruktur- und Betriebssituation.

Als Methode zur Adaption von SFP an die aktuelle Infrastruktur- und Betriebssituation wird ein heuristischer Ansatz verwendet. Dieser sieht vor, dass die Adaption von SFP in Teilprobleme aufgeteilt wird: 

• Anpassung des Betriebskonzepts

• Anpassung des Verkehrskonzepts

• Sicherstellung der betrieblichen Umsetzbarkeit der stabilen Phasen des Betriebskonzepts

• Sicherstellung der Einschwingfähigkeit des Betriebskonzepts in die stabile Phase

• kundenorientierte Bewertung des SFP

Die Teilprobleme werden sequenziell gelöst, woraus ein iteratives Vorgehen resultiert. 

Bei der Anpassung des Betriebskonzepts an die aktuelle Infrastruktursituation wird als Methode eine Heuristik angewendet. Die Anpassung des Betriebskonzepts ist weiter aufgeteilt in (1) die Prüfung der Funktionsfähigkeit des Betriebskonzepts in Bezug zur aktuellen Infrastruktursituation, (2) die Erzeugung angepasster Betriebskonzepte und (3) deren kundenorientierte Bewertung. Die Schritte werden iterativ durchlaufen, bis ein funktionsfähiges Betriebskonzept bestimmt wurde. Um den Anforderungen an eine minimale Anpassung des ausgewählten Betriebskonzepts zu entsprechen, wird mit kleinen, inkrementellen Anpassungen begonnen. Damit der Algorithmus dennoch schnell eine Lösung findet, wird bei der Erzeugung angepasster Betriebskonzepte eine Tabu-Liste verwendet.

Für die Prüfung der Funktionsfähigkeit von Betriebskonzepten (1) wurden auf Grundlage von Literatur und Expertenbeiträgen Anforderungen an funktionale Betriebskonzepte definiert. Die definierten Anforderungen sind in vier Typen unterteilt:

• Verfügbarkeit der Infrastrukturelemente, 

• Auslastung der Infrastruktur, sodass ein stabiler Betrieb ermöglicht wird, 

• Ausgestaltung von Linien (z. B. die Verzweigung von Linien) und

• resultierender Liniennetzplan, für den auch kundenorientierte Anforderungen berücksichtigt werden. 

Bei einem negativen Ergebnis der Prüfung der Funktionsfähigkeit (1) besteht ein Anpassungsbedarf des Betriebskonzepts. Die Anpassung von Betriebskonzepten (2) erfolgt anhand von zwei Strategien:

• die Entfernung und/oder Ergänzung betrieblicher Maßnahmen 

• die Verwendung von Teillösungen aus Betriebskonzepten anderer SFP.

Um bei der ersten Strategie eine minimale Anpassung zu erreichen, stellen die verwendeten betrieblichen Maßnahmen die kleinsten möglichen Einheiten zur Anpassung einer Linie dar. Eine solche sogenannte „elementare betriebliche Maßnahme“ ist beispielsweise die Wende in Bahnhof A oder eine Umleitung zwischen Betriebsstelle B und C. Zur Anpassung von Betriebskonzepten werden nur vorab bestimmte und auf Machbarkeit geprüfte betriebliche Maßnahmen verwendet.

Bei der Entfernung und Ergänzung von elementaren betrieblichen Maßnahmen wird zunächst bestimmt, welche Änderungen eine Erfüllung der Anforderungen an die Funktionsfähigkeit des Betriebskonzepts ermöglichen. Ausgangspunkt für die Änderungen sind die Ergebnisse zur Funktionsfähigkeit des Betriebskonzepts (1). Da oftmals diverse Änderungen möglich sind, wird abgeschätzt, welche betrieblichen Änderungen die geringsten negativen Auswirkungen aus Sicht der Kunden erwarten lassen. 

Bei der Änderung verschiedener Linien wächst die Anzahl der sich daraus ergebenden angepassten Betriebskonzepte exponentiell, abhängig von den möglichen Anpassungen sowie der Anzahl der Linien. Durch die abgeschätzte Auswirkung der Änderungen auf die Fahrgäste kann die Suche gezielt geleitet werden, indem zunächst die Änderungen mit den geringsten zu erwartenden Auswirkungen verwendet werden. Das Ergebnis von (1) ist eine Menge von angepassten Betriebskonzepten. 

Für die Anpassung des Verkehrs¬konzepts auf Basis des angepassten Betriebskonzepts wird zunächst bestimmt, welche Maßnahmen zur Reisendenlenkung durch die Anpassung des Betriebskonzepts nicht mehr angewendet werden können bzw. nicht mehr zielführend sind. Falls erforderlich, werden neue Maßnahmen zur Reisendenlenkung bestimmt. Dabei wird sowohl auf Maßnahmen aus Verkehrskonzepten anderer SFP zurückgegriffen als auch neue Maßnahmen erzeugt. Ansätze für die Erzeugung neuer Maßnahmen sind vorhanden und können genutzt werden.

Zur Sicherstellung der Umsetzbarkeit des Betriebskonzepts in der stabilen Phase wird eine KE/KL Heuristik angewendet. Diese ist hinsichtlich des Nicht-Vorhandenseins einer eindeutigen zeitlichen Reihenfolge von Konflikten in einem periodischen Fahrplan und für das Entfernen obsoleter Konfliktlösungen für KE/KL-Heuristik modifiziert. 

Bereits bestehende Ansätze werden für die Sicherstellung der Einschwingfähigkeit und die kundenorientierte Bewertung angepasst verwendet. 

Die entwickelten Algorithmen zur Adaption von SFP ermöglichen eine Prüfung und Anpassung von generischen SFP an die bei einem Störfall vorherrschende Infrastruktur- und Betriebssituation. Die Algorithmen sind allgemeingültig einsetzbar und auf die Erfüllung praxisnaher Anforderungen ausgelegt. Eine Umsetzung in die Praxis wird durch die Modularität und die Kompatibilität mit bestehenden Systemen des Störfallmanagements unterstützt. Durch Automatisierung, schnelle Lösungsfindung und gezielte Unterstützung der Disponenten wird die Grundlage für eine erfolgreiche Bewältigung von Störungen geschaffen. Der kundenorientierte Ansatz sorgt dafür, dass die Mobilität der Fahrgäste auch während einer Störung bestmöglich erhalten bleibt.