Entwicklung und Evaluierung eines synchronen heuristischen Ansatzes zur Belegung anforderungsgerechter Trassenstrukturen: Anforderungsgerechte Trassenstrukturen und deren Belegung im Netz von Schienenbahnen (ATRANS)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Andreas Oetting
• Fachliche Zuordnung: Verkehrs- und Transportsysteme, Intelligenter und automatisierter Verkehr
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 257931669

Einleitung: Für die Nutzung der Eisenbahninfrastruktur beantragen und bezahlen die Eisenbahnverkehrsunternehmen ein zeitlich und räumlich begrenztes Nutzungsrecht je Zugfahrt, das als Trasse bezeichnet wird (ca. 60.000 Trassenwünsche Jahresfahrplan 2013). Neue europäische und nationale rechtliche Vorgaben einerseits und die hohe und weiterhin steigende Auslastung des deutschen Schienennetzes andererseits erzwingen ein völlig neues Vorgehen zur Vergabe von Trassen: Die Systematisierung der Güterverkehrstrassen durch Trennung von Angebot (Trasse ohne Belegung mit einer Zugfahrt) und Nachfrage (Zugfahrt) erfordert zunächst die Konstruktion von standardisierten Systemtrassen ohne konkrete Trassenwünsche und später die Belegung dieser Trassen. Während für die Konstruktion von Systemtrassen und Systemtrassengefügen Verfahren existieren, gibt es für die Belegung von Systemtrassen bislang lediglich einen ersten Optimierungsansatz. Dieser ist jedoch systematisch kapazitätsmindernd. Ziel: Da die bisherige Problemlösung aufgrund von Expertenwissen der Fahrplankonstrukteure erfolgreich aber sehr aufwändig ist, ist das Ziel des Teilprojektes ATRANS 2.2 die Entwicklung und Evaluierung eines heuristischen Ansatzes zur automatischen Trassenbelegung für einen optimierten anforderungsgerechten Fahrplan mit effizienter Infrastrukturnutzung. Die Lösung jedes einzelnen Konfliktes zwischen Zügen muss regulierungskonform und daher diskriminierungsfrei und nachvollziehbar sein. Auch aus diesem Grund scheidet eine Optimierungslösung, bei der alle Konflikte gleichzeitig gelöst werden, aus. Damit der benötigte Jahresfahrplan überhaupt entsteht, müssen alle verwendeten Algorithmen sicher terminieren. Der resultierende Fahrplan muss im Wesentlichen konfliktfrei sein. Wegen der Problemgröße müssen alle Algorithmen eine äußerst niedrige Rechenzeit aufweisen. Methode: Aufgrund der Muss-Anforderungen regulierungskonform und diskriminierungsfrei eignet sich nur ein komplexerer synchroner Ansatz, bei dem alle Zugfahrten gleichzeitig umgelegt werden, jedoch die Vorausschau fehlt. Erfolgsentscheidend ist daher die algorithmische Modellierung einer rechenzeitoptimierten Vorausschau: Durch eine makroskopische auf den Teilsystemtrassen basierende Modellierung anhand von Mindestzugfolgezeiten werden Vorausschauen bei sehr geringem Datenvolumen für Entfernungen von ca. 10-20 km erreicht. Bei der Bewertung von Konfliktlösungen zwischen zwei Zügen werden erkannte Konflikte in der Zukunft mit berücksichtigt. Die Anzahl der in die Konfliktlösung involvierten Züge wird problemabhängig skaliert. Die Skalierung ist zur Sicherung von Rechenzeitanforderungen parametrisierbar. Nutzen: Ein anforderungsgerechter Algorithmus zur Trassenbelegung ist notwendige Voraussetzung für die Umsetzung der rechtlichen Vorgaben, schafft Kapazitäten für die steigende Nachfrage und dient der Weiterentwicklung und Effizienzsteigerung des fixkostenlastigen transeuropäischen Schienennetzes.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen