Evamarie Wießner’s scientific contributions

Microscopic traffic simulation is an invaluable tool for traffic research. In recent years, both the scope of research and the capabilities of the tools have been extended considerably. This article presents the latest developments concerning intermodal traffic solutions, simulator coupling and model development and validation on the example of the open source traffic simulator SUMO.

Bei der Beantwortung komplexer Forschungsfragen oder der Bewertung neuer Technologien stoßen analytische Verfahren und kommerzielle Simulationswerkzeuge schnell an ihre Grenzen. Die freie und offene Verkehrssimulationsplattform SUMO (Simulation of Urban Mobility) kann diese Lücke schließen. Durch die Erweiterung der Software von einer ursprünglich rein straßengebundenen Modellierung hin zu einer intermodalen Verkehrssimulation können Erkenntnisse aus den verschiedenen Verkehrsbranchen übertragen und vorhandene Synergien genutzt werden. Davon profitiert insbesondere der Schienenverkehr, da neue Konzepte nun auch verkehrsträgerübergreifend entwickelt und getestet werden können.

Die integrierte betriebliche Optimierung - Lärm, Energie und Stabilität (IbO:LES) hat das Ziel, bei kleinen Abweichungen vom Regelbetrieb im Eisenbahnverkehr eine Optimierung der Zugfahrten in der Hinsicht durchzuführen, dass an lärmsensiblen Orten langsamer gefahren wird, weniger Energie verbraucht wird und dennoch keine Zusatzverspätungen für andere Züge generiert werden (in diesem Sinne die Stabilität des Fahrplans erhalten bleibt). Bei Optimierungsverfahren, die derzeit an anderen Stellen erforscht werden (z. B. CATO, DB: KE/KL-ZLR, SBB: RCS ADL) wird die Zugfahrt vor der Störungsstelle verlangsamt, um damit Energie zu sparen und die Streckenbelegungszeit zu reduzieren, weil die Züge nicht nach einem Signalhalt vom Stillstand beschleunigen müssen. Die Idee von IbO:LES ist es, zusätzlich die Langsamfahrt in einen Bereich zu verschieben, der z. B. aufgrund dichter Besiedlung lärmsensitiv ist. Wenn die Züge langsamer fahren, entsteht weniger Schienenlärm. Der Erfolg des Konzepts wird durch den Vergleich des nicht optimierten mit dem optimierten Simulationslauf nachgewiesen. Damit können der Gesamtenergieverbrauch sowie die Lärmpegel an den lärmsensitiven Orten verglichen werden. Für eine erste Lärmberechnung kann das im Rahmen des VEU-Projekts entwickelte Tool Schraill angewendet werden. Für weitergehende Analysen werden die Simulationsergebnisse an das Institut AS übergeben, welches detailliertere Berechnungen durchführt. Die absolute Lärmreduzierung ist sehr gering. Das Ergebnis kommt zustande, da nur stark gestörte Züge im Raum Burgdorf optimiert (verlangsamt) wurden. Um die Lärm weiter zu reduzieren, müssten noch mehr Züge in die Verlangsamung eingebunden werden. Dies kann erreicht werden, in dem auch pünktliche Züge an lärmsensiblen Orten langsamer fahren und dafür an anderen Stellen die zulässige Höchstgeschwindigkeit. Dieses Verfahren ist natürlich mit einem höheren Energieverbrauch verbunden. Daher kann dann auch nicht mehr von einer Betriebsoptimierung, sondern nur noch von einer Lärmoptimierung gesprochen werden.

This journal contains the proceedings of the SUMO Conference 2018 – Simulating Autonomous and Intermodal Transport Systems. The conference was held form 14. until 16.May 2018 in Berlin. The aim of the conference is to present new and unique results in the field of mobility simulation and modelling using openly available tools and data. Traffic simulations are of immense importance for researchers as well as practitioners in the field of transportation. SUMO has been available since 2001 and provides a wide range of traffic planning and simulation applications. SUMO consists of a suite of tools covering road network imports and enrichment, demand generation and assignment and a state-of-the-art microscopic traffic simulation capable to simulate private and public transport modes, as well as person-based trip chains. Being open source, SUMO is ready to implement new behavioral models or to control the simulation remotely using various programming environments. These and other features make SUMO one of the most often used open source traffic simulations with a large and international user community. The major topic of the 6th SUMO conference is the simulation of autonomous and intermodal transport. This journal includes articles about RoboShuttles, Robo-Taxis and the influence of autonomous driving functions. Furthermore, the coupling of other simulations, the modelling of different traffic modes and the validation of transport systems are also addressed in the proceedings to name only a few topics.

Im Rahmen des Projekts Urbane Mobilität wird das Mobilitätsverhalten verschiedener Verkehrsteilnehmer aus gesellschaftswissenschaftlicher, räumlicher, technologischer und planerischer Sicht untersucht. Im Fokus steht dabei die Charakterisierung intermodaler Mobilität, die in einer Vision für ein intermodales Verkehrssystem für die Stadt der Zukunft münden soll. Ziel dieses Arbeitspaketes ist es, Anforderungen unterschiedlicher Stakeholder an den Schienenverkehr des urbanen und suburbanen Raums systematisch und klassifiziert zusammenzustellen. Diese bilden als Spezifikation eine entscheidende Grundlage für den konzeptionellen Entwurf eines bedarfsgerechten und weitgehend automatisierten Systems, dem übergeordneten Ziel des Teilprojekts Digitale Bahnsysteme im urbanen und suburbanen Raum (TP 8000). Aufbauend auf einer Liste von Anforderungen können sowohl Potentiale der Automatisierung und Digitalisierung verschiedener Prozesse ermittelt als auch neue bedarfsgerechte Betriebskonzepte entwickelt werden. Die Anforderungen an Bahnsysteme sind vielfältig und haben im Personenfernverkehr, Güterfernverkehr oder in städtischen Bahnsystemen unterschiedliche Ausprägungen. In diesem Bericht sind die Besonderheiten des urbanen und suburbanen Raums aufgegriffen und mit dem dort vorherrschenden Mobilitätsverhalten in Verbindung gebracht worden. Im Fokus stehen dabei S-Bahn-Systeme, deren Eigenschaften in Abgrenzung zu den übrigen schienengebundenen, städtischen Bahnsystemen näher beschrieben sind. Darauf aufbauend sind Anforderungen an den städtischen Schienenverkehr aus der Sicht möglicher Stakeholder gesammelt. Zur Einordnung der Anforderungen wird auf die IVS-Rahmenarchitektur zurückgegriffen . Auf Basis der IVS-Pyramiden lassen sich die funktionalen Anforderungen Ebene für Ebene herunterbrechen (Strategie, Prozesse, Informationsmodell, Dienste, Infrastruktur). Auf diese Weise können sowohl die Entwicklung von Betriebsverfahren, als auch die Untersuchung des Einsatzes neuer Informations-, Kommunikations- und Leittechnologien strukturiert betrachtet werden. Die gesammelten funktionalen Anforderungen an Bahnsysteme im urbanen und suburbanen Raum dienen als Input für den konzeptionellen Entwurf eines automatisierten Bahnsystems in AP 8300. Die in AP 8100 zusammengetragenen unterschiedlichen Systemprozesse tragen zu den Arbeiten in AP 8200 (Analyse des Ist-Standes und der zu erwartenden Entwicklungen) bei, indem die generischen Prozesse mit den aktuell in Betrieb befindlichen Systemprozessen verglichen werden.

Speed profile optimizations of trains constitute an effective method for the reduction of the overall energy consumption within a railway system. The study aims to determine energy efficient driving strategies by taking the power losses of the propulsion system as well as time constraints and physical limitations imposed by the train and its operational environment into account. Due to the complexity of the underlying problem an analytical approach can only be applied in a limited way. Instead, the paper proposes a novel solution based on dynamic programming. Considering the propulsion system's efficiency as either constant or variable, this enables a thorough comparison of different energy-efficient trajectories. Based on characteristic scenarios the potential for energy savings is identified and suitable driving strategies are derived. The study concludes with a discussion of the practical applicability of the suggested solution and its results.

Am Beispiel eines typischen Zuglaufs der staatlichen Eisenbahn Luxemburgs (Chemins de Fer Luxembourgeois (CFL)) wird aufgezeigt, wie sich der Kraftstoffverbrauch bei dieselhydraulischen und dieselelektrischen Lokomotiven unterscheidet. Bei der CFL sind Vossloh-Lokomotiven des dieselhydraulischen Typs G1206 mit einer Motornennleistung von 1500kW für Zubringerzüge zu einem Stahlwerk im Einsatz. Die Streckenlänge beträgt ca. 80 km, die Wagenmasse liegt üblicherweise im Bereich von 1000t bis 1400t. In Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Verkehrssystemtechnik (DLR), wurde der Kraftstoffbedarf dieser Zugfahrten berechnet und dem Bedarf der aktuellen Baureihe dieselelektrischer Lokomotiven des Vossloh-Typs DE18 (mit 1500kW bzw. 1800kW Motornennleistung) gegenüber gestellt. Für die Berechnungen wurde eine Toolkette erstellt, die auf einer kommerziellen Software für fahrdynamische Berechnungen basiert und durch eigene Formeln zur Aufbereitung der gewonnenen Ergebnisse ergänzt wurde. Berücksichtigt wurden Streckenparameter wie Gradienten und Geschwindigkeiten und Zugparameter wie Lok- und Wagenzug-widerstände, Massen, Zugkräfte, etc.. Ferner wurden die lokspezifischen Hilfsbetriebeleistungen, Wirkungsgrade des Antriebssystems und Motorkennfelder mit einbezogen. Es zeigt sich, dass im Vergleich der DH-G1206 zu DE18 (mit identischer Motornennleistung von 1500kW) bei bis zu 6,8 % geringerer Fahrzeit bis zu 5,8% Diesel-kraftstoff eingespart werden können. Wird die kürzere Fahrzeit für eine energie-sparende Fahrweise – die hier nicht untersucht wurde – genutzt, kann das Einsparpotential weiter erhöht werden. Diese Veröffentlichung geht ein auf die Erstellung der Toolkette und die betrachteten Randbedingungen. Das Zustandekommen der Ergebnisse wird erläutert und ein Vergleich verschiedener Lokbaureihen durchgeführt.