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2020 | Buch

Motivation und Hintergrund Kapitel lesen Erstes Kapitel lesen

Communications-Based Train Control (CBTC)

Komponenten, Funktionen und Betrieb

verfasst von: Dr. Lars Schnieder

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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Über dieses Buch

Innerstädtische Schienenverkehrssysteme stoßen bei steigender Verkehrsnachfrage zunehmend an ihre Grenzen. Die Sicherheit und die Leistungsfähigkeit dieser Verkehrssysteme werden wesentlich durch die eingesetzte Leit- und Sicherungstechnik bestimmt. Eine Ausweitung des Verkehrsangebots erfordert leistungsfähige signaltechnische Systeme, die als Communications-Based Train Control (CBTC) bezeichnet werden. Lars Schnieder stellt in diesem Fachbuch die Systemumgebung dar, in die sich die CBTC-Systeme in Nahverkehrsunternehmen integrieren. Darüber hinaus leitet er her, welchen Beitrag die einzelnen Sicherungsfunktionen von CBTC-Lösungen zur Gefährdungsbeherrschung leisten. Auf dieser Grundlage zeigt der Autor, wie mit zunehmender Automatisierung sukzessive ein höherer Funktionsumfang von technischen Systemen übernommen wird. Zum Abschluss diskutiert er an CBTC-Systeme gestellte nicht-funktionale Anforderungen wie Sicherheit, Verfügbarkeit, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
1. Motivation und Hintergrund
Zusammenfassung
Weltweit ziehen immer mehr Menschen in die Städte. Gleichzeitig nimmt die Verkehrsnachfrage stetig zu. Dort, wo aktuell noch keine leistungsfähigen öffentlichen Verkehrssysteme vorhanden sind, müssen diese neu errichtet werden. Dort, wo bestehende öffentliche Verkehrssysteme an die Grenzen ihrer Leistungsfähigkeit stoßen, müssen durch umfassende technische und betriebliche Maßnahmen Kapazitätssteigerungen erzielt werden. In diesem Abschnitt wird zunächst die weltweit zu beobachtende Entwicklung urbaner Mobilität beschrieben. Die hieraus resultierenden Herausforderungen können durch die Vorteile automatisierter Verkehrssysteme adressiert werden.
Lars Schnieder
2. Systemkomponenten und Umsysteme automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Automatische Zugbeeinflussungssysteme werden bei den Verkehrsunternehmen bei Neuanlagen von Beginn an in eine zeitgleich aufgebaute Systemlandschaft integriert. Bei bestehenden Anlagen müssen automatische Zugbeeinflussungssysteme in die Landschaft bereits bestehender Steuerungssysteme integriert werden. Dieses Kapitel zeigt auf, wie automatische Zugbeeinflussungssysteme mit ihren Umsystemen in Beziehung stehen. In diesem Kapitel werden zunächst die Systemkomponenten automatischer Zugbeeinflussungssysteme erläutert. Anschließend werden die Schnittstellen zu den Umsystemen beschrieben. Es wird dargestellt, welche Informationen sie von diesen empfangen und welche Informationen sie an diese ausgeben. Diese technischen Abhängigkeiten müssen bei der Erstellung von Lastenheften für automatische Zugbeeinflussungssysteme mit berücksichtigt werden.
Lars Schnieder
3. Automatisierungsgrade automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Städtische Schienenverkehrssysteme sind komplexe Mensch-Maschine-Systeme. In einschlägigen Standards werden Automatisierungsgrade definiert. Ausgangspunkt hierfür ist eine generische Beschreibung aller für den Betrieb eines städtischen Schienenverkehrssystems erforderlichen Funktionen. Auf diesem Funktionskatalog aufbauend wird dargestellt, wie durch aufeinander aufbauende Automatisierungsgrade zunehmend mehr Funktionen von technischen Systemen übernommen werden. Der Mensch wird hierbei zunehmend entlastet. In der höchsten Ausprägung wird das System vollautomatisch fahrerlos betrieben – eine Mitwirkung des Menschen an Bord des Zuges ist dann im Regelbetrieb nicht mehr erforderlich. Dieses Kapitel stellt die aufeinander aufbauenden Automatisierungsgrade mit ihren Funktionen vor.
Lars Schnieder
4. Betriebsarten und Betriebsartenübergänge automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Die Zugbeeinflussungssysteme dienen einer optimalen Abwicklung des Betriebs. Hierfür stehen – in Abhängigkeit vom Ausstattungsgrad von Fahrzeug und Infrastruktur – unterschiedliche Betriebsarten zur Verfügung. Jede Betriebsart umfasst eine Teilmenge an Sicherungsfunktionen. Zwischen den Betriebsarten sind Übergänge möglich. Diese sind an eindeutige Bedingungen geknüpft und werden technisch überwacht. In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Betriebsarten und zwischen ihnen bestehende Übergänge anhand ausgewählter Beispiele erläutert.
Lars Schnieder
5. Hauptfunktionen automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Automatische Zugbeeinflussungssysteme weisen einen umfangreichen Funktionsumfang auf. Ausgehend von den Anforderungen an die sichere Durchführung des Bahnbetriebes zeigt dieses Kapitel systematisch die Hauptfunktionen automatischer Zugbeeinflussungssysteme auf. Ausgangspunkt der Darstellung ist die Sicherung der Zugbewegung, welche grundlegende Sicherungsfunktionen umfasst. Hierauf aufbauend werden weitergehende automatisierungstechnische Funktionen zum Fahren des Fahrzeugs vorgestellt. Mit der Sicherung des Fahrgastwechsels und der Überwachung der Profilfreiheit werden weitere für eine höhere Automation erforderliche Funktionen vorgestellt. Auf dem Weg zu einem vollständig fahrerlosen Betrieb müssen weitere Funktionen technisch realisiert werden wie der automatische Zugbetrieb sowie die Störfallerkennung und das Störfallmanagement.
Lars Schnieder
6. Verlässlichkeit automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Ziel eines Bahnsystems ist die Bereitstellung einer bestimmten Stufe der Ausprägung des Schienenverkehrs, der fahrplangemäß und sicher ist. Neben den eigentlichen funktionalen Anforderungen müssen automatische Zugbeeinflussungssysteme auch nicht-funktionale Anforderungen erfüllen. Die Verlässlichkeit als Systemeigenschaft automatischer Zugbeeinflussungssysteme wird durch die Verfügbarkeit und die Sicherheit wesentlich bestimmt. Mit der Instandhaltbarkeit und der Zuverlässigkeit werden die wesentlichen Bestimmungsfaktoren der Verfügbarkeit erläutert. Die Sicherheit als „Freiheit von unvertretbaren Risiken“ wird durch in die Funktionale Sicherheit (englisch: safety) und den Angriffsschutz (englisch: security) näher erläutert.
Lars Schnieder
7. Abwägung von Kosten und Nutzen automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Kosten-Nutzen-Analysen werden in zahlreichen Bereichen der öffentlichen Daseinsvorsorge zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt. Dieser Abschnitt stellt dar, welche Betrachtungen bei der Einführung automatischer Zugbeeinflussungssysteme auf Kostenseite durchgeführt werden. Des Weiteren stellt dieser Abschnitt dar, wie der Nutzen von Verkehrsinfrastrukturprojekten ermittelt wird. Überwiegen die Nutzen einer Maßnahme ihre Kosten, können für ihre Realisierung öffentliche Beihilfen gewährt werden. Dieses Kapitel beleuchtet die grundlegende Methoden für die die Durchführung von Kosten-Nutzen-Analysen.
Lars Schnieder
8. Umbau, Test und Inbetriebnahme automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Die Erneuerung der Signaltechnik wird insbesondere in Europa in den nächsten Jahren immer bedeutender, da ein Großteil der bestehenden Infrastruktur der U-Bahn – und Stadtbahnsysteme in den Großstädten mehr als 30 Jahre alt ist. Dieses Kapitel stellt verschiedene Erfolgsfaktoren für die Einführung automatischer Zugbeeinflussungssysteme dar. Damit in den betroffenen Infrastrukturen Netzen eine Umrüstung bestehender Technik auf die zukünftige CBTC-Systeme erfolgreich ist, sind sinnvolle Migrationsstrategien zu entwickeln. Darüber hinaus sind vorhandene hochgenaue Daten über die Streckentopologie eine wesentliche Grundlage einer erfolgreichen Projektabwicklung. Des Weiteren ist ein Nachweis über die korrekte Realisierung der automatisierungstechnischen Funktionen durch ein effektives Testmanagement erforderlich. Vor Aufnahme des Betriebes müssen auch verschiedene Zielgruppen des Betreibers zu den neuen Technologien geschult werden.
Lars Schnieder
9. Perspektiven und zukünftige Herausforderungen
Zusammenfassung
Communications-Based Train Control Systeme haben sich in den letzten Jahrzehnten faktisch als Standard herausgebildet. Alle Systemhäuser haben mittlerweile in vielen Projekten Erfahrungen in der praktischen Realisierung gesammelt. Dies betrifft sowohl Neubauprojekte als auch komplexe Umbauten der signaltechnischen Infrastruktur „unter rollendem Rad“. Die Ausrüstung städtischer Bahnsysteme wird zukünftig weiter zunehmen. Allerdings sind zukünftig auch weitere Herausforderungen zu lösen. Dies ist neben der aktuell fehlenden Standardisierung der herstellerspezifischen Systemlösungen auch eine Integration von CBTC-Systemen in die Systemtechnik und Verkehrsplanung des Straßenverkehrs dort, wo Stadtbahnsysteme die Verkehrsfläche mit anderen Verkehrsteilnehmern teilen.
Lars Schnieder
Backmatter
Metadaten
Titel
Communications-Based Train Control (CBTC)
verfasst von
Dr. Lars Schnieder
Copyright-Jahr
2020
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-61013-8
Print ISBN
978-3-662-61012-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-61013-8

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