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2021 | Book

Motivation und Hintergrund Read chapter Read first chapter

Communications-Based Train Control (CBTC)

Komponenten, Funktionen und Betrieb

Author: Dr. Lars Schnieder

Publisher: Springer Berlin Heidelberg

Part of: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik"

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About this book

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 Systeme (CBTC) bezeichnet werden. In diesem Buch stellt der Autor die Systemumgebung dar, in die sich die CBTC-Systeme in Nahverkehrsunternehmen integrieren. Es wird gezeigt, welchen Beitrag die einzelnen Sicherungsfunktionen von CBTC-Lösungen zur Gefährdungsbeherrschung leisten und wie technische Systeme mit zunehmender Automatisierung sukzessive mehr Funktionen vom Menschen übernehmen. Zum Abschluss werden an CBTC-Systeme gestellte nicht-funktionale Anforderungen wie Sicherheit, Verfügbarkeit, Leistungsfähigkeit und Wirtschaftlichkeit diskutiert und Faktoren einer erfolgreichen Abwicklung komplexer signaltechnischer Erneuerungsprojekte aufgezeigt.

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Table of Contents

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. Dies wird ebenfalls in diesem einführenden Kapitel beschrieben. In diesem Kapitel wird zunächst die Entwicklung der urbanen Mobilität aufgezeigt (vgl. Abschn. 1.1). Daraus wird die weltweit zu beobachtende Tendenz zum Einsatz zunehmend höher automatisierter Schienenverkehrssysteme motiviert, deren Vorteile in Abschn. 1.2 dargestellt werden.
Lars Schnieder
2. Systemkomponenten und Umsysteme automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Automatische Zugbeeinflussungssysteme (Automatic Train Control, ATC) 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 (vgl. Abschn. 2.1). Anschließend werden die Schnittstellen zu den Umsystemen beschrieben (vgl. Abschn. 2.2). 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 (englisch: Grade of Automation, GoA) zunehmend mehr Funktionen von technischen Systemen übernommen werden. Der Mensch wird hierbei zunehmend entlastet (vgl. Tab. 3.1). 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. Mit zunehmendem Automatisierungsgrad nehmen naturgemäß die Anforderungen an das Signalsystem und die eingesetzten Fahrzeuge zu. Die einzelnen Funktionen werden in Kap. 5 näher erläutert.
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. Die verschiedenen Betriebsarten werden in Abschn. 4.1 dargestellt. Zwischen den Betriebsarten sind Übergänge möglich. Diese sind an eindeutige Bedingungen geknüpft und werden technisch überwacht. In Abschn. 4.2 werden die zwischen den Betriebsarten bestehenden Übergänge anhand ausgewählter Beispiele erläutert.
Lars Schnieder
5. Hauptfunktionen automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Automatische Zugbeeinflussungssysteme weisen einen weitreichenden 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 (Abschn. 5.1). Hierauf aufbauend werden weitergehende automatisierungstechnische Funktionen zum Fahren des Fahrzeugs vorgestellt (Abschn. 5.2). Mit der Überwachung der Profilfreiheit (Abschn. 5.3) und der Sicherung des Fahrgastwechsels (Abschn. 5.4) werden weitere für eine höhere Automation erforderliche Funktionen vorgestellt. Auf dem Weg zu einem vollständig fahrerlosen Betrieb müssen weitere Funktionen technisch realisiert oder zumindest unterstützt werden wie der automatische Zugbetrieb (Abschn. 5.5) sowie die Störfallerkennung und das Störfallmanagement (Abschn. 5.6). Die einzelnen Sicherungsfunktionen werden nachfolgend vorgestellt.
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 im englischen Sprachgebrauch auch mit der Abkürzung RAMSS bezeichnet. Hierbei stehen die einzelnen Buchstaben für spezifische Aspekte, die in der Systemgestaltung automatisierter Zugbeeinflussungssysteme mit berücksichtigt werden müssen.
Lars Schnieder
7. Abwägung von Kosten und Nutzen automatischer Zugbeeinflussungssysteme
Zusammenfassung
Kosten-Nutzen-Analysen werden in zahlreichen Bereichen der öffentlichen Daseinsvorsorge zur Entscheidungsunterstützung eingesetzt. So verpflichtet in Deutschland etwa § 7 Bundeshaushaltsordnung die öffentlichen Körperschaften dazu, vor einer Ausgabe eine Wirtschaftlichkeitsuntersuchung durchzuführen (vgl. hierzu Arnold 2017; Kossak 2018). Kosten-Nutzen-Analysen sind eine solche Form der Wirtschaftlichkeitsuntersuchung. Dieser Abschnitt stellt dar, welche Betrachtungen bei der Einführung automatischer Zugbeeinflussungssysteme auf Kostenseite durchgeführt werden (Abschn. 7.1). Des Weiteren stellt dieser Abschnitt dar, wie der Nutzen von Verkehrsinfrastrukturprojekten ermittelt wird (Abschn. 7.2). Überwiegen die Nutzen die Kosten, qualifiziert dies eine Infrastrukturmaßnahme für eine Förderung aus öffentlichen Haushaltsmitteln.
Lars Schnieder
8. Umbau, TestTest 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-Bahnsysteme in den Großstädten mehr als 30 Jahre alt ist (de Silvestre 2005). Viele Betreiber stehen aus Gründen der Obsoleszenz und der Kapazitätssteigerung vor Ersatzinvestitionen.
Lars Schnieder
9. Perspektiven und zukünftige Herausforderungen
Zusammenfassung
Communications-Based Train Control Systeme haben sich in den letzten Jahrzehnten de facto 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 (vgl. Abschn. 9.1). Allerdings sind zukünftig auch weitere Herausforderungen zu lösen. Dies ist neben der aktuell fehlenden Standardisierung der herstellerspezifischen Systemlösungen (vgl. Abschn. 9.2) auch eine Integration von CBTC-Systemen in die Systemtechnik und Verkehrsplanung des Straßenverkehrs dort, wo Stadtbahnsysteme die Verkehrsfläche mit anderen Verkehrsteilnehmern teilen (vgl. Abschn. 9.3).
Lars Schnieder
Backmatter
Metadata
Title
Communications-Based Train Control (CBTC)
Author
Dr. Lars Schnieder
Copyright Year
2021
Publisher
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-662-62876-8
Print ISBN
978-3-662-62875-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-662-62876-8