Funktionalitäten

Mit dem Aufkommen von landesweiten Taktfahrplänen entstand das Bedürfnis, gewisse Zusammenhänge der Zugläufe nicht nur entlang einer Linie, sondern netzweit grafisch darzustellen. Dies war die Geburtsstunde der sogenannten Netzgrafik. Sie bildet das Eisenbahnnetz und den dazugehörigen Fahrplan schematisch ab: Jedes im Takt verkehrende Zugpaar erscheint als Strich, der die bedienten Knotenbahnhöfe unter Angabe der Ankunfts- und Abfahrtszeiten miteinander verbindet.

Die Netzgrafik gibt die Fahrpläne sämtlicher Linien eines Netzes in ihren gegenseitigen Abhängigkeiten (z.B. Anschlusssituation in Knotenbahnhöfen) anschaulich wieder. Die Verknüpfungen sind auf einen Blick sichtbar, was die Koordination für den Planer erheblich vereinfacht.

Viriato war das erste Planungssystem, das Netzgrafik, Bildfahrplan und Tabellenfahrplan zu einem integrierten Werkzeug verknüpfte.

Der Bildfahrplan ist als Weg-Zeit-Diagramm die traditionelle Art, den zeitlichen Verlauf eines oder mehrerer Züge entlang einer Strecke darzustellen. Schon seit den Ursprüngen der Eisenbahn dienen diese grafischen Fahrpläne der Abbildung des Betriebsgeschehens auf einer Strecke.

Der Bildfahrplan ist das zentrale Arbeitsdokument für den Fahrplankonstrukteur, erlaubt er doch eine erste Überprüfung der betrieblichen Machbarkeit eines Fahrplans. Der Fachmann erkennt in dieser Darstellung sofort die Konflikte wie ungenügende Zugfolgezeiten oder Kreuzungen auf eingleisigen Strecken gibt. Mit Hilfe von Bildfahrplänen, in denen alle Zugfahrten einzelner Linien dargestellt sind, lassen sich zudem erste Überprüfungen und Abschätzungen für den Umlaufplan durchführen.

Je nach Kunde und Planungsstufe sind unterschiedliche Inhalte oder Darstellungsformen gefordert. Neben flexiblen Anzeigefiltern ist daher das Layout des Viiato-ildfahrplans frei definierbar, beispielsweise was Strichstärken und -farben betrifft. Diese individuellen Anpassungen sind von grossem Nutzen für die erfolgreiche interne und externe Informationsentwicklung.

Der Tabellenfahrplan verkörpert die ursprünglichste Darstellung eines Fahrplans entlang einer Strecke. Dies spiegelt sich im Englischen im Wort Timetable wider, das auf die Wurzeln der Bekanntgabe von Fahrplänen verweist. Trotz seiner langen Geschichte entfaltet der Tabellenfahrplan auch im neuen Viriato wieder seinen Nutzen. Im Zusammenspiel mit betrieblichen Modulen, wie zum Beispiel dem Bildfahrplan, bietet er gleichzeitigen Einblick in verkehrliche Aspekte des Fahrplans.

Mit der Aufgabenteilung zwischen Besteller und Betreiber hat der Tabellenfahrplan auch eine Kommunikationsfunktion erhalten: Juristisch einwandfrei beschreibt er das Angebot in Bezug auf Produkt, Umfang, Häufigkeit oder Haltepolitik.

Die funktionalen Anforderungen an den Tabellenfahrplan hängen vom Einsatzgebiet ab. Viriato bietet daher flexible Filtermöglichkeiten und Layout-Einstellungen. Eine Schnittstelle ermöglicht zudem die Weitergabe der Daten an MS Excel für eine individuelle Nachbearbeitung.

Die Anschlussuhr zeigt grafisch die Beziehungen zwischen ankommenden und abfahrenden Zügen an einer Betriebsstelle. Dies ermöglicht dem Bearbeiter eine effiziente Planung der Ankunfts- und Abfahrtszeiten, mit dem Ziel, die Anschlussmöglichkeiten für den Reisenden zu maximieren. Die Ankunfts- und Abfahrtszeiten werden auf einer Uhr um die Betriebsstelle gezeichnet, um möglichst viele Informationen gemeinsam darzustellen. Ebenfalls kann die Belegung der einzelnen Bahnhofsgleise eingeblendet werden.

In der konzeptionellen Langfristplanung reichen Standardtage zur Festlegung des Angebotsumfangs in der Regel aus. Je näher der Termin der Inbetriebnahme rückt, desto präziser ist der Fahrplan zu definieren, um Wochenenden und andere systematische Abweichungen abzubilden. Für die operative Planung ist eine kalendertaggenaue Festlegung der Verkehrstage unabdingbar, um kurzfristige Änderungen wie Zusatzverkehre oder Zugausfälle erfassen zu können.

Diese Flexibilität ist in Viriato mit einem zugspezifischen Gültigkeitsmodell umgesetzt. Der Planer weist einem Zug ein beliebiges Gültigkeitsmuster zu, das sogar innerhalb einer Zugfamilie unterschiedlich sein kann. Zur Unterstützung bietet Viriato die Möglichkeit, Gültigkeitsvorlagen zu definieren, welche den Zügen zugewiesen werden und sich nachträglich zugspezifisch anpassen lassen. Automatisch erzeugte Gültigkeitsbeschreibungen zeigen dem Benutzer auf einen Blick, wann der Zug verkehrt.

Für eine effiziente Verwaltung der Zuggültigkeiten in einem Fahrplan verfügt Viriato über eine Mengenbearbeitungsfunktion, mit welcher die Verkehrstage einer Auswahl von beliebigen Zügen modifiziert werden können. In allen Ansichten verfügt der Planer über Filter für Verkehrstage oder Datumsbereiche zur Anzeige der verkehrenden Züge.

Grundlage für eine sorgfältige Fahrplanplanung sind präzise Kenntnisse der technisch möglichen Fahrzeiten der Züge. Im Rahmen des Planungsprozesses müssen diese Fahrzeiten deshalb laufend aktualisiert werden können. Nur so lassen sich Änderungen beim Rollmaterial oder bei der Infrastruktur – zum Beispiel temporäre Geschwindigkeitseinschränkungen – in der Fahrplanplanung berücksichtigen. Viriato berechnet die Fahrzeiten auf der Basis eines breiten Spektrums von technischen und betrieblichen Parametern.

Der neue Viriato-Fahrzeitrechner basiert auf dem Algorithmus, den die Schweizerischen Bundesbahnen (SBB) für die Berechnung sämtlicher Fahrzeiten nutzen. Dank beliebigen Kombinationen von Rollmaterial, Traktionsparametern, fahrdynamischen Parametern und Bremskurven berechnet Viriato hochpräzise Fahrzeiten, die von den SBB im täglichen Einsatz bestätigt wurden.

Durch die Berücksichtigung von Streckeneigenschaften wie Steigungen, Kurven, Tunnel oder Geschwindigkeitseinschränkungen entsteht ein detailliertes Abbild der Infrastruktur.

Der Planer kann im Modul beliebige, eigene Triebfahrzeuge mit ihren Eigenschaften und Leistungswerten leicht selbst erfassen.

Der Fahrzeitrechner ist vollständig in den Planungsprozess integriert. Die errechneten Fahrzeiten werden unmittelbar in den Zuglauf übertragen.

Das Modul Umlaufplanung ist voll integriert in die Fahrplan-Funktionalität von Viriato und erlaubt die Erstellung von Fahrzeugumläufen während des Planungsprozesses.

Während des Lebenszyklus eines Fahrplans bestehen unterschiedliche Anforderungen an die Umlaufplanung.

• Der Prozess der Fahrzeugumlaufplanung ist vollständig in den Fahrplan integriert. Werden Fahrzeiten oder Laufwege geändert, ist dies unmittelbar im Umlaufplan sichtbar. Benutzerdefinierte Toleranzwerte unterstützen den Planer beim Entscheid, ab welchem Änderungsgrad eine Überarbeitung des Umlaufplans erforderlich ist.
• Die Fahrzeugumläufe lassen sich in verschiedenen Arten von «Gantt»-Diagrammen darstellen. In der kompakten Ansicht, welche eine Zeitperiode auf einen Tag zusammenstaucht, erkennt der Planer auf einen Blick, welche Aktivitäten konsistent verlinkt sind und welche weniger häufig erfolgen. Die ausgerollte Sicht zeigt den Umlaufplan als fortlaufende Abfolge von Tagen, in welcher sich die Verknüpfungen über den ganzen Plan hinweg verfolgen lassen.
• Automatisierung und Optimierung beschleunigen den Prozess der Erstellung und Verfeinerung von Umläufen. Die Automatisierung unterstützt den Anwender, rasch einen gültigen Umlaufplan zu finden oder einen unfertigen Plan zu vervollständigen. Über eine Schnittstelle zu externen Optimierungsprogrammen lassen sich alle Aspekte eines Fahrzeugumlaufplans optimieren bezüglich Fahrten, Leerfahrten, Unterhaltsaufgaben und weiterer benutzerspezifischer Geschäftsregeln, die zu berücksichtigen sind.
• Dank der Möglichkeit, die Fahrzeugumläufe direkt im Bildfahrplan anzuzeigen und sogar zu editieren, kann der Lauf von Fahrzeugen in aussagekräftiger Form in der Fahrplanumgebung visualisiert werden.
• Die Fahrzeugreihung bei Mehrfachtraktion wird automatisch in Viriato verwaltet. Dadurch erkennt das Umlauftool, wenn ein Fahrzeug einen Fahrtrichtungswechsel vornimmt und es weist den Planer darauf hin, wenn ein Umlaufplan geplante, jedoch unmögliche Aktivitäten enthält, weil z.B. ein Fahrzeug durch ein anderes gefangen ist.
• Eingebaute Plausibilitätsprüfungen stellen sicher, dass die vom Planer erstellten Umläufe Verknüpfungen für alle Verkehrstage in der Fahrplanperiode enthalten und garantieren damit die Erstellung von gültigen Umlaufplänen.
• Auswertungen über die sich im Einsatz befindlichen Fahrzeuge für jeden Tag oder über stillstehende Fahrzeuge in einer Betriebsstelle erlauben dem Planer Spitzen bezüglich Fahrzeugbedarf und Abstellflächen zu bewirtschaften.
• Leerfahrten lassen sich als reine Umlauf-Aktivitäten erstellen. Der Planer kann dadurch die Auswirkungen seines Umlaufplans auf die Kapazitätsausnutzung beurteilen und sicherstellen, dass er betrieben werden kann.
• Im Umlauf können auch Unterhaltsaktivitäten mitgeplant und überprüft werden, welche Regeln basierend auf Zeit- oder Distanzintervallen unterliegen (z.B. Reinigung alle 4 Stunden oder Betankung nach maximal 1000 km). In Regelsätzen wird festgelegt, welche Aktivitätstypen an welchen Orten erfolgen können.

Bahnhöfe sind die Brennpunkte des Geschehens im Eisenbahnbetrieb. Hier laufen Strecken zusammen, fahren Züge ein und aus, Fahrgäste kommen, gehen und steigen um, Zuggarnituren werden abgestellt, gereinigt und unterhalten. Mit der Vertaktung des Angebots und der Bildung von Anschlussknoten steigen auch die Anforderungen an Betrieb und Kapazität im Bahnhof.

Nichts darf dem Zufall überlassen sein. Deshalb gehört auch das Überprüfen der Belegung von Bahnhofgleisen sowie der Zu- und Wegfahrten zu den Kernaufgaben der Fahrplanerstellung. Hier stellt sich zum Beispiel die Frage, ob zusätzliche Gleise oder Weichen den Betrieb vereinfachen oder ob die vorhandenen Gleise für ein geplantes Angebotskonzept ausreichen.

Das leistungsstarke Viriato-Modul für die Gleisbelegung ist leicht zu bedienen und unterstützt den Anwender bei der Planung, Beurteilung und Darstellung von Gleisbelegungen. Züge lassen sich per Mausklick von einem Gleis aufs andere verschieben, um allfällige Konflikte direkt zu beheben.

Viriato unterstützt den Planer bei der Erstellung von konfliktfreien Gleisbelegungen mit dem optionalen Modul Konflikterkennung, welches Verletzungen von Planungsregeln und Konflikte zwischen sich gegenseitig ausschliessenden Zugfahrten im Bahnhofsbereich anzeigt.

Ein Eisenbahnfahrplan unterliegt zahlreichen Rahmenbedingungen, unter anderem bei der Infrastruktur (Gleise, Zugfolgezeiten, Sicherungsanlagen etc.), beim Rollmaterial (Beschleunigung, Zugtyp etc.) und bei der Angebotsstruktur (Zwischenhalte, Anschlüsse etc.). Je höher die Komplexität des Schienennetzes und je grösser die Streckenauslastung, desto wichtiger wird die Beachtung dieser Rahmenbedingungen.

In komplexen Fällen ist es schwierig sicherzustellen, dass alle Einschränkungen berücksichtigt sind und der geplante Fahrplan konfliktfrei fahrbar ist.

Die Konflikterkennung von Viriato ermittelt alle vorhandenen Problemfälle in kürzester Zeit und stellt sie im Bildfahrplan dar. Verändert der Anwender die Fahrlage eines Zuges, beispielsweise mit der Maus direkt im Bildfahrplan, meldet Viriato sofort die verbleibenden Konflikte. Neben der grafischen Anzeige der Konflikte ist immer auch eine vollständige tabellarische Darstellung verfügbar.

Im Bahnhofsbereich besteht zudem die Möglichkeit, automatisch nach konfliktfreien Lösungen für die Gleisbelegung zu suchen. Der Algorithmus findet Konflikte im Gleisbelegungsplan und ist so für den Planer eine wertvolle, frühzeitige Hilfe, wenn das geplante Angebotskonzept nicht fahrbar ist.

Die Die Fahrplanerstellung ist ein interaktiver Prozess im Spannungsfeld einer grossen Zahl von Rahmenbedingungen und sich widersprechender Ziele. Betriebliche Zwänge verursachen häufig nachfrageseitige Auswirkungen, die nicht auf Anhieb zutage treten. Ausserdem sind in grossen Netzen die systemweiten Folgen von lokalen Fahrplanänderungen oft nicht unmittelbar ersichtlich.

Die Viriato-Reisezeitanalyse unterstützt den Planer beim Vergleich und bei der Beurteilung von verschiedenen Fahrplankonzepten und deren Angebotsqualität. Aus den Daten einer Fahrplanvariante berechnet sie unter Berücksichtigung von Fahrzeiten und Umsteigezeiten alle sinnvollen Verbindungen im Netz. Daraus werden die aus Kunden- und betrieblicher Sicht wichtigsten Kennziffern ermittelt.

Die Reisezeitanalyse bietet eine Reihe von Auswertungen an, die dem Planer eine sorgfältige Analyse der alternativen Fahrplankonzepte ermöglichen. Eine attraktive Darstellung der Ergebnisse in verschiedenen grafischen Formen erlaubt es, die Vorteile eines neuen Fahrplans effizient zu kommunizieren.

Die Schaffung neuer Fahrpläne und Angebote beeinflusst häufig die Reisewege der Fahrgäste. Das Viriato-Zusatzmodul Reisezeitanalyse berechnet die Wege für die Fahrgäste unter Berücksichtigung der Umsteigevorgänge und gibt Hinweise auf Veränderungen der Angebotsqualität zwischen Fahrplänen. Die zugscharfe Umlegung geht einen Schritt weiter, indem sie die Nachfrage mit der Reisezeitanalyse kombiniert und als Resultat die Besetzung auf jedem Zug des Fahrplans ausweist.

Der iterative Prozess in Viriato zeigt dem Planer in transparenter Weise die Wechselwirkung zwischen neuen Fahrplankonzepten und den dadurch ausgelösten Veränderungen von Reisewegen und Fahrgastflüssen. In diesem Prozess erfolgt schrittweise zuerst die Erstellung eines Fahrplankonzepts, dann die Berechnung der möglichen Verbindungen und zum Schluss die Umlegung der Verkehrsnachfrage auf die neuen Verbindungen und damit die Besetzung der Züge. Nimmt der Planer eine Änderung am Fahrplankonzept vor, wiederholt er anschliessend diesen Prozess. Diese Analyse erfolgt in Viriato unter Verwendung der beiden Zusatzmodule Reisezeitanalyse und zugscharfe Umlegung.

Der Algorithmus für die Zuordnung von Passagieren zu Zügen erfolgt auf Basis des Verfahrens der Simultanumlegung. Das heißt, die Nachfrage eines Quelle-Ziel-Paares wird simultan je nach Widerstand (Attraktivität der Verbindung) auf die verschiedenen Verbindungen zwischen dieser Quelle und diesem Ziel umgelegt. Die Attraktivität einer Verbindung wird anhand der Reisezeit und der Anzahl Umsteigevorgänge bestimmt.

Viriato berechnet auf Basis der Nachfrage für jede Quelle-Ziel-Verbindung eine individuelle Tagesganglinie. Dies ermöglicht die Modellierung von Hauptverkehrszeiten oder Passagierströmen in Zentren.

Im iterativen Prozess der Fahrplanerstellung spielt die Bewertung der Konzepte eine entscheidende Rolle. So ist die betriebliche Robustheit einer Fahrplanvariante im Allgemeinen nur schwer zu quantifizieren und zu bewerten. Die Bestimmung des Einflusses von lokalen Änderungen an Fahrplan oder Infrastruktur auf die Robustheit des Gesamtsystems ist auch für erfahrene Planer eine schwierige Aufgabe, wenn grosse und dichte Netze geplant werden.

Das Modul Robustheitsanalyse ermöglicht die Validierung der Stabilität eines Fahrplans und einen diesbezüglichen Vergleich mit alternativen Fahrplanvarianten. Der Anwender stellt Verspätungsszenarien mit einem Set von vordefinierten Störungen zusammen, gegen welche er den Fahrplan prüft. Viriato verarbeitet dies, indem die Ursprungsverspätungen durch den Fahrplan propagiert und unter Verwendung der Pufferzeiten sukzessive abgebaut werden, bis der Betrieb in den geplanten Zustand zurückkehrt. Beim Berechnungsende erzeugt Viriato statistische Berichte und der gestörte Fahrplan lässt sich als normales Fahrplanszenario abspeichern.

Das Resultat der Verspätungsfortpflanzung lässt sich in Viriato analysieren und beinhaltet Statistiken wie beispielsweise die Gesamtdauer bis zur Rückkehr in den Normalzustand oder die Summe der durch die Initialstörung verursachten Verspätungsminuten. Die Statistiken können für weitergehende Analysen und Visualisierungen exportiert werden. Werden die Resultate als neues Fahrplanszenario gespeichert, lassen sie sich unter Verwendung aller Standardfunktionalitäten in Viriato anzeigen und analysieren. Die Robustheit jedes neuen Fahrplans lässt sich mit diesem Modul effizient analysieren und einfach darstellen.

Obwohl beim Betrieb eines Bahnunternehmens natürlich der Transport von Personen und Gütern im Vordergrund steht, darf nicht vergessen werden, dass die Infrastruktur laufend instandgehalten und ausgebaut werden muss, um den Betrieb aufrechterhalten und das Leistungsangebot erweitern zu können. Ohne regelmässige Wartung beginnt die Qualität der Infrastruktur schnell zu leiden.

Auch wenn Infrastrukturbetreiber stets bemüht sind, die Auswirkungen von Instandhaltungsarbeiten auf ihre Kunden so gering wie möglich zu halten, lässt sich doch nicht immer vermeiden, dass geplante Zugfahrten geändert werden müssen, um auch an Tagen mit Baustellen auf der Strecke angeboten werden zu können. Dazu müssen die Verkehrsunternehmen wissen, welche Fahrstrassen zwischen den einzelnen Bahnhöfen sowie in den Gleisanlagen der Bahnhöfe selbst verfügbar sind und ob sich die Fahrzeiten aufgrund etwaiger Langsamfahrstellen verlängern.

Das Modul Baufahrplanung ermöglicht es, Baustellen anzulegen und ihre Auswirkungen auf geplante Zugfahrten darzustellen. Der Benutzer kann Baustellen durch Verwendung von Szenarien anhand eigener Kriterien zu Gruppen zusammenfassen und filtern.

Baustellen lassen sich auf dem Bildfahrplan darstellen, der einen sofortigen Überblick über von Gleissperrungen oder Langsamfahrstellen betroffene Züge bietet. Auch können Berichte erstellt werden, die detailliert aufzeigen, welche Züge an jedem einzelnen Tag betroffen sind, um die Planung für diese Zugfahrten anpassen zu können.

Um dem Benutzer einen strategischen Überblick über die Bauarbeiten zu ermöglichen, wurde Viriato um eine zweite Visualisierungsoption ergänzt, die einen summarischen Überblick auf Tagesbasis bietet. Für jeden Abschnitt im Gleisnetz wird angegeben, ob es sich um eine Voll- oder Teilsperrung am Tag und/oder in der Nacht handelt. So kann der Benutzer schnell das den Einschränkungen zugrundeliegende Muster erkennen, alternative Fahrstrassen finden und fahrplanrelevante Entscheidungen treffen.

Eine Zugfahrt durchläuft in der Regel viele Planungsstufen über einen langen Zeitraum. Es beginnt bei der groben Angebotsskizze, die laufend verfeinert wird und schliesslich in der operativen Zugfahrt mündet, welche mit dem Controlling abgeschlossen wird. Dabei sind auf verschiedenen Stufen Iterationen notwendig, um ein Optimum aus betrieblicher und wirtschaftlicher Sicht zu erreichen.

Viriato vermag mit seiner Vielseitigkeit alle Stufen der Planung abzudecken. Trotzdem wird höchstwahrscheinlich an der einen oder anderen Stelle des gesamten Prozesses ein Datenaustausch mit anderen Systemen, welche die Daten parallel oder nachgelagert verarbeiten, unumgänglich sein. Ein zentrales Element in diesem Prozess ist die Sicherstellung eines durchgängigen Datenflusses ohne aufwendige und fehleranfällige Neuerfassung. Die Herausforderung besteht darin, die verschiedenen Systeme über intelligente und standardisierte Schnittstellen miteinander zu verknüpfen.

SMA und Partner AG hat deshalb von Anfang an die railML-Initiative (www.railml.org) mitgetragen und aktiv an der konkreten Umsetzung mitgewirkt. railML hat das Ziel, über definierte Schnittstellen verschiedenste Programme im Umfeld des Eisenbahnbetriebs miteinander zu verknüpfen und den Informationsaustausch durch die Systematisierung und die Definition von standardisierten XML-Schemata für eisenbahnspezifische Daten zu vereinfachen.