Simulation von Eisenbahnverkehr auf der Basis von Zellularautomaten

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Stebens_Dissertation.pdf17.08.2001 00:00:0010,16 MB
Simulationsmodelle auf der Basis von Zellularautomaten bieten sich gerade für die Anwendung in großen Transport-Netzwerken an. Die Eigenschaft, nur diskrete Zustände zu berechnen erlaubt sehr schnelle Rechenzeiten. So können auch für große Netzwerke Berechnungen in mehrfacher Echtzeit durchgeführt werden. Das Ziel dieser Arbeit war es, ein Modell zur Simulation von Schienenverkehr auf der Basis von Zellularautomaten zu entwickeln. Durch die Einteilung der Eisenbahnstrecken in Sicherungsblöcke kann dabei im Gegensatz zu bestehenden Ansätzen, wie sie beispielsweise zur Modellierung von Straßenverkehr verwendet werden, nicht mehr von einer direkten Fahrzeug-Fahrzeug-Wechselwirkung ausgegangen werden. Vielmehr interagieren einzelne Züge indirekt über den Fahrweg miteinander. Das Konzept der Sicherungsblöcke kann dabei allerdings nicht verhindern, dass es in einzelnen Netzabschnitten zu Blockaden, so genannten Deadlock-Situationen, kommen kann. In realen Schienensystemen verhindert das Eingreifen der Disponenten solche Konfliktsituationen. Auch in der Modellierung kann auf einen entsprechende Dipositionsroutine nicht verzichtet werden. Da eine exakte Berechnung von Dispositionsentscheidungen die Kenntnis der Positionen und Geschwindigkeiten aller Züge im Netzwerk erfordert, ist man an dieser Stelle auf Näherungslösungen angewiesen. In dieser Arbeit ist eine hierarchischer Modellierungsansatz entwickelt worden, der eine komplette Beschreibung von Schienensystemen ermöglicht. Jeder Modellierungsebene liegt eine diskrete Einteilung des Netzwerks in Zellen zugrunde. Diese Zellen können diskrete Zustände annehmen, deren Wert durch einen lokalen Regelsatz bestimmt wird.

Models based on Cellular Automata (CA) have properties which makes them extremely useful for simulating large transport-networks. The calculation of only discrete states yield to very fast calculation times. Even very large systems can then be calculated in multiple realtime. The aim of this work was to develop a model based on a cellular automaton, which reproduces the basic properties of railway traffic combined with very fast implementations on workstations. Because of the division of the railway network in safetyblocks by signals there is no direct interaction between preceding trains, instead they interact through the infrastructure. This interaction is basically different to existing traffic-models, e.g. for road-traffic. The concept of safetyblocks can still not prevent that trains get stuck in a deadlock-situation. In real railway-systems this situations are avoided by the intervention of human dispatchers. When simulating railway-traffic, the development of appropriate dispatch-routines is needed. Usually exact solutions are not available, hence one is forced to use approximative methods. In this work a hierarchical model is developed, which makes the simulation of railway systems possible. Every level of the model is based on a discrete division of the network in cells. This cells can only take discrete states, which values are determined by a local rule-set.
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Dokumententyp:
Wissenschaftliche Abschlussarbeiten » Dissertation
Fakultät / Institut:
Fakultät für Physik
Dewey Dezimal-Klassifikation:
500 Naturwissenschaften und Mathematik » 530 Physik
Stichwörter:
simulation, model, railway, traffic
Beitragende:
Prof. Dr. rer. nat. Schreckenberg, Michael [Betreuer(in), Doktorvater]
Prof. Dr. rer. nat. Wolf, Dietrich E. [Gutachter(in), Rezensent(in)]
Sprache:
Deutsch
Kollektion / Status:
Dissertationen / Dokument veröffentlicht
Datum der Promotion:
17.08.2001
Dokument erstellt am:
17.08.2001
Dateien geändert am:
05.04.2007
Medientyp:
Text