Bei Störungen in Echtzeit richtig agieren - Ressourcenmanagement und Machine Learning unterstützen die Disposition Dipl.-Pol. Kurt Metz, Luzern - FHNW
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Foto: Bernhard Studer
Abb. 1: Störungen durch Wetterkapriolen gehören mittlerweile zum Alltag von Disponenten öffentlicher Verkehrsmittel und fordern das Ressour-
cenmanagement in noch kaum gekannten Ausmaß. Die Aufnahme, aufgenommen oberhalb von Alp Grün, zeigt die Dampfschneeschleuder der
Rhätischen Bahn vor der Kulisse des Palü-Gletschers auf der Berninastrecke.
Bei Störungen in
Echtzeit richtig agieren
Ressourcenmanagement und Machine Learning unterstützen die Disposition
Dipl.-Pol. Kurt Metz, Luzern
W
assereinbrüche im Lötsch- kehrsunternehmen sollen den Regelbetrieb
berg-Basistunnel, stürzende schnell wieder ins Lot bringen. In hoch be- Der Staat unterstützt
Brückenteile auf eine Rol- lasteten und eng verknüpften ÖV-Netzen
lende Landstraße südlich breiten sich bereits kleine Unregelmäßig- Die Entwicklung von RailOpt®DSSplus
von Freiburg im Breisgau oder eine über keiten schnell in der Fläche aus, verursa- wird im Rahmen eines Innosuisse-Pro-
Wochen blockierte Rheintalstrecke bei chen Verspätungen, verpasste Anschlüsse, jektes ermöglicht. Das zeigt, welchen
Stellenwert und welche Bedeutung ihm
Raststatt durch einen einstürzenden Tun- Ausfälle, Kosten und volkswirtschaftliche von staatlicher Seite beigemessen wird.
nelvortrieb – die Bilder solcher Ereignisse Schäden. Die Fahrzeuge wie das Betriebs- Innosuisse – die Schweizerische Agen-
gehen wie Lauffeuer durch die Medien und personal stehen dann meist nicht mehr zur tur für Innovationsförderung – unterstützt
beschäftigen die Verkehrsbranche über rechten Zeit am richtigen Ort bereit für den wissensbasierte Innovation im Interesse
von Wirtschaft und Gesellschaft mit Inno-
längere Zeit. Im Öffentlichen Personennah- fahrplanmäßigen Betrieb. vationsprojekten, Beiträgen für Start-ups,
verkehr sind Störungen, Umleitungen und Internationalisierung und Vernetzung.
Unterbrechungen meist weniger spektaku- Um diesen nahezu alltäglichen Herausfor- Innosuisse ist eine öffentlich-rechtliche
lär, aber sie fordern die Disponenten eben- derungen wirkungsvoll zu begegnen, entwi- Anstalt mit eigener Rechtspersönlichkeit.
Der Auftrag, die Organisationsform, Orga-
so und ärgern Fahrgäste. Dazu gehören ckeln Software- und Verkehrsunternehmen ne und Instrumente von Innosuisse sind
Personenunfälle auf Schiene und Straße, Management-Systeme. In der Schweiz ha- im entsprechenden Gesetz verankert. Ihr
Behinderungen von Buslinien und S-Bah- ben sich einerseits zwei Fachhochulen und Ziel ist es, die Wettbewerbsfähigkeit von
kleinen und mittleren Unternehmen in der
nen durch Baustellen und Ausfälle der IT. das Softwarehouse Qnamic mit der Unter-
Schweiz zu fördern. Dafür stehen ihr jähr-
stützung von Innosuisse (siehe Kästchen lich Mittel in der Höhe von 200 Mio CHF
All diesen Störungen ist eigen, dass sie rechts) an eine grundlegend neue Lösung zur Verfügung.
rasch nach Lösungen verlangen. Die Ver- gemacht. Anderseits arbeitet das Team von
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„smartrail 4.0“ an einem neuen gesamt-
schweizerischen Verkehrs-Management- Zum Autor
system. Dipl.-Pol. Kurt Metz ist Marketing- und Kommunikationsberater für Mobilität,
Logistik und Tourismus. Er befasst sich seit über vierzig Jahren mit Themen
der Verkehrsverlagerung und des Modalsplits. Zudem organisiert er Studien-
RailOpt unterstützt und plant reisen für Medienschaffende und Meinungsbildner im Mobilitätsbereich und
publiziert darüber in Fachmedien.
Mit dem Ressourcen-Management-System
RailOpt von Qnamic besteht seit 2003 ein
mittlerweile erprobtes und praxisgerechtes
System. Es unterstützt primär Eisenbahn-
verkehrs-Unternehmungen (EVU) von der
Angebotserstellung über alle Planungsho-
rizonte einschließlich der Disposition bis Abb. 2: Architektur-
Grafik: Darstellung der OST
hin zur Abrechnung. Durch die simultane skizze für RailOpt
Berücksichtigung aller zum Prozess benö- DSSplus.
tigten Ressourcen wie Rollmaterial und
Personal werden kostenoptimierte Ange-
bote für Auftraggeber ermöglicht. Der Dis-
ponent wird durch RailOpt auch in opera-
tiven Aufgaben durch Konflikterkennungen
und deren Lösungen unterstützt. Aufgrund
der zunehmenden Bedeutung für schnelle-
re und stabile Resultate nach unvorherseh-
baren Ereignissen werden nun neue Vorge-
hensweisen definiert, um die zunehmende
Komplexität der ÖV-Systeme und der Kun-
denerwartungen durch die Disponenten
beherrschbarer zu gestalten.
RailOpt®DSSplus löst Probleme
Dieser neue Ansatz besteht in der Kombi-
nation von Machine Learning und Opera-
tions-Research: Er soll den Disponenten
umfassende Lösungsvorschläge unterbrei-
ten. Die bis anhin verfügbare Unterstüt-
Grafik: Darstellung der OST
zung für Disponenten bestand darin, dass
eine Software die Lösungsvorschläge des
Disponenten daraufhin überprüfte, ob sie
zu Ressourcenkonflikten oder Regelverlet-
zungen führen. Bis jetzt musste also der
Disponent unter enormem Zeitdruck allein
Ideen für eine Lösung entwickeln. Abb. 3: Vergleich RailOpt DSS versus RailOpt DSSplus.
Das neue Instrument – das Decision Sup-
port System DSSplus – berechnet innerhalb
weniger Sekunden Lösungsvorschläge, die den und Inputs der Disponenten lernen, sätze für das Projekt. Die Innovation der
alle relevanten Rahmenbedingungen wie um so immer passgenauere Vorschläge zu Vorgehensweise besteht aus drei Elemen-
verfügbares Rollmaterial, Betriebsperso- entwickeln. ten:
nal (Lokführer, Fahrer, Zugbegleiter und
so weiter) und mögliche Ausweichstrecken Forschung und Praxis ◼◼ Neue Heuristiken1): Durch den Einsatz
berücksichtigen. Der Disponent kann dann neuer Heuristiken sollen schnellstmög-
auf Grund seiner Erfahrungen aus den vor- Die Verwirklichung dieser kühn klingenden lich Lösungen erstellt werden, um die
geschlagenen Lösungen die beste auswäh- Idee macht es nötig, vertieftes Know-how durch vorliegende Störungen erzeugten
len und den gemachten Vorschlag weiter- aus der wissenschaftlichen Forschung und Konflikte stabil in die Ausgangslage zu-
entwickeln oder diesen auf Grund seiner praktische Erfahrung im Betrieb von ÖV-Un- rückzuführen.
Erfahrungen anpassen. Die Software setzt ternehmen mit einem spezialisierten Soft-
somit auf eine iterative Zusammenarbeit wareunternehmen zusammenzuführen: Die 1 Heuristik bezeichnet die Kunst, mit begrenztem Wis-
sen und wenig Zeit dennoch zu wahrscheinlichen
zwischen Mensch und Maschine, um so OST – Ostschweizer Fachhochschule in St. Aussagen oder praktikablen Lösungen zu kommen.
möglichst schnell optimale und realisier- Gallen und die Fachhochschule Nordwest- Es bezeichnet ein analytisches Vorgehen, bei dem
mit begrenztem Wissen über ein System mit Hilfe
bare Lösungen zu entwickeln. Langfristig schweiz mit Hauptsitz in Olten erschließen mutmaßender Schlussfolgerungen Aussagen über
soll die Maschine sogar von den Entschei- Algorithmen und Machine-Learning-An- das System getroffen werden (Quelle: Wikipedia).
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Die Disponenten verstärkt unterstützen
Komplexität des schienengebundenen
Claudia Schmid studierte Chemie an der EPFL in Lausanne und der Car-
negie Mellon University in Pittsburgh, PA. Hier promovierte sie mit einer Verkehrs zu erweitern. Anders ausge-
Doktorarbeit zu Optimierungsansätzen im Chemie-Ingenieurswesen. Nach drückt: es wurde ein bestehendes Haus
leitenden Positionen in den USA in der Software-Entwicklung war sie im Balkon um Balkon erweitert, ohne die
Jahr 2003 Mitbegründerin der Qnamic AG mit Sitz in Hägendorf SO und ist
seit 2013 CEO des Unternehmens. Ihr Mann, Dirk Pfeiffer, ist Co-Gründer Grundstruktur zu verändern. Im Gegen-
und Präsident des Qnamic-Verwaltungsrats. satz dazu war die RailOpt-Architektur von
vornherein auf die ganzheitliche Betrach-
Foto: Qnamic
tung ausgelegt. Ausgelöst durch die stän-
dig neuen Herausforderungen wie höhere
Auslastung der Netze, wird die Disposi-
tion nochmals wichtiger, um den Betrieb
aufrecht zu halten. Bei der Unterstützung
der Disponenten sehen wir unsere Stärken
DER NAHVERKEHR: Frau Schmid, was Schmid: Das Projekt EVS wurde erfolgreich und unterscheiden wir uns gegenüber den
bewegt eine promovierte Chemie-Inge- abgeschlossen einschließlich der Dispo- Wettbewerbern.
nieurin in die IT des öffentlichen Ver- sition. Diese stellte die größte Herausfor-
kehrs zu wechseln? derung dar. Die Einführung von RailOpt Was sind die nächsten Schritte des Pro-
führte nachweislich zu einer Erhöhung des jektes von RailOpt DSSplus und wer
Claudia Schmid: Die Anfänge und Vor- Deckungsbeitrages in Millionenhöhe. Das wird es als erstes anwenden?
teile der Digitalisierung habe ich als Kind Interesse war konsequenterweise sehr groß
am CERN in Genf über meinen Vater mit- und zusätzlich zur Schweizerischen Südost- Schmid: Obwohl der Start durch
erlebt. Während des Studiums entwickelte bahn SOB, der Matterhorn Gotthard Bahn COVID-19 sich verzögert hat, konnte das
ich eine Faszination für Modellierung und MGB und der luxemburgischen CFL haben Projektteam mit der Arbeit beginnen.
Optimierung. Der ÖV, insbesondere der sich weitere EVU entschlossen, RailOpt Durch die gute Zusammenarbeit aller Par-
Eisenbahnverkehr, ist eine der komplexes- einzusetzen. teien gibt es stetig Fortschritte. Wir erwar-
ten logistischen Herausforderungen. Daher ten die ersten vorzeigbaren Ergebnisse
war der Wechsel ein interessanter und her- Welches waren die entscheidenden im ersten Halbjahr 2021. Die SOB und die
ausfordernder Schritt. Schritte bis zum Ressourcenmanage- CFL werden als Industriepartner die ers-
ment in Echtzeit? ten Anwender sein.
Welche Erkenntnisse führten zur Grün-
dung der Qnamic? Schmid: RailOpt war von vornherein dar- Mit welchen Weiterentwicklungen kann
auf ausgelegt auch den dispositiven Aufga- die ÖV-Branche in der Digitalisierung
Schmid: Das Projekt EVS «Einsatzplanung benteil abzudecken. Das heißt, dass bereits des Ressourcenmanagements rechnen?
und Verrechnungssystem» der Schweizer heute alle unsere Kunden auf kurzfristige
Eisenbahnverkehrsunternehmung (EVU) Änderungen hervorgerufen durch Ausfäl- Schmid: Die Disponenten benötigen bes-
BLS führte zu RailOpt. Dieses stellte einen le, Verspätungen, Streckenunterbrüche sere und schnellere Lösungsvorschläge.
völlig neuwertigen Ansatz zur Planung und reagieren können und entsprechende Ent- Dazu leistet DSSplus einen wesentlichen
Disposition dar. Es schließt den gesamten scheidungen treffen. Deshalb ist der neue Beitrag. Ebenso so wichtig wird sein,
Planungsprozess, angefangen mit der An- Ansatz eine konsequente Erweiterung auf alle entsprechenden Stellen und Betei-
gebotsplanung bis einschließlich der Dis- der Basis bestehenden Funktionalitäten. ligte unmittelbar zu orientieren, um sich
position unter Berücksichtigung aller erfor- schnellstmöglich auf sich verändernde
derlichen Ressourcen wie Rollmaterial und Wie unterscheiden sich die Qnamic-An- Bedingungen einzustellen. Nur so lässt
Personal ein. Da Software-Entwicklung nicht gebote von jenen der Mitbewerber? sich nach einem Ereignis die Stabilität
zu den Kernkompetenzen einer EVU gehört des Verkehrs wieder herbeiführen. Bidi-
und auch unser erster Partner von den Wei- Schmid: Wir meinen, dass es gute Pla- rektionale Kommunikation ist heutzutage
terentwicklungen und Ideen anderer profi- nungssoftwares gibt mit der Betonung mit RailOpt schon weitgehend möglich,
tieren wollte, gründeten wir Qnamic. „Planung“, also nicht Disposition, und aber auch hier sehen wir noch Verbesse-
dies allerdings meist auf der Basis von rungspotenzial.
Wie nahm die ÖV-Branche Ihr erstes Pro- Busverkehren. Es wurde dann im Laufe
dukt auf? der Zeit versucht, diese auf die höhere Das Gespräch führte Kurt Metz.
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◼◼ Einsatz von Machine Learning: Mit Hilfe
von Machine Learning und Beurteilung Ressourcen jederzeit optimiert
der vorgeschlagenen Lösungen sollen
Gewichte der Zielfunktion gelernt wer- Die Qnamic AG hat ihren Sitz in Hägendorf (Schweiz, Kanton Solothurn) und wurde 2003
den. vom heutigen Verwaltungsratspräsidenten Dirk Pfeiffer gegründet. Die Geschäftsführung liegt
◼◼ Entwicklung einer Domain Specific Lan- bei Dr. Claudia Schmid (siehe Interview). Qnamic beschäftigt rund zwanzig Mitarbeiter. Das
Kerngeschäft des Softwareunternehmens ist die Entwicklung, Einführung, Betreuung und
guage (DSL): Die Entwicklung einer DSL fortlaufende Anpassung von Intelligenten-Ressourcen-Management-Produkten. Sie werden
ermöglicht es, abhängig von Störungs- eingesetzt zur effizienten Nutzung und Auslastung des operativen Betriebs. Das umfasst den
kategorien bestimmte Arbeitsschritte zu Einsatz von personellen, projekt- und prozessorientierten Kompetenzen und Ressourcen. Da-
automatisieren, die nötig sind, damit mit alle betroffenen Ressourcen eines Unternehmens wirkungsvoll eingeplant, optimiert und
gesteuert werden, entwickelt Qnamic Software-Lösungen, die sich aufgrund unterschiedlicher
die Heuristiken mit der Lösungssuche Parametrisierung und Konfigurierbarkeit anpassen und untereinander ergänzen lassen. Die
starten können. Organisation des Ressourcen- und Auftragsmanagements ist modular aufgebaut und ermög-
licht auch betriebswirtschaftliche Abläufe. Über entsprechende Schnittstellen wird sicherge-
Die Schweizerische Südostbahn (SOB) und stellt, dass der kompletten Ressourceneinsatz eines Unternehmens aufeinander aufbaut und
sich abbilden lässt. Modernes Design und Benutzerfreundlichkeit ermöglichen vom Einsatz
die luxemburgische Eisenbahnunterneh- über die Planung bis hin zur Nutzung den Anwendern übersichtliche grafische Oberflächen zur
mung CFL sorgen für den notwendigen Pra- Verfügung zu stellen. Die Produkte für den öffentlichen Verkehr im Überblick:
xisbezug. Qnamic garantiert als erfahrenes ◼◼ PlanOpt®: Erfassen und Planen von vielfältigen Arbeits- und Projektprozessen für optimier-
Softwareunternehmen für die Entwicklung tes Ressourcenmanagement.
einer anwenderfreundlichen Software. So- ◼◼ RailOpt®: Intelligente, passgenaue Planungs-Software für Verkehrsunternehmen.
mit wird es mit RailOpt DSSplus möglich, ◼◼ RailOpt® WEB: Moderne, zuverlässige und effiziente Web Applikation für verbesserte Fir-
men-Kommunikation.
für die gängigen Störungstypen innerhalb
◼◼ RailOpt® DIS: Fahrordnungen erstellen und Anzeigen für Lokpersonal.
von wenigen Sekunden unter Berücksich- ◼◼ RailOpt® DSS: Tool zur Entscheidungsunterstützung für optimale Lösungsfindung im Pla-
tigung der Qualifikationen von Personal nungsprozess.
und Spezifikationen der Fahrzeuge, der ◼◼ RailOpt® DSSplus: Tool zur Echtzeit-Entscheidungsfindung bei unvorhersehbaren Ereig-
geltenden Arbeitszeitgesetze und mehrerer nissen.
gleichzeitig zu beachtender Gütekriterien
Die Software von Qnamic bildet ein anpassungsfähiges System welches Arbeitszeitregeln,
(wie beispielsweise Verspätungsminuten Qualifikationen, Eignungen vereint und betriebswirtschaftliche Aspekte für das Controlling
kumuliert über alle Reisende, Zeit bis zur zeitnah zur Verfügung stellt. Qnamic übernimmt die Betriebsführung der Lösungen und stellt
Normalisierung des Betriebs, Überstunden sicher, dass die Software reibungslos funktioniert und verfügbar ist.
beim Personal) passende Dispositions-
maßnahmen herzuleiten.
Smartrail 4.0
flott losgefahren …
Das Bundesamt für Verkehr (BAV) beauf-
tragte die schweizerischen Bahnunterneh-
men, das Bahnsystem schrittweise weiter zu
entwickeln. Die Schweizerischen Bundes-
bahnen SBB, BLS (ehemals Bern-Lötsch-
berg-Simplon), Schweizerische Südost-
bahn (SOB), Rhätische Bahn (RhB) und der
Verband öffentlicher Verkehr der Schweiz Grafik: Darstellung der OST
(VöV) nahmen den Auftrag an und wollen
mit dem Programm „smartrail 4.0“ gemein-
sam das Potenzial neuer Technologien
und die Digitalisierung nutzen. Es gilt, die
Kapazität und die Sicherheit des Bahnver-
kehrs schrittweise zu erhöhen, die Bahnin-
frastruktur effizienter zu nutzen, Kosten zu Abb. 4: Störungsmanagementprozess mit RailOpt DSSplus.
sparen und damit die Wettbewerbsfähig-
keit der Schiene längerfristig zu erhalten.
Die Kunden sollen schrittweise von mehr über die kurzfristige Fahrplanplanung bis Sekundenschnelle mehrere Lösungsvari-
Zügen, einem dichteren Fahrplantakt, we- zur Zugverkehrssteuerung. Die Arbeiten anten zu generieren und an die anderen
niger Störungen, einer schnelleren Kom- dazu begannen 2017 mit bis zu hundert Mit- Systeme zu kommunizieren. Es unterstützt
munikationsverbindung und einer besse- arbeitern. Ende 2018 konnte erstmals mit die Disponenten, rasch die kundenfreund-
ren Information im Störungsfall profitieren. einer Simulation die Machbarkeit bewie- lichste Variante zu erkennen, den Zugver-
sen werden. So wurden mehrere Stunden kehr entsprechend zu steuern und die Kun-
Ein wichtiger Baustein dazu ist ein neues, eines Fahrplans berechnet und optimiert. den zu informieren. Gleichzeitig kann das
durchgängiges Verkehrsmanagement-Sys- Das neue Verkehrsmanagement-System Bahnnetz besser ausgelastet werden, da
tem. Dieses verbindet die heutigen Syste- ist fähig, bei einer Fahrplanabweichung – das System den Fahrplan während der Er-
me in der Bahnproduktion von der lang- beispielsweise aufgrund einer Störung – in stellung laufend auf kritische Situationen
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Abb. 5: Die Chemins de Fer Luxembourgeois gehören mit den SOB zu den Pionieren der Entwicklung des neuen Echtzeit-Ressourcenmanage-
ment-Systems RailOpt DSSplus.
überprüft und diese beheben kann. Das … und abrupt abgebremst BAV beauftragt die Branche deshalb, die
erhöht die Stabilität des Fahrplans und ist geplanten Vorhaben schrittweise umzu-
eine wichtige Voraussetzung, die bestehen- Das „Smartrail-4.0“-Team reichte im Ja- setzen und sich auf die anwendungsreifen,
de Infrastruktur effizienter zu nutzen. Die nuar 2020 beim BAV den Konzeptbericht erfolgsversprechenden Teilprogramme zu
Reisenden profitieren insgesamt von mehr „Smartrail 4.0“ ein. Aus Sicht der auftrag- konzentrieren.“
und pünktlicheren Verbindungen sowie gebenden Behörde ist die gesamtheitliche
präziseren und schnelleren Informationen. und branchenübergreifende Betrachtung Dazu gehört das Traffic Management Sys-
richtig. Allerdings schreibt sie: „Grund- tem (TMS) als umfangreiches Software-
Nach der erfolgreich durchgeführten Si- sätzlich ist das damit verbundene Pro- projekt, das die Automatisierung der
mulation steht das neue Verkehrsmanage- gramm indes zu stark technisch orientiert, Fahrpläne und der Disposition vorsieht.
ment-Systems nun in der Umsetzung. Bis schwer überschaubar und zu wenig mit „Verschiedene Fragen, unter anderem die
2028 soll dieses in Etappen realisiert wer- den internationalen Entwicklungen ab- hohen Risiken dieses Softwareprojekts,
den und die heutigen Systeme ablösen. gestimmt. Es besteht ein beträchtliches sind jedoch vertieft zu analysieren.“
Ein erstes Etappenziel ist die kurzfristige Risiko, dass die Komplexität der vielen
Fahrplanplanung, bei der das Verkehrsma- miteinander verknüpften Vorhaben nicht Über die weitere Entwicklung von smart
nagement-System ab Ende 2022 zum Ein- beherrschbar ist. Die vorgelegte Planung rail 4.0 darf man gespannt sein. DER NAH-
satz kommen soll. erscheint deutlich zu optimistisch. Das VERKEHR bleibt dran.
Zusammenfassung / Summary
Bei Störungen in Echtzeit richtig agieren Act correctly in the event of malfunctions in real time
Im Öffentlichen Personenverkehr fordern Störungen, Umleitungen und Disturbances, diversions, and disruption challenge schedulers ad
Unterbrüche die Disponenten und ärgern Fahrgäste. Personenunfälle, controllers and annoy passengers. Accidents, construction works and
Behinderungen durch Baustellen und Ausfälle der IT verlangen rasch maintenance, breakdowns of IT – they all call for a quick recovery back
nach Lösungen für die Rückkehr zum fahrplanmäßigen Betrieb. Beste- to normal operations. Existing resource management systems sup-
hende Ressourcen-Management-Systeme unterstützen zwar Dispo- port schedulers and controllers in their tasks, but they do not provide
nenten, aber liefern noch keine Lösungsvorschläge. Zwei Schweizer solutions to unforeseeable operational problems. Two Swiss Technical
Fachhochschulen und ein Softwarehaus entwickeln nun mit der Un- Universities and the Software house Qnamic are currently developing
terstützung von Innosuisse ein Decision Support System (DSS), das a decision support system (DSS) based on iterative co-operation of
auf der iterativen Zusammenarbeit zwischen Mensch und Maschine men and machine. The Swiss Südostbahn (SOB) and the Luxembour-
basiert. Die Schweizerische Südostbahn (SOB) und die luxemburgi- gian Railways CFL are involved in the research project as partners for
sche Eisenbahnunternehmung CFL sorgen für den notwendigen Pra- guaranteeing the necessary link to day-to-day running. Since 2017 the
xisbezug. Das Projekt „smartrail4.0“ der Schweizer Bahnen entwickelt “smartrail 4.0” project of several Swiss railway companies is under way
seit 2017 ein Verkehrsmanagement-System, das aber vom auftragge- and aims at developing a traffic management system. However, the
benden Bundesamt für Verkehr im Sommer 2020 wegen seiner Kom- Swiss Department of Transport asked the team in summer 2020 to
plexität zurückgebunden wurde. reconsider the extraordinarily complex project and to set new priorities.
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