A Layer Model for the Railway Infrastructure Design Process
Fixed-interval timetables are central to the further development of rail networks because they better meet customers' needs. However, infrastructure is needed to make the service possible. It would be helpful to be able to derive the track topology directly from rail service, but to do this, several open questions need to be answered. This thesis aims to find and name these open questions for the design of service-oriented infrastructure. Inspired by ideas and discussions about the cycle of track topology design, a working hypothesis for improved integrated transport planning for a more transparent railway system design was developed to justify service-oriented infrastructure. Three research questions regarding the relationship between rail service and track topology were formulated from the working hypothesis. The method of design science research was utilised to answer the research questions. Design science research is centred around an artifact that is constructed in cycles. The developed artifact is a railway layer model with several layers between the track topology and the rail service. The design science research method began with assembling an initial artifact and modelling one layer per cycle upon the initial artifact. The modelling was done with an example railway network and the validating functions of the current layer in a cycle. The modelling was undertaken in the direction of rail service by beginning at the track topology layer. Reversing the direction after finishing the artifact was carried out to chart the railway infrastructure design process for a service-oriented infrastructure. As a first result, the layer model consisted of collections of data with a specific purpose. These collections were used to find a suitable reverse path for the design process for a service-oriented infrastructure. The second result was clusters of collections named motifs. There are eight motifs in the landscape of problems for direction rail service to track topology. Some motifs can already be considered solved, while others still require further research.
Integrierte Taktfahrpläne spielen eine zentrale Rolle bei der Weiterentwicklung moderner Eisenbahnnetze, da sie den Bedürfnissen der Fahrgäste möglicherweise entgegenkommen. Um jedoch einen solchen Betrieb zu ermöglichen, ist eine geeignete Infrastruktur erforderlich. Die Möglichkeit, die Gleistopologie direkt aus einem Fahrplan abzuleiten, wäre von großem Nutzen, jedoch gibt es noch zahlreiche offene Fragen, die in diesem Zusammenhang beantwortet werden müssen. Ziel dieser Dissertation ist es, diese offenen Fragen zu identifizieren und einen Beitrag zur Gestaltung einer serviceorientierten Eisenbahninfrastruktur zu leisten. Ausgehend von bisherigen Überlegungen zur Zyklusgestaltung der Gleistopologie wird eine Arbeitshypothese vorgestellt, die eine verbesserte, integrierte Verkehrsplanung mit dem Ziel einer transparenten und serviceorientierten Infrastruktur vorschlägt. Auf dieser Grundlage werden drei zentrale Forschungsfragen formuliert, die das Zusammenspiel zwischen Fahrplan und Gleistopologie untersuchen. Zur Beantwortung dieser Fragen wird die Design-Science-Research-Methode angewendet, die sich auf die schrittweise Entwicklung eines Artefakts in iterativen Zyklen konzentriert. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Artefakt ist ein mehrschichtiges Modell des Eisenbahnsystems, das die verschiedenen Ebenen zwischen Gleistopologie und Fahrplan darstellt. Der Forschungsprozess begann mit der Erstellung eines Ausgangs-Artefakts, das in mehreren Zyklen weiterentwickelt wurde, wobei pro Zyklus jeweils eine weitere Schicht modelliert wurde. Diese Modellierung erfolgte anhand eines Beispiel-Eisenbahnnetzes, wobei jede Schicht auf ihre Validität hin überprüft wurde. Der Prozess startete bei der Gleistopologie und führte schrittweise zum Fahrplan, bevor die Reihenfolge umgekehrt wurde, um die serviceorientierte Gestaltung der Infrastruktur zu entwickeln. Als vordergründiges Ergebnis liefert das Schichtenmodell eine Sammlung spezifischer Datensätze, die zur Entwicklung eines Rückwärtspfads für den Entwurfsprozess einer serviceorientierten Infrastruktur genutzt werden können. Das zweite Ergebnis besteht in der Identifizierung von acht zentralen Problemstellungen ("Motive") im Zusammenspiel von Fahrplan und Gleistopologie. Einige dieser Motive sind bereits weitgehend gelöst, während andere noch weiterer Forschung bedürfen.
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