Durch eine standardisierte elektronische Übergabe von Planungsdaten können deutliche Effizienzsteigerungen im Planungsprozess von technischen Anlagen erreicht werden. Für das Gewerk der Leit- und Sicherungstechnik (LST) wurde mit dem PlanPro-Datenmodell die Grundlage für eine solche durchgängige digitale Arbeitsweise geschaffen. Neben der Vermeidung von wiederholter manueller Datenerfassung trägt die Nutzung der PlanPro-Schnittstelle selbst bereits zu einer grundlegenden Qualitätssicherung bei. Darüber hinaus bietet die automatisierte Testung von Planungsdaten jedoch weiteres Beschleunigungspotenzial, das genutzt werden muss, um das zukünftig anstehende Projektvolumen bei gleichzeitig begrenzten Planungs- und Prüfressourcen bewältigen zu können. Die vorliegende Arbeit beschreibt einen Ansatz für eine automatisierte Prüfung von LST-Planungsdaten im PlanPro-Format mittels Schematron. Aufbauend auf einer allgemeinen Betrachtung zu den Möglichkeiten der Qualitätssicherung von XML-Daten und der Beschreibung der Schematron-Technologie werden Anforderungen an ein Testwerkzeug für den Einsatz bei der Planung von LST-Anlagen definiert. Thematisiert werden in diesem Kontext die Erstellung und Klassifizierung von Prüfregeln, die nutzergerechte Aufbereitung von Feststellungen sowie die Umsetzung im PlanPro-Werkzeugkoffer. Eine sicherheitsbezogene Bewertung, Erfahrungen aus der praktischen Anwendung und eine Analyse zur Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate runden die Arbeit ab.:1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation 1.2 Zielstellung 1.3 Abgrenzung 1.4 Vorgehen 2 Grundlagen 2.1 Grundsätze des XML-Standards 2.1.1 Struktur des PlanPro-Datenmodells 2.2 Verankerung fachlicher Zusammenhänge im XML-Schema 2.2.1 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Basistypen 2.2.2 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Pattern 2.2.3 Pflichteigenschaft und Gruppierung von Attributen 2.2.4 Gegenseitiger Ausschluss von Attributen und Attributgruppen 2.2.5 Sicherstellung der Existenz von Verweiszielen mittels Key/Keyref 2.2.6 Flexibilisierung des Datenmodells für verschiedene Anwendungsfälle 2.3 Semantische Prüfung von XML-Daten 2.3.1 Technische Umsetzungsmöglichkeiten 2.3.2 Allgemeiner Ablauf einer Schematron-Prüfung 2.3.3 Anwendungsgebiete 2.3.4 Inhalt und Aufbau von Schematron-Regeln 2.3.5 Zuordnung von Regeln zu Mustern 2.3.6 Instanziierung von Schematron-Regeln 3 Einsatz von Schematron bei der Digitalen LST-Planung (PlanPro) 3.1 Integration in die funktionale Systemarchitektur PlanPro 3.2 Anforderungsspezifikation PlaZ LST 3.2.1 Allgemeine fachliche Grundsätze 3.2.2 Einbindung von PlaZ LST in den LST-Planungsprozess 3.2.3 PlaZ LST als Bestandteil des PlanPro-Werkzeugkoffers 3.2.4 Ablauf einer Prüfung 3.2.5 Ergebnisdarstellung (Ausgabeformate) 3.2.6 Ausgabe LST-fachlicher Bezeichnungen 3.2.7 Statusvergabe 3.2.8 Sortierung und Filterung der Ergebnisse 3.2.9 Gestaltung der Benutzeroberfläche 3.2.10 Technische Umsetzung 3.3 Konzept zur Erstellung und Verwaltung von Prüfregeln 3.3.1 Arbeitsablauf 3.3.2 Datenhaltung 3.4 Erstellung von Prüfregeln 3.4.1 Mindestanforderungen 3.4.2 Schwierigkeitsgrade 3.4.3 Optimierung von Prüfregeln und Modellierung 3.4.4 Optimierung und Verallgemeinerung von Prüfregeln 3.4.5 Statistische Auswertung erfasster Regeln 3.5 Nutzergerechte Aufbereitung von Fehlerausgaben 3.5.1 Visualisierung der Feststellungen 3.5.2 Optimierung von Fehlertexten 3.5.3 Verknüpfung von PlanPro-Werkzeugkoffer und LST-Planungswerkzeugen 3.6 Umsetzung PlaZ LST im PlanPro-Werkzeugkoffer 3.6.1 Vollständiger Feststellungsberichts als PDF 3.6.2 Feststellungsbericht in dynamischer HTML-Anzeige 3.7 Sicherheitsbezogene Bewertung des Schematron-Einsatzes bei der Prüfung von LST-Planungsdaten 3.8 Erfahrungen aus praktischer Anwendung (Fallstudien) 3.8.1 Musterbahnhof P-Hausen 3.8.2 Referenzprojekte 3.8.3 Pilotprojekte – Digitaler Knoten Stuttgart 3.8.4 Erkenntnisse und Erfahrungen aus BIM-Projekten 4 Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate (EULYNX DataPrep) 4.1.1 Semantische Übertragbarkeit der Prüfregeln 4.1.2 Technologische und technische Übertragbarkeit 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Danksagung Anhang A: Spezifikation Plausibilitäts- und Zulässigkeitsprüfung LST (PlaZ LST) Anhang B: Semiformale Definition LST-fachlicher Bezeichner und Sortierkriterien Anhang C: Erweiterter Ablauf für die Erstellung und Änderung von PlaZ-Regeln Anhang D: Regeldokumentation / With a standardized electronic transfer of engineering data, significant increases in efficiency can be achieved in the engineering process of technical facilities. With the PlanPro data model, the basis for such a continuous digital working method has been created for control-command and safety systems (CCS). In addition to avoiding repeated manual data entry, the use of the PlanPro interface itself already contributes to fundamental quality assurance. Beyond that, the automated testing of engineering data offers further acceleration potential, which must be used to be able to cope with the future project volume with simultaneously limited engineering and checking resources. This paper describes an approach for an automated verification of CCS engineering data in PlanPro format using Schematron. Based on a general overview showing the possibilities of quality assurance for XML data and the description of the Schematron technology, requirements for a test tool to be used in the CCS engineering are defined. In this context, the creation and classification of test rules, the user-friendly presentation of findings, and the implementation in the PlanPro toolbox are handled. A safety evaluation, experiences from practical application and an analysis of the transferability of the approach to other data formats complete the work.:1 Einleitung 1.1 Ausgangssituation 1.2 Zielstellung 1.3 Abgrenzung 1.4 Vorgehen 2 Grundlagen 2.1 Grundsätze des XML-Standards 2.1.1 Struktur des PlanPro-Datenmodells 2.2 Verankerung fachlicher Zusammenhänge im XML-Schema 2.2.1 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Basistypen 2.2.2 Einschränkung der Befüllung mit Hilfe von Pattern 2.2.3 Pflichteigenschaft und Gruppierung von Attributen 2.2.4 Gegenseitiger Ausschluss von Attributen und Attributgruppen 2.2.5 Sicherstellung der Existenz von Verweiszielen mittels Key/Keyref 2.2.6 Flexibilisierung des Datenmodells für verschiedene Anwendungsfälle 2.3 Semantische Prüfung von XML-Daten 2.3.1 Technische Umsetzungsmöglichkeiten 2.3.2 Allgemeiner Ablauf einer Schematron-Prüfung 2.3.3 Anwendungsgebiete 2.3.4 Inhalt und Aufbau von Schematron-Regeln 2.3.5 Zuordnung von Regeln zu Mustern 2.3.6 Instanziierung von Schematron-Regeln 3 Einsatz von Schematron bei der Digitalen LST-Planung (PlanPro) 3.1 Integration in die funktionale Systemarchitektur PlanPro 3.2 Anforderungsspezifikation PlaZ LST 3.2.1 Allgemeine fachliche Grundsätze 3.2.2 Einbindung von PlaZ LST in den LST-Planungsprozess 3.2.3 PlaZ LST als Bestandteil des PlanPro-Werkzeugkoffers 3.2.4 Ablauf einer Prüfung 3.2.5 Ergebnisdarstellung (Ausgabeformate) 3.2.6 Ausgabe LST-fachlicher Bezeichnungen 3.2.7 Statusvergabe 3.2.8 Sortierung und Filterung der Ergebnisse 3.2.9 Gestaltung der Benutzeroberfläche 3.2.10 Technische Umsetzung 3.3 Konzept zur Erstellung und Verwaltung von Prüfregeln 3.3.1 Arbeitsablauf 3.3.2 Datenhaltung 3.4 Erstellung von Prüfregeln 3.4.1 Mindestanforderungen 3.4.2 Schwierigkeitsgrade 3.4.3 Optimierung von Prüfregeln und Modellierung 3.4.4 Optimierung und Verallgemeinerung von Prüfregeln 3.4.5 Statistische Auswertung erfasster Regeln 3.5 Nutzergerechte Aufbereitung von Fehlerausgaben 3.5.1 Visualisierung der Feststellungen 3.5.2 Optimierung von Fehlertexten 3.5.3 Verknüpfung von PlanPro-Werkzeugkoffer und LST-Planungswerkzeugen 3.6 Umsetzung PlaZ LST im PlanPro-Werkzeugkoffer 3.6.1 Vollständiger Feststellungsberichts als PDF 3.6.2 Feststellungsbericht in dynamischer HTML-Anzeige 3.7 Sicherheitsbezogene Bewertung des Schematron-Einsatzes bei der Prüfung von LST-Planungsdaten 3.8 Erfahrungen aus praktischer Anwendung (Fallstudien) 3.8.1 Musterbahnhof P-Hausen 3.8.2 Referenzprojekte 3.8.3 Pilotprojekte – Digitaler Knoten Stuttgart 3.8.4 Erkenntnisse und Erfahrungen aus BIM-Projekten 4 Übertragbarkeit des Ansatzes auf andere Datenformate (EULYNX DataPrep) 4.1.1 Semantische Übertragbarkeit der Prüfregeln 4.1.2 Technologische und technische Übertragbarkeit 5 Zusammenfassung und Ausblick 5.1 Zusammenfassung 5.2 Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Literaturverzeichnis Erklärung Danksagung Anhang A: Spezifikation Plausibilitäts- und Zulässigkeitsprüfung LST (PlaZ LST) Anhang B: Semiformale Definition LST-fachlicher Bezeichner und Sortierkriterien Anhang C: Erweiterter Ablauf für die Erstellung und Änderung von PlaZ-Regeln Anhang D: Regeldokumentation

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Automatisierung von Signalplanung durch die Entwicklung von geeigneten Algorithmen für Planungswerkzeuge. Der Fokus liegt dabei auf Ausfahr- und Zwischensignalen. Konkret sollen die Algorithmen die Signalstandorte als auch die Zusatzsignale automatisch planen. Die Datengrundlage dieser stellt das PlanPro-Datenmodell dar. Bei der Entwicklung werden die aktuellen Planungsrichtlinien, die Eigenschaften der Leit- und Sicherungstechnik, die Möglichkeiten des PlanPro-Datenmodells und der Werkzeuge berücksichtigt. Die Motivation ist, dass ortsfeste Signale, trotz der Einführung von ETCS, noch für einen nicht unerheblichen Zeitraum neu geplant werden müssen.

Zur Errichtung und Inbetriebnahme von Anlagen der Leit- und Sicherungstechnik (LST), zu denen beispielsweise Elektronische Stellwerke (ESTW) gehören, sind unter anderem definierte Planungs-, Begutachtungs- und Freigabeschritte zu durchlaufen. Die vorliegende Arbeit thematisiert den LST-Planungsprozess hinsichtlich seiner erforderlichen Abläufe und Komplexität im Vergleich der bisherigen Regelwerksvorgaben mit praktischen Umsetzungen. Auf den Analyseergebnissen einschließlich herausgearbeiteter Probleme aufbauend, werden unter Berücksichtigung aktueller Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt „PlanPro - Durchgängige elektronische Datenhaltung im ESTW-Planungsprozess“ Vorschläge für einen zukünftigen LST-Planungsprozess vorgestellt und wissenschaftlich aufbereitet. Dabei sollen durch den verstärkten Einsatz IT-gestützter Verfahren die Planungsqualität erhöht und die Prozesse insgesamt beschleunigt werden. In der Arbeit werden auch grundlegende Neuerungen mit PlanPro dargestellt, ebenso wie Anforderungen an die LST-Datenbank, die zukünftig eine zentrale Rolle für das Abspeichern und Weitergeben von Planungs- und Bestandsdaten einnehmen wird. Erläuterungen zu einem denkbaren Einführungskonzept sowie eine Schlussbetrachtung runden diese Dissertation ab. / For installation and commissioning of railway signalling equipment, which may include computer-based interlocking (CBI), defined tasks for planning, assess-ment and approval have to be executed. This dissertation analyses the planning process of the railway signalling equipment with regard to its necessary processes and complexity. Additionally, it compares existing legal requirements with their practical realisation. Based on the results of this analysis and their identified problems, proposals for a future planning process for railway signalling equipment will be scientifically prepared and presented. They are taking into account the latest results from the research project "PlanPro - Integrated electronic data storage in electronic interlocking planning process". By the progressive use of IT-based processes, planning quality will be increased and the processes can be accelerated altogether. Thereupon, fundamental changes based on PlanPro are presented. This applies to requirements for the database of railways signalling equipment, which will play a key role for the storage and sharing of planning and inventory data in the future, too. An explanation of a possible introduction concept as well as a conclusion complete this disserta-tion.

Zur Errichtung und Inbetriebnahme von Anlagen der Leit- und Sicherungstechnik (LST), zu denen beispielsweise Elektronische Stellwerke (ESTW) gehören, sind unter anderem definierte Planungs-, Begutachtungs- und Freigabeschritte zu durchlaufen. Die vorliegende Arbeit thematisiert den LST-Planungsprozess hinsichtlich seiner erforderlichen Abläufe und Komplexität im Vergleich der bisherigen Regelwerksvorgaben mit praktischen Umsetzungen. Auf den Analyseergebnissen einschließlich herausgearbeiteter Probleme aufbauend, werden unter Berücksichtigung aktueller Erkenntnisse aus dem Forschungsprojekt „PlanPro - Durchgängige elektronische Datenhaltung im ESTW-Planungsprozess“ Vorschläge für einen zukünftigen LST-Planungsprozess vorgestellt und wissenschaftlich aufbereitet. Dabei sollen durch den verstärkten Einsatz IT-gestützter Verfahren die Planungsqualität erhöht und die Prozesse insgesamt beschleunigt werden. In der Arbeit werden auch grundlegende Neuerungen mit PlanPro dargestellt, ebenso wie Anforderungen an die LST-Datenbank, die zukünftig eine zentrale Rolle für das Abspeichern und Weitergeben von Planungs- und Bestandsdaten einnehmen wird. Erläuterungen zu einem denkbaren Einführungskonzept sowie eine Schlussbetrachtung runden diese Dissertation ab. / For installation and commissioning of railway signalling equipment, which may include computer-based interlocking (CBI), defined tasks for planning, assess-ment and approval have to be executed. This dissertation analyses the planning process of the railway signalling equipment with regard to its necessary processes and complexity. Additionally, it compares existing legal requirements with their practical realisation. Based on the results of this analysis and their identified problems, proposals for a future planning process for railway signalling equipment will be scientifically prepared and presented. They are taking into account the latest results from the research project "PlanPro - Integrated electronic data storage in electronic interlocking planning process". By the progressive use of IT-based processes, planning quality will be increased and the processes can be accelerated altogether. Thereupon, fundamental changes based on PlanPro are presented. This applies to requirements for the database of railways signalling equipment, which will play a key role for the storage and sharing of planning and inventory data in the future, too. An explanation of a possible introduction concept as well as a conclusion complete this disserta-tion.

In dieser Arbeit wird ein Gesamtmodell nach der Methodik des Building Information Modeling (BIM) erstellt, um einige praktische Fragestellungen bei der Integration von Planungsdaten der Leit- und Sicherungstechnik (LST) in dieses Modell zu untersuchen. Hierbei wird der Datenaustausch zwischen ProSig 7 als Planungswerkzeug für die LST und KorFin als BIM-Software über die Schnittstelle „PlanPro“ realisiert. Anhand zweier Anwendungsfälle (LST-fachliche Änderung und Änderung der Trassierung) wird ein Workflow zum Datenaustausch zwischen beiden Softwaresystemen aufgestellt. Die vorhandenen Planungsdaten müssen für die Integration ins BIM-Modell mit einer 3D-Repräsentation versehen werden. Hierfür wird ein Konzept zum automatisierten Zusammenbau von Haupt- und Vorsignalen des Signalsystems Ks aus einzelnen Bauteilen anhand der PlanPro-Daten entwickelt. Mit PlanPro existiert neben den Gleisnetzdaten (GND) eine weitere Quelle, aus der eine Trassierung ins BIM-Gesamtmodell importiert werden kann. Es werden eventuelle Unterschiede in der Gleislage in Abhängigkeit von der Datenquelle und der verwendeten Software untersucht. Dabei zeigen sich signifikante Abweichungen in der Konstruktion der Übergangsbögen zwischen KorFin und ProSig und notwendige Anpassungen bei Ableitung der Gradiente aus PlanPro-Daten im Vergleich zur Nutzung der GND. Abschließend wird auf das neue Datenhaltungssystem AVANI eingegangen und beleuchtet, inwiefern eine Integration der Speicherung der erzeugten Daten über verschiedene Betrachtungsebenen hinweg (PlanPro, BIM und AVANI) sinnvoll wäre.:Aufgabenstellung Autorenreferat Abstract Thesen zur wissenschaftlichen Arbeit Inhaltsverzeichnis 1 Motivation und Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 Building Information Modeling 2.2 Geoinformationssysteme 2.3 Gleisnetzdaten 2.4 PlanPro 2.5 Software 2.5.1 KorFin Model und KorFin 2.5.2 ProSig 2.5.3 QGIS 3 Erstellung des Bestandsmodells 3.1 Geodaten Sachsens 3.2 Eisenbahnspezifische Daten 3.2.1 Bf Mosel 3.2.2 Bf P-Hausen 3.2.3 Warum P-Hausen? 3.2.4 Import in KorFin 3.3 Versionsverwaltung mit Git 4 Praktische Untersuchungsschwerpunkte 4.1 Entwurf eines Workflows zum Datenaustausch 4.1.1 Anwendungsfall: LST-fachliche Änderung 4.1.2 Anwendungsfall: Trassierungsänderung 4.1.3 Ableitung eines allgemeingültigen Workflows 4.2 Bauteilbibliothek LST 4.2.1 Aktueller Stand 4.2.2 Entwurf eines Konzepts zum automatisierten Zusammenbau von Bauteilen zu Signalmodellen anhand der PlanPro-Daten 4.2.3 Weitere relevante Aspekte 4.2.4 Einbindung von 3D-Modellen für die Signale im Bf P-Hausen 4.3 Single source of truth 4.3.1 Vergleich der Gleislage der GND und PP-XML in KorFin 4.3.2 Vergleich der Gleislage in ProSig mit den auf der PP-XML basierenden Gleisen in KorFin 4.3.3 Vergleich der Höhenlagen 4.3.4 Zu verwendendes Koordinatenreferenzsystem 5 AVANI 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellenverzeichnis Erklärung Anhang A: Bauteilübersicht zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang B: Ausgangsdaten zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang C: Pseudocode zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang D: Datenfluss für den Import der eisenbahnspezifischen Daten ins BIM-Gesamtmodell Anhang E: Sicherungstechnische Lagepläne zum Anwendungsfall „LST-fachliche Änderung“ Anhang F: Workflow für den Datenaustausch zwischen ProSig 7 und KorFin Anhang G: Protokolle persönlicher Kommunikation / In this thesis, a 3D model is created according to the methodology of Building Information Modeling (BIM) in order to investigate some practical questions regarding the integration of signalling engineering data into this model. The exchange of data between ProSig 7 as a signalling planning tool and KorFin as a software for BIM applications is achieved through the usage of the “PlanPro” interface. Based on two specific use cases (change in signalling content and change in track layout) a workflow for the exchange of data between the two software systems is developed. To be integrated into the BIM model, the existing planning data must be enriched with a 3D representation. For this purpose, a concept is being developed for the automated assembly of distant and main signals (signalling system “Ks”) from individual components using the PlanPro data. With PlanPro, another source beside the track network data is available from which the alignment can be imported into the BIM model. Possible differences in track geometry are examined depending on the data source and the software used. Significant discrepancies in the construction of transition curves between KorFin and ProSig are revealed, as well as the need for adjusting the deduction of gradient profiles from PlanPro compared to the usage of the track network data. Finally, the new data management system AVANI is examined regarding the usefulness of an integrated data storage across different levels of perspective (AVANI, BIM and PlanPro).:Aufgabenstellung Autorenreferat Abstract Thesen zur wissenschaftlichen Arbeit Inhaltsverzeichnis 1 Motivation und Zielstellung 2 Grundlagen 2.1 Building Information Modeling 2.2 Geoinformationssysteme 2.3 Gleisnetzdaten 2.4 PlanPro 2.5 Software 2.5.1 KorFin Model und KorFin 2.5.2 ProSig 2.5.3 QGIS 3 Erstellung des Bestandsmodells 3.1 Geodaten Sachsens 3.2 Eisenbahnspezifische Daten 3.2.1 Bf Mosel 3.2.2 Bf P-Hausen 3.2.3 Warum P-Hausen? 3.2.4 Import in KorFin 3.3 Versionsverwaltung mit Git 4 Praktische Untersuchungsschwerpunkte 4.1 Entwurf eines Workflows zum Datenaustausch 4.1.1 Anwendungsfall: LST-fachliche Änderung 4.1.2 Anwendungsfall: Trassierungsänderung 4.1.3 Ableitung eines allgemeingültigen Workflows 4.2 Bauteilbibliothek LST 4.2.1 Aktueller Stand 4.2.2 Entwurf eines Konzepts zum automatisierten Zusammenbau von Bauteilen zu Signalmodellen anhand der PlanPro-Daten 4.2.3 Weitere relevante Aspekte 4.2.4 Einbindung von 3D-Modellen für die Signale im Bf P-Hausen 4.3 Single source of truth 4.3.1 Vergleich der Gleislage der GND und PP-XML in KorFin 4.3.2 Vergleich der Gleislage in ProSig mit den auf der PP-XML basierenden Gleisen in KorFin 4.3.3 Vergleich der Höhenlagen 4.3.4 Zu verwendendes Koordinatenreferenzsystem 5 AVANI 6 Zusammenfassung und Ausblick Abkürzungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Quellenverzeichnis Erklärung Anhang A: Bauteilübersicht zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang B: Ausgangsdaten zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang C: Pseudocode zum Konzept des automatisierten Zusammenbaus von Signalmodellen (Signalsystem Ks) Anhang D: Datenfluss für den Import der eisenbahnspezifischen Daten ins BIM-Gesamtmodell Anhang E: Sicherungstechnische Lagepläne zum Anwendungsfall „LST-fachliche Änderung“ Anhang F: Workflow für den Datenaustausch zwischen ProSig 7 und KorFin Anhang G: Protokolle persönlicher Kommunikation