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Ce travail s’intéresse au phénomène de colmatage créé par la précipitation de la calcite dans les dispositifs des systèmes de drainage du réseau ferroviaire en particulier des lignes à grande vitesse (LGV). En effet, le colmatage de ces drains peut indirectement affecter la tenue géométrique de la voie. Maintenir les équipements hydrauliques dans leur état de fonctionnement optimal est un enjeu fort pour SNCF Réseau. L’objectif de cette recherche est de déterminer les processus et causes de l’entartrage et sa cinétique, en intégrant l’environnement naturel (géologie) et ferroviaire (matériaux anthropiques) ainsi que les types de dispositifs de drainage. La finalité de cette recherche est un double enjeu industriel: préventif et curatif. Les dysfonctionnements de ces dispositifs que ce soit en pleine voie ou en tunnel entrainent en effet une présence d’eau dans les structures d’assise des voies ferrées pouvant provoquer une dégradation de leurs caractéristiques mécaniques, et à terme induire des défauts de nivellement de rail pouvant mener à des impacts sur les circulations. L’obstruction des dispositifs de drainage par des dépôts carbonatés précipités est une cause majeure de réduction de la fonctionnalité de ces dispositifs sur le RFN : 546,8 km de linéaire de LGV (LN1 à LN6) sont potentiellement sous cet impact. Sur certaines lignes, cet impact est important. Par exemple, on a estimé que sur 78 km (LN2) de linéaire de LGV drainée par un collecteur drainant (CD), que le colmatage des CD lié à la précipitation de dépôts carbonatés pouvait représenter jusqu’à 80 % des cas de dysfonctionnement de drainage. Les techniques actuelles utilisées sont l’hydrocurage ou le marteau piqueur pour les dépôts très durcis mais tous les deux de faible rentabilité au vu du linéaire potentiellement colmaté. Afin de proposer des solutions innovantes de conception ou de traitement adaptées, l’étude des mécanismes en jeu a fait l’objet d’une campagne de mesures de plus de deux ans sur un site pilote de LGV (Chauconin, 77) instrumenté à cet effet permettant l’analyse des paramètres physico-chimiques de l’eau drainée ainsi que celle des dépôts précipités dans leur contexte géologique, géotechnique et hydrométéorologique. Cette approche a été complétée par l’étude de 8 sites complémentaires choisis en pleine voie et en tunnels à l’échelle de RFN et présentant une diversité de contextes environnementaux et ferroviaires. Le modèle hydrogéochimique développé ensuite sur cette base offre la possibilité de reproduire les processus observés sur le site de Chauconin: processus physique (Pluie-Débit) et processus physico-chimique (Modèle Transfert-Réaction), et de quantifier les quantités de dépôts prévisibles à terme dans les dispositifs. Ce modèle conceptuel est basé sur un modèle hydrologique empirique de deux réservoir de terrain en couplant les processus transport et réaction (dissolution – précipitation). Les premières analyses d’eau et de matériaux encaissants sur le site de Chauconin montrent que, en absence d’une nappe drainée, celle-ci est riche en calcium et sulfates. L’analyse fine des matériaux montre qu’une partie des matériaux rapportés utilisés dans la fondation de la plateforme ferroviaire contient du gypse dont la dissolution par l’eau d’infiltration pourrait expliquer la composition de l’eau du drainage. Les eaux sur les sites supplémentaires que soit avec une présence de nappe permanent ou temporelle, sont essentiellement calcium carbonate. La composition de ces eaux est cohérente avec la géologie calcaire. Le modèle développé peut être extensible à d’autres sites ferroviaires comme tunnels. A ce stade de notre travail de recherche, nous proposons donc un outil d’aide à la décision à double objectif : diagnostic du risque de précipitation de calcite et justification du choix des typologies de solutions techniques préventives ou curatives / This thesis focuses on the clogging phenomenon linked to the precipitation of calcite in high-speed line drainage systems (HSL). Indeed, the clogging of these drains can affect the geometric behavior of the track. Maintaining hydraulic devices in its optimal operating condition is a major challenge for SNCF Réseau. The objective of this research is to determine the processes and causes of calcite formation and its kinetics, by integrating the natural environment (geology) and railway context (anthropogenic materials) as well as the types of drainage devices. The purpose of this research has double industrial goals: preventive and curative. The dysfunction of the devices of the HSL drainage systems, whether along the track or in the tunnel, cause the presence of water in the foundation of the tracks, which can lead to a degradation of their mechanical characteristics, and in the long term induce rail levelling that can lead to impacts on traffic. The clogging of drainage devices by precipitated carbonate deposits is a major cause of reducing the functionality of these devices on the French Railway Networks (RFN): 546.8 km of HSL (Line 1 to 6) are potentially under this impact. In some ways, this impact is essential. For example, it has been estimated that over 78 km (HSL 2) of HSL equipped with draining collector, that the clogging of the devices related to the precipitation of carbonate deposits could represent up to 80% of cases of drainage dysfunction. The curent techniques used are the hydrocuring or the jackhammer for very hardened deposits but both of low profitability in view of the potentially clogged kilometers. In order to propose innovative design or treatment solutions adapted to the different site contexts, the study of the mechanisms involved was the subject of a site monitoring lasting more than two years at a HSL pilot site (Chauconin, 77) instrumented for this purpose allowing the analysis of the physico-chemical parameters of the drained water as well as that of precipitated deposits in their geological, geotechnical and hydrometeorological context. This approach was complemented by the study of 8 other complementary sites selected in full-scale of RFN including tunnels under variant geology as well as covering all existing drainage devices in the railway infrastructure.The hydrogeochemical model developed on this basis offers the possibility of reproducing the processes observed on the Chauconin site: the physical process (Rain-Flow) and the physicochemical process (Transfer-Reaction Model) according to their context in order to quantify predictably the deposits in the drainages devices. This conceptual model is based on an empirical hydrology model of two ground reservoir by coupling the processes of transfer and reaction (dissolution - precipitation). The first analysis of water and surrounding materials on the Chauconin site show that, in the absence of a drained aquifer, this drained water is rich in calcium and sulphates. The detailed analysis of the materials shows that some of the reported materials used in the foundation of the railway platform contain gypsum whose dissolution by infiltration water could explain the composition of the drained water. The waters on the additional sites with a presence of permanent or temporal aquifer are essentially calcium carbonate. These drained waters are consistent with their calcareous or Gypsums geology.The developed conceptual model could be expanded to other railway sites as tunnel. At this stage of our research work, we propose a conceptual decision-making tool with two objectives: diagnosis the calcite precipitation and justification of the choice of typologies of solutions

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: The railway transportation system is fundamental in sustaining the economic activities of a country, by providing a safe, reliable and relatively affordable means of transporting people and goods; hence, the need to ensure its ongoing reliability is of paramount importance. The principle and applications of rail reliability have been reviewed, and reliability improvement in rail infrastructure has been investigated using failure mode and effect analysis (FMEA). Reliability improvement is a continuous process that is geared to meeting dynamic changes in operation and stakeholders’ expectations. Recently, growth has occurred in the amount of rail transport traffic utilisation undertaken, together with the degradation of the infrastructure involved. Such deterioration has amplified the operating risks, leading to an inadequacy in rail track maintenance and inspection that should have kept abreast with the changes. The result has been increased rail failures, and subsequent derailments. A case study of the Passenger Rail Agency of South Africa (PRASA) Metrorail maintenance policy was reviewed to evaluate its maintenance strategy and identifying the potential critical failure modes, so as to be able to recommend improvement of its reliability, and, thus, its availability. On the basis of the case study of PRASA Metrorail maintenance strategy and its performance, it is recommended that PRASA Metrorail change its maintenance policy through employing a cluster maintenance strategy for each depot. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die spoorwegvervoerstelsel is fundamenteel om die ekonomiese bedrywighede van ’n land te ondersteun deur die voorsiening van ’n veilige, betroubare en betreklik bekostigbare manier om mense en goedere te vervoer. Dus is dit van die allergrootste belang om die voortgesette betroubaarheid daarvan te verseker. Die beginsels en toepassings van spoorbetroubaarheid is hersien en die betroubaarheidsverbetering van spoorinfrastruktuur met behulp van foutmodus-eneffekontleding (“FMEA”) ondersoek. Betroubaarheidsverbetering is ’n voortdurende proses om tred te hou met dinamiese bedryfsveranderinge sowel as verskuiwings in belanghebbendes se verwagtinge. Die hoeveelheid spoorvervoerverkeer het onlangs beduidend toegeneem, terwyl die betrokke infrastruktuur agteruitgegaan het. Dié agteruitgang het die bedryfsrisiko’s verhoog, en lei tot ontoereikende spoorweginstandhouding en -inspeksie, wat veronderstel was om met die veranderinge tred te gehou het. Dit gee aanleiding tot ’n toename in spoorwegfoute en gevolglike ontsporing. ’n Gevallestudie is van die instandhoudingsbeleid van die Passasierspooragentskap van Suid- Afrika (PRASA) Metrorail onderneem om dié organisasie se instandhoudingstrategie te beoordeel en die moontlike kritieke foutmodusse te bepaal. Die doel hiermee was om verbeteringe in stelselbetroubaarheid en dus ook stelselbeskikbaarheid voor te stel. Op grond van die gevallestudie van die PRASA Metrorail-instandhoudingstrategie en -prestasie, word daar aanbeveel dat PRASA Metrorail sy instandhoudingsbeleid verander deur ’n klusterinstandhoudingsplan vir elke depot in werking te stel.

The main objective is to prove the increasing trend of increasing volume of shipments, respectively the number of trains dispatched from Asia to the European Union (Westbound), respectively from the European Union to Asia (Eastbound). The first chapter is devoted to describing the history of the Trans-Siberian Railway. In the second part is the creation of a common CIM / SMGS and organization OSŽD. In the third chapter are described rail corridors from Asia to the EU, respectively from the EU to Asia. A final fourth chapter is practical analysis of rail transport on the basis of documents of companies that use these rail corridors.

Le ruissellement pluvial est à l’origine de phénomènes violents tels que des inondations, de l’érosion ou des coulées de boue. Les voies ferrées interceptent les écoulements de surface, ce qui peut engendrer une dégradation précoce de l’infrastructure ou la destruction d’éléments, tels que la plateforme ou les talus. La méthode IRIP, « Indicateur de Ruissellement Intense Pluviale », permet de représenter le ruissellement en trois cartes, la production, le transfert et l’accumulation. La méthode IRIP se veut simple et robuste, pour un usage sur tous types de territoires et sans calage. Comme tout modèle de ruissellement, l’évaluation de la méthode IRIP se heurte au manque de données. Pourtant, l’évaluation est une étape cruciale dans le développement de modèles. Pour un usage opérationnel ou pour poursuivre les développements, il est nécessaire d’estimer la valeur et la fiabilité des informations produites. L’objectif de la thèse est donc de proposer une méthode d’évaluation de la méthode IRIP par comparaison à des données d’impacts sur les voies ferrées. La difficulté réside dans la différence de fond et de forme des données à comparer et dans la nécessité de prendre en compte la vulnérabilité de l’infrastructure. La méthode d’évaluation proposée est basée sur le calcul de tableaux de contingence et d’indicateurs de performance, couplé à des analyses détaillées d’incidents. Après une estimation de la performance de la méthode IRIP, des développements sont testés et évalués grâce à la méthode d’évaluation élaborée. La lisibilité des cartes est finalement améliorée, tout en gardant de bons scores de performance. En appliquant la méthode IRIP à des contextes opérationnels, il est montré en quoi IRIP peut être considéré comme un outil d’aide à l’expertise. Différentes tâches du processus de gestion des risques sont testées, telles que les diagnostics de risques sur les voies ferrées, les retours d’expérience post-évènement ou encore la réalisation de zonage règlementaire. De manière générale, cette thèse contribue à l’amélioration des connaissances sur le phénomène du ruissellement et propose des méthodes pour améliorer la gestion des risques liés au ruissellement. / Surface runoff is the source of severe hazards such as floods, erosion or mudflows. Railways can disturb natural surface water flow path, which can generate accelerated deterioration of the infrastructure, or the destruction of railway elements, such as the roadbed or the embankments. The IRIP method ‘Indicator of Intense Pluvial Runoff’ (French acronym) allows mapping surface runoff through three maps, generation, transfer and accumulation. The IRIP method aims to be simple and reliable, in order to be used on all types of lands, without calibration stage. As for others surface runoff models, the IRIP method evaluation faces the lack of data. However, evaluation is a crucial stage for the development of models. In the perspective of an operational use, or simply for the model development, it is essential to estimate the value and the reliability of the model outputs. The thesis objective is to provide an evaluation method using surface runoff impacts on railways. Difficulties lie in the fact that data to be compared differ in terms of form and content. Moreover, the infrastructure vulnerability must be characterized. The proposed evaluation method is based on the computation of contingency tables and of verification indicators, together with detailed analysis of specific impacts. After an estimation of the IRIP method performance, further developments can be tested and evaluated thanks to the proposed evaluation method. Finally, maps comprehensibility is enhanced, while preserving satisfying performance scores. By applying the IRIP method to operational contexts, it has been shown how the IRIP method can be used as a tool in expert appraisals. Different tasks of the risk management process have been studied such as risk analysis on railways, post-event investigation or the realisation of regulatory zonings. More generally, this thesis contributes to improve knowledge about surface runoff and provide methods for improving the risk management.

Railway Catenary systems play a crucial role in the safe and reliable transportation of goods and people throughout the world. Monitoring the catenary infrastructure is crucial for safety purposes and therefore requires inspections. However, the current inspection methods are not sufficient for detecting all possible failure modes. The use of lidar has been proposed to augment the current inspection methods. This research proposes two methods for the classification of various overhead catenary components, resulting from lidar data, both solely relying on the coordinates of the captured datapoints. The methods resulted from a literature analysis and the parameters were obtained trough experimentation with a small dataset. The methods were validated using a larger dataset of 22.5 km between Boden and Gällivare and achieved promising outcomes. The first method resulted in an F1 score of 93,37% was obtained with 87,39% accuracy, whereas the second method, using a simple morphological region filtered obtain an F1 score of 95,48% and an accuracy of 91,27%. The novel contributions of the processing of lidar data in railway infrastructure is the use of a simple morphological region filter and the use of surface variation, a geometric feature for the extraction of masts and bridges. Further research is advised into the computational efficiency and further classification of components in the overhead catenary system.

Inom järnvägsunderhåll är tillståndsbedömning en viktig del för att kunna få ett mer effektivt förebyggande underhåll, samt uppfylla krav på säkerhet och tillgänglighet. Förvaltning av järnvägsinfrastrukturen är en del av Trafikverkets kärnverksamhet inom järnväg, ny och innovativ teknik är ett sätt att effektivisera förvaltningen där drönare är ett intressant exempel. Drönare är en ny tekniktillämpning som stöttar en digitaliserad anläggningsövervakning. Genom att använda sig av drönare vid inspektioner kan trafiken på järnvägarna gå som vanligt samtidigt som inspektioner utförs på ett snabbt och smidigt sätt. Syftet med arbetet är att skapa en kartläggning som visar möjligheter för att tillämpa drönare vid inspektion av järnväg och järnvägsinfrastruktur, samt utgöra en grund för drönartillämpningar inom Trafikverkets verksamhet inom tillståndsbedömning av järnvägsterräng. Målet är att göra en plan för hur Trafikverkets verksamhet kan använda drönare för att stötta tillståndsbedömning av järnvägsterräng. Delar av FMECA har använts för att se vilka möjligheter det finns vid tillämpning av drönare på järnväg samt att en SWOT-analys har utförts där det redogörs för vilka styrkor, svagheter, möjligheter och risker/hot det finns när drönare tillämpas vid inspektioner avjärnvägsterräng. Drönare har en stor begränsning då de enligt regler måste flygas inom synhåll för piloten. Om Trafikverket skulle få tillstånd att flyga drönaren utom synhåll skulle möjligheten att inspektera längre sträckor finnas. Om drönare implementeras i Trafikverkets verksamhet kan det innebära en stöttning till de nuvarande metoderna för tillståndsbedömning av järnvägsterräng. Genom analys av intervjuer, litteraturstudier och en fältstudie har resultatet blivit att drönare kan tillämpas för att utföra tillståndsbedömningar av järnvägsterräng och att möjligheter finns för inspektion av järnväg och järnvägsinfrastruktur. Implementering av drönare skulle möjliggöra en effektivisering av tillståndsbedömning av järnvägsterräng. Det kan även effektivisera förvaltningen samt stötta traditionella övervakningsmetoder och stötta uppfyllandet av leveranskvaliteter och författningsefterlevnad. / In railway maintenance, condition assessment is an important part of getting more effective preventive maintenance, as well as meeting safety and accessibility requirements. The management of railway infrastructure is a part of the Swedish Transport Administration’s core in railway operations. New and innovative technology is a way to improve management efficiency, a way to do this is with the help of drones. Drones is a new technology application that supports digitized facility monitoring. By using drones during inspections, railway traffic run as usual while inspections are carried out quickly and smoothly. In railway maintenance, condition assessment is an important part of being able to get a more effective preventive maintenance, as well as meet the requirements for safety and accessibility. The purpose of the work is to create an initial survey which shows what possibilities there are today for applying drones when inspecting railway and railway infrastructure, as well as provide a basis for drone applications inside the Swedish Transport Administration’s operations within condition assessment of railway terrain. The aim is to create a plan for how the Swedish Transport Administration’s operation can use drones to support railway terrain assessment. A part of a FMECA has been used to see what opportunities there are when using drones on railway. A SWOT-analysis have been carried out explaining the strengths, weaknesses, opportunities and risks/threats that exist when drones are applied for inspection of railway terrain. Drones have a big limitation because, according to rules, they must be aired within the sight of the pilot. If the Swedish Transport Administration gets permission to fly drones out of eyesight, the possibilities of inspecting longer distances could occur. If drones are implemented in the Swedish Transport Administration’s operations, it may support the current methods for railway terrain condition assessment. Through analysis of interviews, literature studies and a field study, the results have been that drones can be applied to carry out condition assessment of railway terrain and that there are possibilities to do inspections of railway and railway infrastructure. Implementation of drones would allow for the streamlining of railway terrain condition assessment. It can also streamline administration and support traditional monitoring methods, it will also be able to support the fulfillment of delivery qualities and constitutional compliance.

Thesis focuses on analysis of the possibility of drawing financial resources from EU funds for the railway infrastructure in the Czech Republic. The aim of the work is the analysis of the whole project cycle, and also the utilization of financial resources of EU funds for railway infrastructure in other countries of the European Union.

This dissertation presents systems and technics which serves for conversion freight traffic on to railway. For this purpose as well explores using various possible transport units. The dissertation is primary targeted aplication these systems, transport in progress between Czech Republic and port of Koper, detection of extension benefits of using intermodal transport for security operation in traffic on surface communications.

In dieser Arbeit wird demonstriert, wie die Messreihen eines in einem Triebwagen eingesetzten GPS-Empfangsgerätes genutzt werden können, um Informationen zu Bahninfrastruktur und Bahnbetrieb im betrachteten Netz zu ermitteln. Dazu wird das relationale Datenbanksystem PostgreSQL mit dessen Erweiterung PostGIS eingesetzt. Im ersten Teil werden geografische Positionen von Bahnhöfen, Haltepunkten, Haupt-, Vor- und Langsamfahrsignalen, sowie deren signalisierte Geschwindigkeitsbeschränkungen berechnet. Es werden Algorithmen vorgestellt, die die Positionsberechnung von regelmäßig angefahrenen Bahnhöfen und Haltepunkten ebenso ermöglichen, wie die von Haupt- und Langsamfahrsignalen. Es wird gezeigt, dass mit den gewählten Ansätzen die Berechnung der Vorsignalpositionen nicht möglich ist. Darüber hinaus werden Algorithmen zur Berechnung von Halte- und Fahrzeiten an bzw. zwischen den vorher errechneten Betriebsstellen erläutert. Die gewonnenen Informationen werden im letzten Teil in einem Algorithmus genutzt, um Ankunftsprognosen einzelner Fahrten an beliebigen geografischen Stellen der Strecke erstellen zu können. GPS-Daten unterliegen verschiedenen Ungenauigkeiten, die betrachtet werden müssen, um aussagekräftige Ergebnisse liefern zu können. In der Arbeit wird deshalb ausführlich auf die Messungenauigkeiten und Messfehler der betrachteten Daten eingegangen. Ausnahmefall- und Sonderfallbetrachtungen und -behandlungen machen einen großen Teil der Lösungsentwicklungen aus.:1 Einleitung 1.1 Zielsetzung 1.1.1 Aufgabenstellung 1.1.2 Anwendungsfälle 1.2 Datenquelle 1.3 Methodik und Aufbau 1.4 Beschreibung der verwendeten Systemumgebung 2 Begriffsklärungen 3 Vergleichbare Arbeiten 3.1 GNSS zur verbesserten Echtzeitlokalisierung von Fahrzeugen 3.2 Einsatz von digitalen Karten und GIS zusätzlich zu GNSS 3.3 Vermessung von Gleisstrecken mittels GNSS 3.4 Einordnung der Arbeit 4 Beschreibung und Vorbereitung der Rohdaten 4.1 Aufbau der GPRMC-Rohdaten 4.2 Konvertierung der Rohdaten 4.2.1 Vorbereitung der Logdateien 4.2.2 Import der Logdatei 4.2.3 Anlegen von Indexes 4.2.4 Materialisierte Sichten 5 Clustering der Daten 23 5.1 Temporaler Schnitt der Daten 5.2 Ansatz 1: k-Means-Clustering 5.2.1 Definition 5.2.2 Berechnung der Cluster 5.2.3 Fazit 5.3 Ansatz 2: Dichtebasiertes Clustering 5.3.1 Definition 5.3.2 Fazit 5.4 Ansatz 3: Gruppieren nach Koordinatenwerten - Rasterbasiertes Clustering 5.4.1 Berechnung der Cluster 5.4.2 Vorteile des Verfahrens 5.4.3 Nachteile des Verfahrens 5.4.4 Fazit 5.5 Ansatz 4: Snap-To-Track 5.5.1 Vorbereitung der Daten 5.5.2 Clustering 5.5.3 Vorteile des Verfahrens 5.5.4 Nachteile des Verfahrens 5.5.5 Fazit 5.6 Vergleich: Rasterbasiertes Clustering und Snap-To-Track 5.6.1 Fazit 6 Auswertungen mit rasterbasierten Clustern 6.1 Informationen aus Durchschnittsgeschwindigkeiten 6.2 Informationen aus Maximalgeschwindigkeiten 6.3 Informationen aus Standardabweichung der Geschwindigkeiten 7 Kontextabhängige Optimierungen der Datenmenge 7.1 Reduzierung von Datensätzen mit 0 km/h-Messungen 7.2 Zusammenführung mehrerer Messreihen 7.2.1 Zusammenführung von zwei Messreihen 7.2.2 Zusammenführung von mehr als zwei Messreihen 7.2.3 Fazit 8 Berechnung von Infrastruktur 8.1 Kriterien für die zu ermittelnde Infrastruktur 8.2 Regelmäßig bediente Betriebsstellen 8.2.1 Abfrage von Referenzdaten 8.2.2 Grundlage: Rasterbasiertes Clustering 8.2.2.1 Ergebnisse 8.2.3 Grundlage: Snap-To-Track-Clustering 8.2.3.1 Ergebnisse und Nachbesserungen 8.2.4 Vergleich beider Verfahren 8.2.5 Fazit 8.3 Berechnung der Ausrichtung der Betriebsstellen 8.3.1 Vergleichsfunktion für Richtungsangaben 8.3.2 Fazit 8.4 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen, sowie Geschwindkeitsbeschränkungen 8.4.1 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen für eine einzelne Fahrt 8.4.1.1 Beschreibung des Algorithmus für Signale 8.4.1.2 Umsetzung des Algorithmus für Signale als Datenbankabfrage 8.4.1.3 Beschreibung des Algorithmus für Geschwindigkeitsbeschränkungen 8.4.1.4 Einordnung des Algorithmus und Fazit 8.4.2 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen für alle Fahrten 8.4.2.1 Berechnung der Positionen der Hauptsignale 8.4.2.2 Fazit 8.4.3 Berechnung von Geschwindigkeitsbeschränkungen für alle Fahrten 8.4.3.1 Beschreibung des Algorithmus 8.4.3.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 8.4.3.3 Fazit 9 Berechnung von betrieblichen Aspekten 9.1 Haltezeiten an Betriebsstellen 9.1.1 Auswirkungen der verwendeten Clusteringverfahren und Daten auf die Haltezeitberechnungen 9.1.2 Fazit 9.2 Fahrzeit zwischen Betriebsstellen 9.2.1 Fazit 9.3 Berechnung der Entfernungen zwischen Betriebsstellen 9.3.1 Beschreibung des Algorithmus 9.3.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.3.3 Fazit 9.4 Einordnung einzelner Fahrten 9.4.1 Beschreibung des Algorithmus 9.4.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.4.3 Beschreibung eines genaueren Algorithmus 9.4.4 Umsetzung des genaueren Algorithmus als Datenbankabfrage 9.4.5 Fazit 9.5 Ankunftsprognosen 9.5.1 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.5.2 Fazit 10 Ausblick 10.1 Offene Fragen der Arbeit 10.1.1 Unregelmäßig oder nur in eine Richtung bediente Haltepunkte, Bedarfshaltepunkte 10.1.2 Nutzung der Standardabweichungen für Geschwindigkeitswerte 10.1.3 Verifikation der berechneten Signalstandorte 10.1.4 Anpassung der gespeicherten Werte 10.1.5 Gleisscharfe Abfragen 10.2 Verbesserungen der demonstrierten Abfragen 10.2.1 Optimierung der Abfrageparameter bzgl. der Genauigkeit 10.2.2 Verbesserung der Fehlertoleranz 10.3 Einbeziehung anderer Forschungsarbeiten 10.4 Big Data, Machine Learning 11 Zusammenfassung und Fazit 11.1 Zusammenfassung der Kapitel 11.2 Fazit der Arbeit Anhang / In this thesis, it is demonstrated how the measurement series of a GPS receiver of a railcar can be used to determine information on railway infrastructure and operations in the related network. For this purpose the relational database system PostgreSQL with its extension PostGIS is used. In the first part, geographic positions of stations, stops, main and approach signals as well as signalized speed limits are calculated. Algorithms are presented that allow the calculation of the positions of regularly served stations, stops and signals. It is shown that the calculation of positions of approach signals is not possible with the selected algorithms. Furthermore, algorithms for the calculation of stopping and running times at or between the previously calculated operating points are explained. The information obtained is used in the last part in an algorithm to be able to generate arrival forecasts of specific trips at arbitrary geographical on-track locations. GPS data are subject to various inaccuracies that must be considered in order to provide meaningful results. The thesis especially deals with the analysis of measurement data regarding their inaccuracies and measurement errors. Therefore, exception and edge case considerations and treatments are a large part of the process of developing appropriate solutions.:1 Einleitung 1.1 Zielsetzung 1.1.1 Aufgabenstellung 1.1.2 Anwendungsfälle 1.2 Datenquelle 1.3 Methodik und Aufbau 1.4 Beschreibung der verwendeten Systemumgebung 2 Begriffsklärungen 3 Vergleichbare Arbeiten 3.1 GNSS zur verbesserten Echtzeitlokalisierung von Fahrzeugen 3.2 Einsatz von digitalen Karten und GIS zusätzlich zu GNSS 3.3 Vermessung von Gleisstrecken mittels GNSS 3.4 Einordnung der Arbeit 4 Beschreibung und Vorbereitung der Rohdaten 4.1 Aufbau der GPRMC-Rohdaten 4.2 Konvertierung der Rohdaten 4.2.1 Vorbereitung der Logdateien 4.2.2 Import der Logdatei 4.2.3 Anlegen von Indexes 4.2.4 Materialisierte Sichten 5 Clustering der Daten 23 5.1 Temporaler Schnitt der Daten 5.2 Ansatz 1: k-Means-Clustering 5.2.1 Definition 5.2.2 Berechnung der Cluster 5.2.3 Fazit 5.3 Ansatz 2: Dichtebasiertes Clustering 5.3.1 Definition 5.3.2 Fazit 5.4 Ansatz 3: Gruppieren nach Koordinatenwerten - Rasterbasiertes Clustering 5.4.1 Berechnung der Cluster 5.4.2 Vorteile des Verfahrens 5.4.3 Nachteile des Verfahrens 5.4.4 Fazit 5.5 Ansatz 4: Snap-To-Track 5.5.1 Vorbereitung der Daten 5.5.2 Clustering 5.5.3 Vorteile des Verfahrens 5.5.4 Nachteile des Verfahrens 5.5.5 Fazit 5.6 Vergleich: Rasterbasiertes Clustering und Snap-To-Track 5.6.1 Fazit 6 Auswertungen mit rasterbasierten Clustern 6.1 Informationen aus Durchschnittsgeschwindigkeiten 6.2 Informationen aus Maximalgeschwindigkeiten 6.3 Informationen aus Standardabweichung der Geschwindigkeiten 7 Kontextabhängige Optimierungen der Datenmenge 7.1 Reduzierung von Datensätzen mit 0 km/h-Messungen 7.2 Zusammenführung mehrerer Messreihen 7.2.1 Zusammenführung von zwei Messreihen 7.2.2 Zusammenführung von mehr als zwei Messreihen 7.2.3 Fazit 8 Berechnung von Infrastruktur 8.1 Kriterien für die zu ermittelnde Infrastruktur 8.2 Regelmäßig bediente Betriebsstellen 8.2.1 Abfrage von Referenzdaten 8.2.2 Grundlage: Rasterbasiertes Clustering 8.2.2.1 Ergebnisse 8.2.3 Grundlage: Snap-To-Track-Clustering 8.2.3.1 Ergebnisse und Nachbesserungen 8.2.4 Vergleich beider Verfahren 8.2.5 Fazit 8.3 Berechnung der Ausrichtung der Betriebsstellen 8.3.1 Vergleichsfunktion für Richtungsangaben 8.3.2 Fazit 8.4 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen, sowie Geschwindkeitsbeschränkungen 8.4.1 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen für eine einzelne Fahrt 8.4.1.1 Beschreibung des Algorithmus für Signale 8.4.1.2 Umsetzung des Algorithmus für Signale als Datenbankabfrage 8.4.1.3 Beschreibung des Algorithmus für Geschwindigkeitsbeschränkungen 8.4.1.4 Einordnung des Algorithmus und Fazit 8.4.2 Berechnung von Haupt- und Vorsignalen für alle Fahrten 8.4.2.1 Berechnung der Positionen der Hauptsignale 8.4.2.2 Fazit 8.4.3 Berechnung von Geschwindigkeitsbeschränkungen für alle Fahrten 8.4.3.1 Beschreibung des Algorithmus 8.4.3.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 8.4.3.3 Fazit 9 Berechnung von betrieblichen Aspekten 9.1 Haltezeiten an Betriebsstellen 9.1.1 Auswirkungen der verwendeten Clusteringverfahren und Daten auf die Haltezeitberechnungen 9.1.2 Fazit 9.2 Fahrzeit zwischen Betriebsstellen 9.2.1 Fazit 9.3 Berechnung der Entfernungen zwischen Betriebsstellen 9.3.1 Beschreibung des Algorithmus 9.3.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.3.3 Fazit 9.4 Einordnung einzelner Fahrten 9.4.1 Beschreibung des Algorithmus 9.4.2 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.4.3 Beschreibung eines genaueren Algorithmus 9.4.4 Umsetzung des genaueren Algorithmus als Datenbankabfrage 9.4.5 Fazit 9.5 Ankunftsprognosen 9.5.1 Umsetzung des Algorithmus als Datenbankabfrage 9.5.2 Fazit 10 Ausblick 10.1 Offene Fragen der Arbeit 10.1.1 Unregelmäßig oder nur in eine Richtung bediente Haltepunkte, Bedarfshaltepunkte 10.1.2 Nutzung der Standardabweichungen für Geschwindigkeitswerte 10.1.3 Verifikation der berechneten Signalstandorte 10.1.4 Anpassung der gespeicherten Werte 10.1.5 Gleisscharfe Abfragen 10.2 Verbesserungen der demonstrierten Abfragen 10.2.1 Optimierung der Abfrageparameter bzgl. der Genauigkeit 10.2.2 Verbesserung der Fehlertoleranz 10.3 Einbeziehung anderer Forschungsarbeiten 10.4 Big Data, Machine Learning 11 Zusammenfassung und Fazit 11.1 Zusammenfassung der Kapitel 11.2 Fazit der Arbeit Anhang