metropatakt, part 2

metropatakt Teil 2 (text in DE)

Metropatakt - wie funktioniert es?

Wie kann man die Konzepte und Techniken der integrierten Taktfahrpläne auf die metropa-Vision für ein europäisches Eisenbahnnetz anwenden? Welche Schritte sind dafür erforderlich?

Schritt 1: Definition der Grundfrequenz

Das Hauptmerkmal eines Taktfahrplans ist, dass er sich zyklisch wiederholt. Auf allen Strecken verkehrt mindestens ein Zug pro Taktzeit. Auf bestimmten Linien können die Züge auch öfter fahren, solange die Anzahl der Züge pro Taktzeit eine ganze Zahl ist. Für den Metropatakt wird ein Grundtakt von 120 Minuten vorgeschlagen, also ein Zug alle 2 Stunden. Dies ist bereits der Standardtakt für die meisten Eurocity-Linien in Europa. Auf Abschnitten, auf denen 2 Linien parallel verkehren, kann die Frequenz auf einen Zug pro Stunde verdoppelt werden. Dies kann auch auf Abschnitten mit nur einer Linie, aber hoher Nachfrage, erreicht werden, indem zusätzliche Züge eingesetzt werden, die nur auf einem Teil der gesamten Strecke verkehren.

Schritt 2: Definieren Sie das Symmetriemoment

In einem Fahrplan, in dem auf jeder Linie alle 120 Minuten ein Zug verkehrt, treffen sich die Züge in Gegenrichtung genau alle 60 Minuten. Damit die optimierten Umsteigezeiten in allen Richtungen wie geplant funktionieren, ist es entscheidend, dass der Fahrplan so gestaltet ist, dass sich die entgegengesetzten Züge auf allen Linien zum gleichen Zeitpunkt treffen. Dieses Merkmal jedes sich wiederholenden Taktfahrplans wird als "Symmetriezeitpunkt/Minute" bezeichnet. Bei den meisten europäischen Bahnen ist heute eine Symmetrieminute von 00 üblich, d.h. die Züge in entgegengesetzter Richtung treffen sich einmal pro Stunde genau zur vollen Stunde. Der Metropatakt wird dem folgen.

Wikipedia bietet gute Hintergrundinformationen zu diesem Thema:

https://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrieminute

https://eo.wikipedia.org/wiki/Simetritempo

https://en.wikipedia.org/wiki/Symmetry_minute

Schritt 3: Definition des Liniennetzes

Eine wichtige Eigenschaft eines Taktfahrplans ist, dass alle Züge auf einer definierten Strecke oder Linie verkehren. Für den Metropatakt scheint dieser Schritt sehr einfach zu lösen zu sein. Metropa erschien zuerst als Linienschema. Dieses ist zwar optisch sehr ansprechend und eine große Quelle der Inspiration und Phantasie, hat aber einige praktische Nachteile, wenn man es als Grundlage für einen europaweit integrierten Fahrplan verwendet. Es gibt mehrere Orte, an denen die Routen der Metropa-Linien bei Berücksichtigung der geografischen Gegebenheiten suboptimal verlaufen. Auch die Anwesenheit von Ringlinien und mehreren Abzweigungen oder Teillinien macht die Fahrplangestaltung komplexer als nötig.

Ein späterer Beitrag wird sich speziell diesem Thema widmen und ein alternatives Linienschema vorstellen, das besser geeignet ist, einen integrierten Taktfahrplan zu realisieren.

Schritt 4: Definition der Fahrzeit zwischen den Knotenpunkten

Wie in Schritt 2 beschrieben, werden sich bei einem Grundtakt von 120 Minuten die Züge in entgegengesetzten Richtungen jede Stunde zur vollen Stunde treffen. Es ist daher attraktiv, den Fahrplan so zu planen, dass an den Bahnhöfen, an denen sich zwei oder mehr Linien treffen, die Züge aus allen Richtungen einige Minuten vor der vollen Stunde ankommen und einige Minuten später abfahren. Auf diese Weise können die Fahrgäste von ihrem ankommenden Metropatakt-Zug mit einer kurzen Umsteigezeit in jede andere Metropatakt-Linie umsteigen. Um dies an mehreren Umsteigeknoten zu erreichen, muss die Bruttoreisezeit (einschließlich einiger Minuten für das Umsteigen) zwischen diesen Knotenpunkten ein Vielfaches der vollen Stunde betragen. In den Teilen des Netzes, in denen kombinierte Linien im Stundentakt verkehren, kann die Brutto-Reisezeit zwischen den Knotenpunkten auch ein Vielfaches einer halben Stunde sein, da sich entgegengesetzte Züge alle 30 Minuten treffen.

Schritt 5: Was ist eine realistische Geschwindigkeit?

Um eine gewünschte Anzahl von vollen oder halben Stunden als Reisezeit zwischen Knotenpunkten zu wählen, muss ein Gleichgewicht zwischen Wunsch und Wirklichkeit gefunden werden. Auf der geraden Strecke zwischen Städten sind Durchschnittsgeschwindigkeiten von mehr als 200 km/h nur sehr schwer zu realisieren. Die Thalys-Hochgeschwindigkeitszüge von Paris nach Brüssel, die auf dem größten Teil der Strecke mit 300 km/h fahren, benötigen 82 Minuten für eine geradlinige Entfernung von 264 km, was einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 193 km/h entspricht. Der erhebliche Unterschied zwischen Höchstgeschwindigkeit und Durchschnittsgeschwindigkeit ist auf zwei Faktoren zurückzuführen. Erstens ist die Strecke entlang der Schiene immer länger als die geradlinige Entfernung, und zweitens geht Zeit verloren, wenn der Zug innerhalb von Städten beim Verlassen und Anfahren des Bahnhofs langsamer fährt. Durchschnittsgeschwindigkeiten auf der Geraden von annähernd 200 km/h sind nur zwischen Großstädten realistisch, wo die Nachfrage den Bau von Strecken für mindestens 300 km/h rechtfertigt und wo es ein relativ flaches Gelände gibt, das den Bau von Eisenbahnstrecken in gerader Linie ermöglicht.

Auf vielen Teilen des Netzes sind Durchschnittsgeschwindigkeiten von bis zu 150 km/h eher möglich. Auf einigen Abschnitten mit komplexerem Gelände und geringerer Nachfrage ist eine Durchschnittsgeschwindigkeit von etwa 100 km/h auf gerader Strecke noch akzeptabel. Mit einer solchen Geschwindigkeit ist der Zug immer noch durchaus wettbewerbsfähig gegenüber dem Pkw-Verkehr, der auf Autobahnen fast nie eine Durchschnittsgeschwindigkeit von mehr als 80 km/h auf der Geraden erreicht. Er wird auf den meisten Verbindungen immer noch deutlich schneller sein als heute. Der ICE-Hochgeschwindigkeitszug zwischen Frankfurt und München benötigt heute 3h23 (203 Minuten). Bei einer geradlinigen Entfernung von 305 km ergibt sich damit eine Durchschnittsgeschwindigkeit von nur 90 km/h. Die Reisezeit mit dem Auto auf leeren Straßen für die gleiche Relation beträgt sogar 3h49 Minuten, 80 km/h im Durchschnitt.

Schritt 6: Metropatakt

Nach diesen Schritten, die manchmal iterativ durchgeführt werden, kann ein Fahrplan für den Metropatakt erstellt werden. Dieser Fahrplan bietet einen reibungslosen Fernverkehr auf dem europäischen Kontinent. Nicht alle können als Direktverbindungen  angeboten werden, aber ein integrierter Taktfahrplan sorgt dafür, dass die Wartezeit beim Umsteigen von einer Linie zur anderen kurz ist. In den meisten Fällen erreicht Ihr Anschlusszug den Umsteigebahnhof zur gleichen Zeit wie Ihr ursprünglicher Zug, und beide fahren einige Minuten später zur gleichen Zeit ab. Auf diese Weise wird sich das Reisen mit dem Zug in Europa wie das Reisen mit der U-Bahn in einer Großstadt anfühlen, genau wie die Vision, die die Metropa-Karte hervorruft.

Metropatakt – how does it work?

How can we apply the concepts and techniques of integrated clock-face timetabling to Metropa’s proposal/vision of the European Railway Network? What steps are needed?

Step 1: Define the base frequency

The main characteristic of a clock-face timetable is that is cyclically repeats itself. On all lines, at least one train will run per cycle time. On certain lines, trains can run more often, as long as the number of trains per cycle time is an integer. For Metropatakt, the proposed base frequency is 120 minutes, one train every 2nd hour. This is already the standard frequency used for most Eurocity lines in Europe. On sections where 2 lines run in parallel, the frequency can be doubled to a train every hour. It is also possible to reach this on sections with only 1 line but with high demand, by adding extra trains that run on only a part of the whole line.

Step 2: Define the moment of symmetry

In a timetable where there is a train once per 120 minutes on every line, trains in opposite direction will meet each other exactly every 60 minutes. To ensure that optimised transfer times work out as planned in all directions, it is crucial that the timetable is such that opposite trains on all lines meet each other at the same moment. This characteristic of each repetitive regular timetable is called the ‘moment/minute of symmetry’. The standard practice in most European railways today is to have a symmetry minute of 00, meaning that trains in opposite directions meet each other once per hour exactly on the full hour. Metropatakt will following this.

Wikipedia provides good background information on this topic:

https://en.wikipedia.org/wiki/Symmetry_minute

https://eo.wikipedia.org/wiki/Simetritempo

https://de.wikipedia.org/wiki/Symmetrieminute

Step 3: Define the line scheme

A important property of a clock-face timetable is that all trains run along a defined set of routes or lines. For Metropatakt, this step seems to be very easy to solve. Metropa saw the light as a schema of lines, before anything else. But the line scheme of Metropa, although visually very attractive and a great source of inspiration and imagination, has some practical drawbacks when using it as the basis for a pan-European integrated timetable. There are several locations where the routes of the Metropa lines take a suboptimal route considering the geographical reality. Also the presence of ring lines and several branches or sub-lines makes the timetabling more complex than needed.

A later post will be specifically dedicated to this topic and present an alternative line scheme that is better suited to realise an integrated clock-face timetable.

Step 4: Define the travel time between nodes

As described at step 2, with a base frequency of 120 minutes, trains on opposite directions will meet each other every hour on the full hour. It is therefore attractive to plan the timetable such that on those stations were 2 or more lines meet, trains from all directions will arrive a few minutes before the full hour and leave that note a few minutes later. In this way, passengers can change from their arriving Metropatakt train to any other Metropatakt line with a short transfer time. To achieve this at several transfer hubs, the gross travel time (including a few minutes for transfers) between those hubs must be a multiple of full hours. On those parts of the network where combined lines run every hour, the gross travel time between hubs may also be a multiple of half hours, as opposite trains will meet every 30 minutes.

Step 5: What is a realistic speed?

To choose a desired number of full or half hour as travel time between hubs, a balance must be found between ambition and realism. When taking the straight line distance between cities, average travel speeds above 200 km/h are very hard to realise. The Thalys high speed trains from Paris to Brussels, which run at 300 km/h most of the distance, need 82 minutes to cover a straight line distance of 264 km, which is an average speed of 193 km/h. The significant difference between top speed and average speed is caused by two factors. First, the distance along the railway track is always longer than the straight line distance and secondly, time is lost when the train drives slower inside cities when leaving and approaching the station. Average straight line speeds close to 200 km/h are only realistic between big cities where the demand justifies construction of dedicated lines for at least 300 km/h and where there is relatively flat terrain that allows building railways in a straight line.

On many parts of the network, average speeds up to 150 km/h are more feasible. On some sections which more complex terrain and less demand, an average straight line speed of around 100 km/h will still be acceptable. With such a speed, the train is still very competitive against private cars, which on highways will almost never have an average straight line speed above 80 km/h. It will still be significantly faster than today on most relations. The ICE high speed train between Frankfurt and München today needs 3h23 (203 minutes). For a straight line distance of 305 km, this brings the average speed to only 90 km/h. The travel time by car on empty roads for the same relation is 3h49 minutes, 80 km/h on average.

Step 6: Metropatakt

Following these steps, sometimes performed iteratively, a timetable can be devised for Metropatakt. This timetable offers smooth long distance train travel on the European continent. Not all relations can be offered with direct lines, but an integrated clock-face timetable ensures that if you need to transfer from one line to another, the waiting time will be short. In most cases, your connecting train will arrive to the transfer station at the same time as your original train and they will depart at the same time a few minutes later. With this, travelling by train across Europe will feel like travelling by metro in a big city, exactly like the vision evoked by the Metropa map.