DA von D. Conter und Ch. Luther, 2000

Titel

Graphenorientierte Modellierung eines Gefahrguttransportes mit Hilfe eines Petri Netzes

(DA: D-BAUG)

Betreuung

Prof. Dr. W. Kröger, Dr. R. Mock

Abgabe

Februar 2000

Abstract

Das Thema der vorliegenden Diplomarbeit ist die "Graphenorientierte Modellierung eines Gefahrguttransportes mit Hilfe eines Petri-Netzes". Petri-Netze erweitern die Möglichkeiten der Abbildung eines Systems erheblich, da Wahrscheinlichkeitsmodelle, Zeitabhängigkeiten u.a. integriert werden können.

Ziel der Arbeit ist es, aufzuzeigen, ob Petri-Netze sich als Hilfsmittel im Rahmen von Risikoanalysen eignen, beispielsweise ob und wie sich Häufigkeits-Ausmass-Diagramme mit Hilfe von Petri-Netzen darstellen lassen. Dies wird am Beispiel eines Ammoniakgefahrguttransportes auf der Schiene untersucht.

Das Hauptgewicht liegt auf der Modellierung von Störfällen entlang einer ausgesuchten Transportstrecke, dem Abschnitt Pratteln-Olten. Die Abbildung des Eisenbahnsystems in ein Petri-Netz mit Hilfe des Software-Tools PACE 3.1 erfolgt diskret, d.h. die Zugfahrt wird abschnittsweise von einem Systemelement zum nächsten modelliert. Die Modellierung von Ausfällen, welche im Rahmen dieser Arbeit nur an Systemelementen wie Signalen, Weichen, Brücken und Schranken vorkommen können, geschieht über Zufallszahlengeneratoren.

Das Modell ist so aufgebaut, dass ein Zug sich von einem Element zum nächsten vorwärts bewegt, wobei zum Zeitpunkt seiner Vorbeifahrt jeweils kontrolliert wird, ob das betreffende Element funktioniert. Dieser Zeitpunkt wird als Grenzzeit bezeichnet. Bei "Ausfall" kommt es z.B. zur Entgleisung, was mit einem Ammoniakaustritt aus dem Behälter verbunden sein kann.

Die jeweiligen Rahmenbedingungen, welche sich durch eine dynamische Umwelt entlang einer Transportstrecke und wechselnde Temperatur- und Wetterbedingungen ergeben, werden, ähnlich wie die Ausfälle der einzelnen Elemente, über Wahrscheinlichkeitsmodelle gebildet. Um das Ausmass der jeweiligen Szenarien abschätzen zu können, wird das Dispersionsmodell DispTool verwendet, das bei Verdampfung der Substanz Ammoniak deren Ausbreitungsvorgang berechnet. Aufgrund dieser Daten wird die Fläche ermittelt, in der aufgrund der Stoffdaten mit Todesfällen zu rechnen ist. Anhand von GIS-Daten wird die Bevölkerungsdichte im betroffenen Gebiet, ebenso wie die Grösse der bei einer Lachenbildung beschädigten Flächen ermittelt. Die daraus resultierenden Werte werden anschliessend ins Modell integriert.

Mit dem erarbeiteten Modell wird eine bestimmte Anzahl Simulationen durchgeführt. Dazu werden verschiedene Wahrscheinlichkeitsmodelle mit unterschiedlichen Parametern eingesetzt. Während der Simulationsdurchgänge wird das Auftreten der einzelnen Endzustände erfasst, welche anschliessend mit Hilfe von Häufigkeits-Ausmass-Diagrammen dargestellt werden. Allgemein kann gesagt werden, dass in über 89% aller Fälle die Züge ihr Ziel erreichen, wobei zu beachten ist, dass die Resultate der einzelnen Simulationsdurchgänge nicht als Ergebnis einer Risikoanalyse im üblichen Sinne angesehen werden dürfen.

Vielmehr geht es darum, die Brauchbarkeit vom Hilfsmittel Petri-Netz im Rahmen von Risikoanalysen zu untersuchen, eine Tatsache, welche sich während der Ausarbeitung der vorliegenden Arbeit als gegeben erwiesen hat.

Demnach ist diese Diplomarbeit als Konzept zu betrachten, wie einerseits Petri-Netze im Rahmen von Risikoanalysen eingesetzt und andererseits andere Programme, z.B. DispTool oder KOVERS-Tool, in Verbindung mit Petri-Netzen zum Einsatz gebracht werden können.