1. Järnvägsgruppen
Forskningsprogram för
kapacitetsanalys och simulering
Vid Trafik och Logistik KTH
KTH Järnvägsgruppen
Bo-Lennart Nelldal
Adj. professor
2011-01-13
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
KTH Järnvägsgruppen
Järnvägsgruppen - Systemsyn
Intäkt
Konkurrens/
Lönsamhet samverkan
Effektiva tågsystem
Kostnad
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
1

2. KTH Järnvägsgruppen organisation
Järnvägsgruppen
Styrelse
BV, KTH, Bombardier,
Tågoperatörerna m fl
Föreståndare
Prof. Stefan Östlund, EKC
Trafik och Logistik Järnvägsteknik Elektriska maskiner
Adj. Prof. Bo-Lennart Nelldal Prof. Mats Berg Prof. Stefan Östlund
Byggvetenskap Lättkonstruktioner Fordonsdynamik
Prof. Håkan Sundquist Tekn. Dr. Per Wennhage Prof. Annika Stensson
MWL Ljud o Vibrationer Maskinelement
Tekn. Dr. Ulf Carlsson Tekn. Dr. Ulf Olofsson
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Forskningsområden
Järnvägsgruppen - Tågtrafikplanering
• Persontrafik
– Utbud och efterfrågan
• Godstransporter
– Utbud och efterfrågan
• Kapacitetsanalys
– Kapacitetsutnyttjande och
simulering
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
2

3. Persontrafik på järnväg 1950-2010
12,0 Ekonomiska krisen
Järnvägsgruppen
10,0
Miljarder personkilometer
8,0
6,0
4,0 Resor >100 km
2,0
Resor<100 km
0,0
1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010
Källa: Järnvägsgruppen
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik KTH
Järnvägsgruppen
Långväga gods per transportmedel
40
35
Lastbil
Miljarder tonkilometer
30
25 Båt utrikes
Järnväg
20
15
10
Båt inrikes
5
Älvflottning
0
1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010
Källa: Jakob Wajsman, Banverket
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
3

4. Många tåg ger stora förseningar
27
Järnvägsgruppen
Antal tåg/dag Försenade
Godståg grönt persontåg
Persontåg svart
31
% per sträcka
Totalt grönt+svart
34
45
26
30
36
18
20
61
57
35
45 31
41
58
48
50
37
45
56
26
50
27
52
42
60
22
18
19
15 64
55
22
45
44
36
89
42
26
46 25
82
54
48
44
36
68
40 26
27
39
23
28
30 45
37
38 34
39
32
36 25
21 26
44
39
41 24
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
X2000-beläggningsgrad 1992-2010
Järnvägsgruppen
80%
Låga just
Start yeild nu-priser
70% managent
Personkilometer/Platskilometer
Förlängda tåg
med 2klass
60%
Endast 1
50% klass
Dubbla tåg i
vissa avgångar
40%
30%
20%
10%
0%
1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
4

5. Forskningsprogram KTH
Järnvägsgruppen
Simuleringsmodell Enkelspår Enkelspår
Implementering av Railsys Mötesstationer-partiella dbsp Planerade eller parerande
i Sverige Analytisk modell tågmöten
Förbigångar dbsp Dubbelspår Överbelastad infra
Trafikstruktur-prestanda Störningar-Trafikstruktur Kapacitet m h t punktlighet
Konsumerad kapacitet Simulering Simulering och statistisk
Botniabanan Knutpunkter Tidtabellsläggning
Trafikstruktur-kapacitet Korsande tågvägar, uppehåll med simulering
Simulering Analytisk modell Utvecklingsprojekt
Kompetens-
Utbildning Uppbyggnad Uppdrag
Tågtrafikplanering-Simulering KTH-BV-Branschen Kapacitetsanalys, Simulering
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
KTH Järnvägsgruppen
- Kapacitetsanalys vid Trafik och logistik
Järnvägsgruppen
Doktorandprojekt
• Kapacitet för person- och godstrafik på Botniabanan – Anders Lindahl
• Modeller för kapacitetsanalys på enkel- och dubbelspår – Olov Lidfeldt
• Överbelastad infrastruktur – var går gränsen? – Anders Lindfeldt
• Tidtabellsplanering med hjälp av simulering – Hasse Sipilä
Uppdrag
• Implementering av Railsys i Sverige
• Stockholms Central 2030-2050
• Simulering av Svealandsbanan, Ostlänken mm
• Simulering av punktlighetsåtgärder X2000 Sthlm-Göteborg
• Kapacitetsanalys av stambanorna med och utan höghastighetståg
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
5

6. Examensarbeten kapacitetsanalys
Järnvägsgruppen
- Exempel
• Kapacitetsanalys av tågtrafik i Stockholmsregionen. Fallstudie med
beräkningsmetod. (2004)
• Förbigångar i höga hastigheter på Götalandsbanan mellan Göteborg
och Borås (2005)
• Analys av åtgärder för ökad punktlighet vid avgång söderut från
Stockholms Central. (2005)
• Effekter av signalsystemet ERTMS (2007).
• Better punctuality between Södertälje and Katrineholm – a simulation
approach (2007).
• Evaluation of Punctuality for Different Train Traffic Intensities on High
Speed Lines with Simulation. (2010)
• Evaluation of ETCS on Railway capacity in congested areas – a case
study witin the network of Stockholm (2010)
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Infrastruktur för flexibel tågföring
Järnvägsgruppen
• Bakgrund: Infrastrukturen konstruerades ofta för en tidtabell
med en fordonstyp
• Tågtrafiken utvecklas snabbt: Nya banor, fler tåg, nya tåg,
fler operatörer, mer förseningar….
• Infrastrukturen måste byggas för att klara olika tidtabeller
och mer robust mot förseningar
• Hypotes: Infrastrukturen som variabel – testa ett stort anal
tidtabeller systematiskt
• Utveckling av analytiska modeller för att analysera
– Mötesstationer på enkelspår
– Partiella dubbelspår
– Förbigångsstationer på dubbelspår
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
6

7. Crossing time function
Järnvägsgruppen
Crossing time for any point along the line
Running time [min] Minimum crossing
10
0 5 10 15 20 25 30 35 40 time
9 • At partial double
track:45 sek per
8
train (because of
restricted speed
Crossing time [min]
7
6
in point)
5 • At station with
stop for
passenger: 0
4
3 minutes
2 • At station ”in the
1 forest”: 4 min
(2 min per train)
0
Et Kju Häd Mby Ryb - Lg Nkv Söö
Stations
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Crossing time function
Järnvägsgruppen
Investments in infrastructure with a new
crossing station and extended double track
Running time [min]
0 5 10 15 20 25 30 35 40
10
9
8
Crossing time [min]
7
6
5
4
3
2
1
0
Et Kju Häd Sgs Mby Lg Nkv Söö
Stations
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
7

8. Implementering av forskningsresultat
- Analys 2005, Beslut 2006, färdigt 2010
Järnvägsgruppen inom “kraftsamling Mälardalen”
Eskilstuna-Stockholm
Eskilstuna C Strängnäs Läggesta Nykvarn Södertälje syd Flemingsberg
Kjula Barva Härad Malmby Grundbro Almnäs
v ö Stockholm C
Åkers
Flen styckebruk Järna
115 105 98 90 83 80 75 73 67 50 43 36 15 0
• Fler (korta) mötesstationer: Avståndet halveras från 15
till 7,5 km
• Förlängning av det partiella dubbelspåret till Nykvarn:
En station till på dubbelspåret ger längre tid på
dubbelspåret och högre hastighet utan växel på linjen
• En mötestation kommer att byggas i Strängnäs så snart
som möjligt
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Simulering
Järnvägsgruppen
• KTH använder Railsys utvecklat vid IVE (Institut fur
Verkehr und Eisenbahnteknik) i Hannover
• Railsys utvecklas av forskare vid IVE och implementeras
av RMCon (Rail Management Consultants)
• Är ett kommersiellt program som används av konsulter,
infrastrukturhållare och operatörer i flera länder
• KTH har samarbetsavtal med IVE, professor Thomas Siefer
och tekn. doktor Alfons Radtke, RMcon
• Trafikverket använder Railsys som simuleringssystem
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
8

9. Järnvägsgruppen Tidtabellsplanering med hjälp
av simulering
• Syfte: Förbättrad punktlighet och ökad kapacitet
• Samarbetsprojekt mellan SJ, BV och KTH
• Förena teori och praktik
• Testa nya metoder
• Tillämpning på tre banor:
– Västra Stambanan Stockholm-Göteborg
– Södra Stambanan Katrineholm-Malmö
– Ostkustbanan Gävle-Sundsvall
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Metoder
Järnvägsgruppen
• Tidtabellsanalys
• Riskanalys
• Analys av förseningsfördelningar
• Konstruktion av förseningsfördelningar
• Planering: Tidtabellskonstruktion
• Simulering
• Operativa tester
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
9

10. Simulering av minskade störningar
för X 2000 Stockholm-Göteborg
Järnvägsgruppen
Ankomst Göteborg jämförelse
100%
90% 89%
90% 88%
84% 84% 85%
83%
79% 78% 78%
80%
70%
60%
50%
40%
30% 27%
20%
10%
0%
Alla tillägg i slutet
Bättre prioritet
avgångsförseningar
undervägsförseningar
Operatörsförseningar -
Fordonsförseningar -
Jämförelsevärden
Jämförelsevärden
fordonsförseningar -
förseningar -50% Infra.-
Infrastruktursförseningar
Avgång 1 min 95%
Operatörs- och
verkligheten
förseningar -25%
simulering
Op.- och ford.-
Inga
50%
50%
Inga
50%
-25%
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Västra Stambanan
- Simulerade alternativ
Järnvägsgruppen
• Avdrag 4 minuter på körtidsmarginal
• Tillägg 4 minuter på körtidsmarginal
• Större tåglägeskanaler för X2
– minst 5 minuter mot andra tåg
• I alternativen har lösningar sökts som inte ger för
stor påverkan på andra tåg
• Främst ändras godståg
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
10

11. Resultat Stockholm-Göteborg
- Andel tåg inom rätt tid +5 minuter
Järnvägsgruppen
100
95 T09 avdrag tillägg kanalsep
90
85
%
80
75
70
65
60
100
95
90
85
%
80
75
70
65
60
Cst Flb Söö Gn Fle K H Lå Sk F Hr A PG
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Västra stambanan – Gnesta
Järnvägsgruppen
- Konflikt X 2000 - Gnestapendeln
• Fem X2-tåg (Göteborg – Stockholm) har liten marginal
mot avgående pendeltåg i Gnesta, 3-4 min
• Korrigering görs för att öka marginalen till fem
respektive åtta minuter
• Tydlig förbättring för X2-gruppen
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
11

12. Järnvägsgruppen KTH Trafik och Logistik
Järnvägsgruppen
- Analys för Banverket
”Kapacitetsanalys av det svenska järnvägsnätet”
Redovisas i tre delrapporter:
1. Hur många tåg kan man köra? En analys av teoretisk och
praktisk kapacitet
2. Bearbetning och analys av databas över infrastruktur, trafik,
tidtabell och förseningar
3. Förslag till åtgärder för att öka kapaciteten på kort sikt
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
Kapacitetsanalys
databas från banstat, tför mm
Järnvägsgruppen
Infrastruktur Tidtabell Trafik Förseningar
Enkelspår: Antal tåg Efterfrågan Merförseingar per stationssträcka
Avstånd mellan mötestationer (km) Persontåg/Godståg/Totalt Antal bruttoton/dag normerat per 100 km
max Antal passagerare per dag
min Antal tåg per dag Persontåg/Godståg/Totalt
medel Tågstorlek Fördelade på hastighetsgrupper
standardavvikelse Antal tåg per timme:
I maxtimmen Vilken timme Godståg (ej VUT) Andel merförsenade tåg %
3-spårs stationer I högtrafik: Tåglängd (m)
På morgonen 06-09 medel Merförsening i min medel för försenade tåg
Samtidig infart På eftermiddagen 15-18 max Merförsening i min median för försenade tåg
Under dagtid 9-15 och 18-20 andel tåg med 90% av maxlängd
Dubbellspår: Under natten 20-06 Tågvikt (ton) Standardavvikelse för föseningar
Avstånd mellan förbigångsstationer (km) medel
max Hastighet max
min max andel tåg med 90% av maxvikt
medel min Axellast (ton)
standardavvikelse medel medel
std max
Alla banor och stationer: andel vagnaxlar med 90% av maxlast
Hinderfri längd Hastighetskillnader
min Andel tåg efter genomsnittshastighet Persontåg (ej tjänstetåg)
medel i hastighetsgrupper Andel små tåg
max Snabba tåg >120 km/h <=3 vagnar eller 12 axlar
Medelsnabba tåg 80-120 km/h Andel stora tåg
Uppställning av vagnar Långsamma tåg < 80 km/h <3vagnar eller 12 axlar
Korsande tågvägar
KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik
12