Session 30_2 Bo-Lennart Nelldal

1

KTH Järnvägsgruppen • Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik

JärnvägsgruppenJärnvägsgruppen

Forskningsprogram för

kapacitetsanalys och simulering Vid Trafik och Logistik KTH

KTH Järnvägsgruppen Bo-Lennart Nelldal

Adj. professor 2011-01-13



Kostnad

Konkurrens/ samverkan Lönsamhet

KTH Järnvägsgruppen - Systemsyn

Intäkt

Effektiva tågsystem

2



Järnvägsteknik Prof. Mats Berg

Trafik och Logistik Adj. Prof. Bo-Lennart Nelldal

Lättkonstruktioner Tekn. Dr. Per Wennhage

Byggvetenskap Prof. Håkan Sundquist

Styrelse BV, KTH, Bombardier,

Tågoperatörerna m fl

Föreståndare Prof. Stefan Östlund, EKC

KTH Järnvägsgruppen organisation

MWL Ljud o Vibrationer Tekn. Dr. Ulf Carlsson

Elektriska maskiner Prof. Stefan Östlund

Fordonsdynamik Prof. Annika Stensson

Maskinelement Tekn. Dr. Ulf Olofsson



• Persontrafik

– Utbud och efterfrågan

• Godstransporter

– Utbud och efterfrågan

• Kapacitetsanalys

– Kapacitetsutnyttjande och

simulering

Forskningsområden

- Tågtrafikplanering

3



Persontrafik på järnväg 1950-2010

0,0

2,0

4,0

6,0

8,0

10,0

12,0

1950 1960 1970 1980 1990 2000 2010

Milja

rde

r p

ers

on

kilo

me

ter

Resor >100 km

Resor<100 km

Källa: Järnvägsgruppen

KTH

Ekonomiska krisen


JärnvägsgruppenJärnvägsgruppenLångväga gods per transportmedel

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 2010

Milja

rde

r to

nk

ilo

me

ter Lastbil

Båt utrikes

Järnväg

Båt inrikes

Älvflottning

Källa: Jakob Wajsman, Banverket

4



Antal tåg/dag Godståg grönt

Persontåg svart

Totalt grönt+svart

45

57

50

44

68

40

26

34

35

61

23

48

30

37

39

82

58

25

522

7

28

46

19

3854

36

42

32

41

55

89

20

60

24

22

18

31

56

21

64

15

39

4445

26

31

45

36

27

42 2

2

39

45

3626

48

36

26

34

27

41

45

37

50

44

30

25

26

18

Försenade

persontåg % per sträcka

Många tåg ger stora förseningar



X2000-beläggningsgrad 1992-2010

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

1992 1994 1996 1998 2000 2002 2004 2006 2008 2010

Pe

rso

nk

ilo

me

ter/

Pla

tsk

ilo

me

ter

Endast 1

klass

Förlängda tåg

med 2klass

Start yeild

managent

Låga just

nu-priser

Dubbla tåg i

vissa avgångar

5



Forskningsprogram KTH

Dubbelspår Störningar-Trafikstruktur

Simulering

Knutpunkter Korsande tågvägar, uppehåll

Analytisk modell

Kompetens-

Uppbyggnad KTH-BV-Branschen

Överbelastad infra Kapacitet m h t punktlighet

Simulering och statistisk

Enkelspår Mötesstationer-partiella dbsp

Analytisk modell

Tidtabellsläggning

med simulering Utvecklingsprojekt

Enkelspår Planerade eller parerande

tågmöten

Utbildning Tågtrafikplanering-Simulering

Uppdrag Kapacitetsanalys, Simulering

Förbigångar dbsp Trafikstruktur-prestanda

Konsumerad kapacitet

Botniabanan Trafikstruktur-kapacitet

Simulering

Simuleringsmodell Implementering av Railsys

i Sverige



KTH Järnvägsgruppen

- Kapacitetsanalys vid Trafik och logistik

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

6



• 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)

Examensarbeten kapacitetsanalys

- Exempel



• 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

Infrastruktur för flexibel tågföring

7



40 35 30 25 20 15 10 5 0

Running time [min]

Söö Nkv Ryb - Lg Mby Häd Kju Et 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Stations

Cro

ss

ing

tim

e [

min

]

Crossing time function

Crossing time for any point along the line

Minimum crossing time

• At partial double track:45 sek per train (because of restricted speed in point)

• At station with stop for passenger: 0 minutes

• At station ”in the forest”: 4 min (2 min per train)



40 35 30 25 20 15 10 5 0

Running time [min]

Söö Nkv Lg Mby Sgs Häd Kju Et 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Stations

Cro

ss

ing

tim

e [

min

]

Crossing time function

Investments in infrastructure with a new crossing station and extended double track

8



Stockholm C

0 115

Eskilstuna-Stockholm

105 90 83 80 75 67 50 36 15

Flemingsberg Södertälje syd Nykvarn Läggesta Grundbro Malmby

Strängnäs Härad Kjula

Eskilstuna C

Åkers styckebruk Järna Flen

Almnäs

43

v ö

73

Barva

98

Implementering av forskningsresultat - Analys 2005, Beslut 2006, färdigt 2010

inom “kraftsamling Mälardalen”

• 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 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

Simulering

9



• 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

Tidtabellsplanering med hjälp av simulering



• Tidtabellsanalys

• Riskanalys

• Analys av förseningsfördelningar

• Konstruktion av förseningsfördelningar

• Planering: Tidtabellskonstruktion

• Simulering

• Operativa tester

Metoder

10



Ankomst Göteborg jämförelse

79% 78%

83% 84%88%

84% 85%

90% 89%

27%

78%

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

Jäm

före

lsevä

rden

verk

lighete

n

Jäm

före

lsevä

rden

sim

ule

ring

Opera

törs

förs

enin

gar

-

50%

Ford

onsf

örs

enin

gar

-

50%

Opera

törs

- och

ford

onsf

örs

enin

gar

-

50%

Infr

ast

rukt

urs

förs

enin

gar

-25% In

ga

avg

ångsf

örs

enin

gar

Inga

underv

ägsf

örs

enin

gar

Op.-

och

ford

.-

förs

enin

gar

-50%

Infr

a.-

förs

enin

gar

-25%

Avg

ång 1

min

95%

Alla

till

ägg i

slute

t

Bättre

priorite

t

Simulering av minskade störningar för X 2000 Stockholm-Göteborg



Västra Stambanan - Simulerade alternativ

• 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

11



Resultat Stockholm-Göteborg - Andel tåg inom rätt tid +5 minuter

60

65

70

75

80

85

90

95

100

%

T09 avdrag tillägg kanalsep

Cst Flb Söö Gn Fle K H Lå Sk F Hr A P G60

65

70

75

80

85

90

95

100

%



Västra stambanan – Gnesta - 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

12



Järnvägsgruppen KTH Trafik och Logistik

- 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



Kapacitetsanalys databas från banstat, tför mm

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

13



144

437

385

376

325

382

201

258

245

335

98

388

74

268

397

298

372

401

339

173

257

373

456

404

409

160

421

472

405

288 359

249

364

273

380

303

422

419

311

307

241

228

138

330

377

378

387

411

267

235

407

355

320

379

394

317

400

242

177

302

406

427

428

371

357

370

292

236

144

405

303

404

376

Godståg Medellängd meter

1,1

1

1,4

1,8

1,3

1,5

1,72,6

2

2,4

1,6

2,22,31,9

2,1

1,2

1,3

1,41,7

1,9

1,3

2,3

1,3

1,7

2

1,4

1,8

1,1

1,21,7

1,5

1,1

1,7

1,9

1,1

2

1

1,8

2

1,3

1,1

1,6

2

1,1

1,7

1,6

1,2

1,2

2,3

2

2

1,5

1,1

1,1

1,9

1,1

1,4

1,9

1,8

1

1,2

1,8

1

1

1,6

1,1

1,5

1,9

1

1,3

1,71,5

2,2

1,8

1,3

1,6

1,2

Hastighetsskillnader Kvot mellan snabba och

långsamma tåg (alla tåg)



2

2,3

1,1

3

1,8

3,6

1,7

1,2

2,1

1,9

2,5

2,2

4,1

2,7

5,3

2,4

5

1,66

2,9

2,6

1,3

4,3

3,1

2,8

4,8

4,7

1,5

3,73

,4

6,1

5,9

6,5

5,5

5,1

5,6

6,7

7,4

3,3

3,2

8,8

5,9

2

1,9

2,4

2,1

2,5

3

1,9

3,1

2,8

3,7

2,52,8

1,7

1,8

3

2,9

2

3,1

3,7

2,5

2,5

3,1

2,4

6

2

1,8

2,8

45

57

50

44

68

40

26

34

35

61

23

48

30

37

39

82

58

25

522

7

28

46

19

38

54

36

42

32

41

55

89

20

60

24

22

18

31

56

21

64

15

39

44

45

26

31

45

36

27

42 2

2

39

45

3626

48

36

26

34

27

41

45

37

50

44

30

25

26

18

Försenade

persontåg % per sträcka

Försening Median minuter

per 100 km

4

6

1

7

5

3

2

10

8

14

11

9

22

12

19

25

24

18

15

13

27 17

7

4

6

7

11

9

4

9

10

6

11

11

15

10

9

6

9

8

11

8

9

4

14

3

18

8

8

7

5

3

9

2

3

14

7

4

8

7

9

5

5

6

6

9

5

3

14

3

8

7

Försening Standardavvikelse i

minuter per 100 km

Databas över infrastruktur, trafik, tidtabell och förseningar

14



• Syfte: Att ta fram ”volume-delay-fuktion” för järnväg

• Metod: Att ta fram samband mellan antal tåg, blandningen av tåg och resulterande förseningar

• Ska kunna användas för att bestämma hur många tåg som kan köras givet en viss kvalitet

Överbelastad infrastruktur - var går gränsen?



Kapacitet i Getingmidjan med olika signalsystem

15



• Signalsystemet har stor betydelse för kapaciteten

• KTH järnvägsgrupp bedriver kursverksamhet i signalsystem tillsammans med järnvägsbranschen

• Det behövs många nya signalingenjörer i framtiden

– Stora investeringar i järnvägar i hela världen

– Det nya signalsystemet ERTMS implementeras

– Många signalingenjörer går i pension

• Hur ska framtidens signalsystem och trafikstyrning utformas för att få högre kapacitet och mindre förseningar?

• Detta utgör en grund för en utvecklad av forskning vid KTH

Utveckling av forskningen: - Signalsystemets påverkan på kapacitet



Mer information: Hemsida:

www.infra.kth.se/tol/jvg

Kontakt:

[email protected]

http://www.infra.kth.se/tol/jvg

Documents

Session 30_2 Bo-Lennart Nelldal