Hur många tåg kan man köra? - Om man vill köra fler tåg

Transkript

1 Hur många tåg kan man köra? Och vad ska man göra? - Om man vill köra fler tåg Bo-Lennart Nelldal Adj. professor Järnvägsgruppen KTH KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 1

2 Hur många tåg kan man köra över Getingmidjan? KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 2

3 Hur många tåg kan man köra? Järnvägsgruppen Engagerad ingenjör som gjort egna beräkningar: Man kan köra 80 tåg per timme och riktning över Getingmidjan Engagerad forskare som kollat ställverksloggar och gjort egna beräkningar av maximalt tågflöde förbi Karlbergs station: Man kan teoretiskt köra högst 57 tåg per timme och riktning utan hänsyn till förseningar och förarbeteende KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 3

4 Stockholms Central - Getingmidjan Stockholm C Årstabron Södra Station Antal spår 5 plattformsspår söderut och 5 norrut 2 spår över getingmidjan 4-spår från södra station KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 4

5 KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 5

6 Totalt antal passagerare till/från Stockholm Järnvägsgruppen % Milj oner pass sagerare p er år % +103% Pendel och snabbpendel Regionaltåg och flygpendel Fjärrtåg Källa: KTH Järnvägsgrupp KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 6

7 Prognos för persontrafik vid Sthlm C Utveckling Infrastruktur Efterfrågan På tågresor i relationer på banor till/ från Sthlm Nya resmönster Utbyggnad enligt BV planer Befolkning, ekonomi och regional fördelning och utvecklingsscenarier Prognos- os modeller Utbud Fjärrtåg, regionaltåg, lokaltåg och snabbpendel Belastning I maxtimmen i maxsnitt på banor till/från Sthlm Behov av tåglägen På Sthlm Central Kontroll beläggning Behov av tåglägen För fjärrtåg, regionaltåg, lokaltåg och snabbpendel Fördelning produkter Kapacitet I maxtimmen i maxsnitt i tåg till/från Sthlm Behov av tåglägen På Sthlm City KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 7

8 Totalt behov av tåglägen vid Sthlm C Sthlm Central Behov av tåglägen För fjärrtåg, regionaltåg, lokaltåg och snabbpendel Sthlm City Behov persontåg På Sthlm Central Fördelning produkter Behov av tåglägen På Sthlm City Behov tjänstetåg Kontroll Behov av tomtåg T/fr depå, rundgång, mult Behov godståg På Sthlm Central symmetri För att få genomgående tåg Tot behov tåglägen För persontåg, tjänstetåg, godståg och reservlägen Reservlägen Tot behov tåglägen För lokaltåg och snabb- Pendel och reservlägen KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 8

9 Kapacitet Samband hastighet-trafikstruktur-punktlighet trafikstruktur Antal tåg Homogen regionaltågstrafik Heterogen stambanetrafik Robusthet Medelhastighet Trafikmönster KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 9

10 Enkelspår F6 F4 F2 M F1 F3 F KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 10

11 Grafisk tidtabell Exempel på Enkelspår 130 R1 ning Avstånd [k km] och stat tionsbeteck 115 F5 100 F3 85 F1 70 M 55 F2 40 F4 25 F6 10 R Tid [s] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 11

12 0:15 Enkelt på enkelspår: Den längsta sträckan i tid bestämmer kapaciteten t Ex. Botniabanan Gångtider stationsvis godståg i 100 km/h och persontåg i 200 km/h Godståg Persontåg Ådalsbanan Botniabanan 0:10 Minuter 0:05 0:00 Sundsvall Härnösand Västeraspby Örnsköldsvik Nordmaling Umeå KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 12

13 Maximal kapacitet Enkelspår 100 km/h med och utan samtidig infart 7 6 Anta al tåg/h oc ch riktning km/h med samtidig infart 100 km/h utan samtidig infart Stationsavstånd [km] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 13

14 Maximal kapacitet Enkelspår km/h med samtidig infart 7 6 An ntal tåg/h och riktnin g km/h med samtidig infart 100 km/h med samtidig infart Stationsavstånd [km] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 14

15 Godstrafik riktningsfördelning - Huvudsaklig väg för tung transittrafik Järnvägsgruppen Boden Vännäs Umeå Östersund Långsele Mellansel Hörnefors Nordmaling Husum Örnsköldsvik Ånge Bräcke Kramfors Timrå Härnösand Sundsvall Ljusdal Hudiksvall Bollnäs Söderhamn Gävle Hallsberg Stockholm KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 15 Karta: Oskar Fröidh

16 Kapacitet för godstrafik Järnvägsgruppen Lok Antal Max Medel- Total tåg tågvikt tågvikt tågvikt/dag Basscenario Rc ton ton ton Med nya lok BR ton ton ton Med 2 lok*) 2 Duo-lok/ 2Rc-lok ton ton ton *)Tåglängden kan utgöra en begränsning KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 16

17 Enkelspår - slutsatser Järnvägsgruppen Avståndet mellan mötesstationer är av avgörande betydelse Samtidig infart viktigt Högre kapacitet ju fortare det går Enkelriktad trafik på två enkelspår kan ge tekniskt dubbelspår Vid nya banor: Skaffa planberedskap för dubbelspår KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 17

18 Crossing time function Järnvägsgruppen Crossing time for any point along the line Running time [min] Minimum crossing time min] Cro ossing time [ At partial double track:45 sek per train (because of restricted speed in point) At station with stop for passenger: 0 minutes 2 At station in the 1 forest : 4 min (2 min per train) 0 Et Kju Häd Mby Stations Ryb - Lg KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 18 Nkv Söö

19 Crossing time function Järnvägsgruppen Demand for increased traffic: Traffic every half hour needs one more crossing Running time [min] Cros ssing time [m min] Et Kju Häd Mby Ryb - Lg Nkv Söö Stations KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 19

20 Crossing time function Järnvägsgruppen Investments in infrastructure with a new crossing station and extended double track Running time [min] Cross sing time [m min] Et Kju Häd Sgs Mby Stations Lg Nkv Söö KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 20

21 Implementering av forskningsresultat -Analys 2005, Beslut 2006, färdigt 2010 inom kraftsamling Mälardalen Eskilstuna-Stockholm Eskilstuna C Kjula Barva Strängnäs Härad Malmby Läggesta Grundbro v ö Nykvarn Södertälje syd Almnäs Flemingsberg Stockholm C Flen Åkers styckebruk Järna 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 21

22 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 22

23 Dubbelspår signal fsi/rfsi KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 23

24 Kapacitet Beroende på signalsystem och fordonsegenskaper Försignal Kör, vänta kör Försignal Kör, vänta stopp Stoppsignaler Försignal Kör, vänta kör Färdriktning 1: Tid för signalsystemet att släppa och åt er belägga blocksträckor k 2: Tid för lokförare att registrera signalbesked 3: Körtid i blocksträcka utan restriktioner 4: Körtid i blocksträcka med ev stoppbesked 5: Körtid i belagd blocksträcka efter efter föregående tåg 6: Passagetid för tågen Efterföljande tåg Si gnalskugga efter föregående tåg 7: Avstånd som tåget förflyttar sig under tiden som signalsystemet slår om samt att lokföraren noterar klarsignal Ovanstående signaler har precis slagit om efter att det främre tåget släppt spårledningen på föregående blocksträcka Minim alt avstånd mell an tågen vid normal körni ng Headway, (tidsavstånd) mellan tågen Tid 7 7 Försignalavstånd Minimalt avstånd mellan tågen vid optimal körning Bl Belagda blocksträckor äk KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 24

25 Maximal kapacitet På dubbelspår beroende på blocklängd och hastighet Tid [s] Tid mellan tåg blocklängd 3000 blocklängd 2500 blocklängd blocklängd blocklängd 1250 blocklängd 1000 blocklängd 750 blocklängd 500 blocklängd Hastighet [km/h] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 25

26 Kapacitetsutnyttjande med blandad trafik snabbtåg och godståg 0 Utan förbigångsmöjlighet Avstånd [k km] Tid [min] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 26

27 Kapacitet med förbigång g av godstågg Järnvägsgruppen 0 Förbigångsstationen använd för att köra fler persontåg och godståg Avs tånd [k m] Tid [min] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 27

28 Kapacitetsutnyttjande med enbart godstrafik 0 Bara godståg Avstånd [km m] Tid [min] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 28

29 Kapacitetsutnyttjande med enbart snabbtåg 0 Bara snabbtåg Avstånd [k km] Tid [min] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 29

30 Slutsatser dubbelspår Järnvägsgruppen Tidtabellen är viktigare än infrastrukturen för kapaciteten vid blandad trafik Fler förbigångsstationer kan inte kompensera ökade hastighetsskillnader men ger större flexibilitet Större hastighetsskillnader mellan tågen ger större förseningar Ju högre turtäthet i persontrafiken ju större risk för förseningar På stationer där tåg vänder bör de göra det mellan spåren och inte vid sidotågvägar På stationer där olika trafiksystem blandas krävs tillräcklig bufferttid mellan tågen KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 30

31 Exempel: konflikt Alingsås Järnvägsgruppen Låg punktlighet för X 2000: 95 % inom 26 minuter Förseningsfördelning avgång A mot G T06.1 X2 PT Tä äthet % X2 26 min Försening [nin] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 31

32 Exempel: konflikt Alingsås Järnvägsgruppen Hög punktlighet för pendeltåg: 95 % inom 5.55 minuter Förseningsfördelning avgång A mot G T06.1 X2 PT Tä äthet % PT 6 min Försening [nin] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 32

33 Exempel: konflikt Alingsås Konflikt uppstår ofta och kan innebära ändrad tågordning som ger ytterligare försening Förseningsfördelning avgång A mot G T X2 PT thet Tät % PT 6 min 95 % X2 26 min Försening [nin] KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 33

34 Bufferttid för att undvika konflikt/ändrad tågordning ing [s] Erfo orderlig buffer rttid för bibehå ållen tågordni Tolerans 5 % Väntevärde för andra tågets försening: 10 s Väntevärde för andra tågets försening: 360 s Väntevärde för första tågets försening [s] X2 mot G i Alingsås: Väntevärde X2: 300 s Väntevärde PT: 90 s Nödv. buffert: ~840 s (14 min) X2 mot G i Järna: Väntevärde X2: 170 s Väntevärde PT: 120 s Nödv. buffert: ~420 s (7 min) KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 34

35 Västra stambanan Gnesta - Konflikt X Gnestapendeln Fem X2-tåg g( (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 35

36 Möjligheter att öka kapaciteten - På lång sikt Automatisk tågdrift Automatisk körning av tåg Datorstödd trafikledning Automatisk trafikstyrning Signalsystemet ERTMS ERTMS nivå 2 med ger inte någon nämnvärd kapacitetsförbättring jämfört med ATC 2 Kostar mindre vid nybyggnad men kostar mer vid förtida utbyte Den stora fördelen är interoperabiliteten Investeringar i infrastruktur Kostar mycket och ger mycket KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 36

37 Stockholm Göteborg Malmö Uppsala Gävle Ortsstorlek >1 milj invånare 0,5-1,0 milj inv tusen inv tusen inv tusen inv. Stora godstrafikflöden + Stora persontrafikflöden = Separering av trafik nödvändig Bergen Stavanger Trondheim Oslo Trollhättan Göteborg Ålborg Skövde Varberg Östersund Falun Borlänge Västerås Örebro Örnsköldsvik Sundsvall Gävle Uppsala Eskilstuna Norrköping Linköping Jönköping Skellefteå Umeå Luleå Åbo Stockholm Uleåborg Tammerfors S:t Petersburg Helsingfors Tallinn Riga Bremen Odense Halmstad Helsing- borg Köpenhamn Hamburg Lund Malmö Målstandard Kiev Blandtrafik 250 km/h Blandtrafik 200 km/h Annan viktig linje KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 37

38 Stockholm Göteborg Malmö Uppsala Gävle Ortsstorlek >1 milj invånare 0,5-1,0 milj inv tusen inv tusen inv tusen inv. Luleå Uleåborg Skellefteå Bannät för km/h för tåg med korglutning Bergen Stavanger Trondheim Oslo Trollhättan Skövde Östersund Falun Borlänge Västerås Örebro Eskilstuna Örnsköldsvik Sundsvall Gävle Uppsala Norrköping Linköping Umeå Åbo Stockholm Tammerfors S:t Petersburg Helsingfors Tallinn Göteborg Ålborg Varberg Jönköping Riga Bremen Odense Halmstad Helsing- borg Köpenhamn Hamburg Lund Malmö Målstandard Kiev Blandtrafik 250 km/h Blandtrafik 200 km/h Annan viktig linje KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 38

39 Stockholm Göteborg Malmö Uppsala Gävle Ortsstorlek >1 milj invånare 0,5-1,0 milj inv tusen inv tusen inv tusen inv. Luleå Uleåborg Skellefteå Höghastighetsnät Götalands- och Europabanan för km/h Bergen Stavanger Trondheim Oslo Trollhättan Skövde Östersund Falun Borlänge Västerås Örebro Eskils- tuna Örnsköldsvik Sundsvall Gävle Uppsala Norrköping Linköping Umeå Åbo Stockholm Tammerfors S:t Petersburg Helsingfors Tallinn Göteborg Ålborg Varberg Jönköping Riga Bremen Odense Halmstad Helsing- borg Köpenhamn Hamburg Lund Malmö Målstandard Persontrafik 350 km/h Blandtrafik 250 km/h Kiev Blandtrafik 200 km/h Annan viktig linje KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 39

40 Grafisk tidtabell Tokyo- Osaka KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 40

41 Höghastighetståg har hög punktlighet - eftersom de går på egna banor Höghastighetståget Shinkansen mellan Tokyo och Osaka 12 tåg per timme och riktning och många förbigångar Medelförsening på endast 42 sekunder 2005 Inklusive tyfoner och snöstormar! KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 41

42 Mjölby Kapacitetsutnyttjande på södra stambanan med dagens trafik 2008 Sommen Tranås Frinnaryd Nässjö Grimstorp Stockaryd Grevaryd Gåvetorp Alvesta Eneryda Osby Hässleholm Tid [minuter] Modellen hittade 2720 tidtabellsvarianter KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 42

43 Kapacitetsutnyttjande på södra stambanan med sth 250 och fler förbigångsstationer Mantorp Mjölby Sommen Fbg 1 Frinnaryd Nässjö Grimstorp Fbg 2 Stockaryd Grevaryd Gåvetorp Alvesta Fbg 3 Eneryda Fbg 4 Osby Fbg 5 Hässleholm Modellen hittade tidtabellsvarianter KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 43

44 Kapacitetsutnyttjande på södra stambanan med Europabanan 2020 Mjölby Sommen Tranås Frinnaryd Nässjö Grimstorp Stockaryd Grevaryd Gåvetorp Alvesta Eneryda Osby Hässleholm Tid [minuter] Modellen hittade tidtabellsvarianter KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 44

45 Godståg glägen/timm me/riktning under dag gtid Antalet godstågslägen dagtid blir 2-3 gånger fler med höghastighetsbanor Kapacitet för godståg med olika banutbyggnader på västra och södra stambanan Maximalt 2008 Med upprustade stambanor Med höghastighetsbanor Järna - Hallsberg Hallsberg - Göteborg Mjölby - Hässleholm KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 45

46 Utrikestransporter Mot Danmark och den Västeuropeiska kontinenten 1 lastbil var 15:e sekund 1 godståg var 40:e minut Avser båda riktningarna 1 EU-lastbil medellast 15 ton 1 godståg g medellast 600 ton 1 godståg=40 lastbilar KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 46

47 Utrikestrafik till/från Sverige prognos till 2020 med nuvarande trend 60 n exkl mal lm och olj Gods smängd miljoner to a Lastbil lastbilar/dag Eller 60 godståg lastbilar/dag Eller 200 godståg Järnväg KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 47

48 Europa gröna godskorridorer Prioriterat järnvägsnät för godstransporter Kapacitetsstarkt Avreglerat Låga banavgifter Långa tåg Interoperabelt Intermodalt KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 48

49 Hur många tåg kan man köra? Exempel på linjekapacitet: 60 tåg per/h, köbildning, utan tidtabell, korta blocksträckor 40=20+20 tåg/h, fyrspår eller dubbelspår+höghastighetsbana 34 tåg/h: Tunnelbana i London med automatisk tågdrift 30 tåg/h: Getingmidjan under ideala förhållanden 30 tåg/h: Tunnelbanan i Stockholm 20 tåg/h: Ostkustbanan ytterspåren utan uppehåll 15 tåg/h: Höghastighetståg i Japan med uppehåll och förbigång 10 tåg/h: Västra stambanan med blandad trafik 4 tåg/h: Enkelspår med mötesstationer var 10 km Färre än så om tågen är försenade KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 49

50 Kapaciteten kan aldrig bli högre än på den svagaste länken KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 50

51 Slutsatser - metoder Järnvägsgruppen Enkla tumregler för tidtabellsplanering på enkelspår Modeller kan användas för att planera mötesstationer på enkelspår Optimala tidtabellskanaler på dubbelspår kan testas med modell Simulera olika infrastrukturalternativ men använd analytiska modeller först Använd simulering i tidtabellsplaneringen och kombinera teori och praktik KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 51

52 Kapacitet i Getingmidjan med olika signalsystem och metoder KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 52

53 Kapacitet i Getingmidjan med olika signalsystem KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 53

54 Kapacitet Järnvägsgruppen 30 tåg/spår/h 1000 platser/tåg personer/spår/riktning bilar/fil/h 2 personer/bil personer/fil/riktning KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 54

55 Tack! Hemsida: KTH Järnvägsgruppen Centrum för forskning och utbildning i järnvägsteknik 55