Utvärdering av UIC 406 funktionen i Railsys

Transkript

1

2

3 Kungliga Tekniska Högskolan, TSC-MT Utvärdering av UIC 406 funktionen i Railsys Tillämpning på Södra stambanan Katrineholm Hässleholm Vahid Nouri Examensarbete 2012 KTH Järnvägsgruppen Avdelningen för Trafik och Logistik

4

5 Förord Detta examensarbete är en del av civilingenjörsprogrammet Samhällsbyggnad med inriktning mot Trafikteknik på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Arbetet har utförts på avdelningen för Trafik och logistik i samarbete med Trafikverket. Det initiala syftet med studien var en grundlig utvärdering av UIC code 406 handboken med hjälp av simuleringsverktyget Railsys i förhoppning att erbjuda rekommendationer anpassade för svensk järnvägstrafik. Efter 15 veckors arbete fick dock studien skifta fokus dels på grund av en oklarhet i Railsys och dels till följd av en rad oenigheter mellan programmet och UIC s riktlinjer. Syftet med studien blev istället att utvärdera UIC 406 modulen i programmet. Jag vill tacka mina handledare Magnus Wahlborg (Trafikverket), Anders Lindfeldt och Anders Lindahl (KTH) för deras stöd under arbetets gång. Tack till Hans Sipilä (KTH) och Jens Strackbein (RMcon) för deras support i alla mina Railsys frågor. Tack även till Bo-Lennart Nelldal (KTH) som tålmodigt delat sitt kontor med mig och stått ut med mina mindre frustationsutbrott. Slutligen vill jag även tacka alla mina vänner och min familj för deras stöd under arbetets gång men framförallt under de fem långa utbildningsåren. Stockholm, Augusti 2012 Vahid Nouri

6

7 Sammanfattning Att analysera järnvägstrafik ur ett kapacitetsperspektiv är ett komplicerat område och skiljer sig i betydande utsträckning från andra trafikslag och nätverk. Behovet av bra analysmodeller är och kommer i framtiden vara stort för att effektivisera järnvägstrafiken, speciellt då det svenska järnvägsnätet redan idag är hårt belastat. Om tid och resurser ska investeras för att bygga upp järnvägen bör dessa investeringar ha en god grund i analyser av nuvarande infrastruktur. UIC code 406 är en kapacitetsmodell för järnvägstrafik som bygger på kompressionsmetoden och har som mål att skapa en gemensam plattform för kapacitetsutredare runt om i Europa. Komprimering av en tidtabell går ut på att trycka ihop alla tåglägen inom ett viss tidsintervall i tidtabellen till dess att ingen tidsskillnad separerar de olika blocksektionerna. Den tid som är belagd beräknas som en andel i % av det totala tidsintervallet. Med en gemensam modell kan järnvägsförvaltningarna i framtiden främja både planering av inhemska och internationella järnvägslinjer. Simuleringsverktyget Railsys har implementerat UIC-modellen som en funktion i sitt program baserat på riktlinjer från den första UIChandboken. I denna studie har för första gången en utvärdering av denna funktion utförts, med hänsyn till både version I (2004) och version II (2012) av UIC-handboken. Version II är dock ännu inte fastställd och implementerad i Railys. UIC-modellen, särskilt version I, lämnar dock öppet för olika tolkningar och parameterinställningar av användaren. Av avgörande betydelse är hur lång sträcka som komprimeringen utförts på. Trafiken på en delsträcka bör vara någorlunda homogen. Parametrar som kan behandlas olika är också om det första tåget ska ligga helt inom tidsintervallet och om förbigångar mellan tåg ska tas med eller inte i komprimeringen. I Railsys finns två olika modeller implementerade, ÖBB-modellen, som använts av Österrikes järnvägar, och DB-modellen, som använts vid Tyska järnvägarna. I detta arbete har beräkningar har utförts för Södra stambanan inom sträckningen Katrineholm Hässleholm och indelning av linjesektioner har gjort i enlighet med UICs rekommendationer. Den modell som befunnits fungera bäst är DB-metoden. Resultatet av beräkningarna visar att vilken längd man väljer på linjesektionerna har avgörande betydelse. Väljer man längre linjesektioner blir kapacitetsutnyttjandet väsentligt högre, i detta fall upp till 35 % högre. Även om man väljer att ta hänsyn till förbigångar har betydelse, men inte lika mycket, i detta fall upp till 10 % högre. För framtida analyser bör först UIC version II fastställas och testas och Railsys vidareutvecklas. Det behövs också mer forskning om hur olika parameterinställningar påverkar kapacitetsutnyttjandet och hur kapacitetsutnyttjande kan mätas. Denna studie kan dock ses som ett första steg i den riktningen och kan komma att användas som stöd för utredare som använder sig av Railsys och UIC-modellen samt är i behov av bättre insikt gällande hur Railsys-programmet fungerar.

8 Abstract Analysing railway traffic from a capacity point of view differs from other transport modes and is far more complex. Mainly due to the more technical aspects of the railway but also because of simple factors such as the fact that on the railway line trains cannot overtake each other anywhere they please. The need for good capacity models will always be great especially since most of the Swedish network is highly utilised today. If time and resources are to be invested towards building new railway lines the decisions should be preceded by thorough analysis of current infrastructure. UIC code 406 is a capacity model for the railway based on the compression method and aims to become a common platform for planners in Europe. Compression of a timetable is achieved by pushing together all train paths within a time interval until the block sections are as close as possible. The time occupied by train-paths is calculated as a share in % of the total time. With a common model the planning of both domestic and international lines will be encouraged. The simulation and planning tool Railsys has implemented the UIC-model into their program as a capacity function based on the directives from the first UIC-leaflet. In this study that function is evaluated for the first time with regards to both the original leaflet, version I (2004) and the new one, version II (2012). Version II is however not yet determined and implemented in Railsys. The UIC-model, especially version I, is not exactly specified so the user has possibility to interpret and decide parameters rather widely. A very important factor is the length of the line section for compression. The time table on the section will preferably be rather homogenous. Other differences may occur if the first train in the interval as a whole is inside the interval and if over takings between trains will be taken into account or not. In Railsys there are two different models implemented, the ÖBB-model, which have been used in Austria, and the DB-model, which have been used in Germany. In this project calculations have been carried out for the Southern mainline between Katrineholm and Hässleholm. The decision of specific line sections have been determined with regards to UIC s recommendations. The model with best function was the DB-model. The result of the calculations showed the importance of the length of the line sections. With longer line sections the capacity utilization will be higher, in this case up to 35%. Also if overtakings were taken into account affect the result, but less, in this case up to 10%. For future analysis at first version UIC model II has to be verified and tested and Railsys have to be further developed. There is also a need for further research within the field for the different parameters in the UIC-model and how to measure capacity. However this report can be seen as a first step towards that goal and can be used as a supportive tool for planners working with the Railsys function or UIC-model and who are in need of a better insight.

9 Innehållsförteckning 1. Inledning Bakgrund Syfte Avgränsning Metodval Struktur Kapacitet på järnvägen Förutsättningar för tågtrafiken Vad påverkar kapaciteten? Kapacitetsanalys Kapacitetsmodeller Gångtidsberäkningar Matematiska kapacitetsberäkningar Tidtabellsanalys Trafiksimulering Kapacitetsmodell UIC code UIC Version I Version II Kompressionsmetoden Beräkning och utvärdering av kapacitetskonsumtion enligt UIC Fallstudie Södra stambanan Katrineholm - Hässleholm Indelning av linjesektioner... 14

10 6. UIC funktionen i Railsys vs UIC code 406 rekommendationer Railsys Parametrar i UIC funktionen (Single calculation) Oklarhet med ÖBB metoden Resultat Testberäkningar med DB-metoden Diagram Diagram Diskussion Komplikationer vid utvärdering av UIC modellen Railsys tillämpning av UIC code Oklarhet med ÖBB-metoden Buffertider och extra tidstillägg Framtida forskning och arbete Slutsatser Källförteckning Bilagor Bilaga A Samtliga beräkningar och diagram Bilaga B Utvalda komprimeringsgrafer... 38

11 1. Inledning 1.1 Bakgrund Om den svenska järnvägstrafiken ska ses som ett effektivt och robust transportsystem måste åtgärder vidtas för att uppnå en god kapacitetsnivå. Järnvägsnätet i Sverige är redan idag hårt utnyttjat och den framtida efterfrågan kommer med all sannolikhet att öka. Anledningar till detta är både en fortsatt avreglering av järnvägen som resulterar i fler operatörer men även då resandet med tåg ses som ett av de mest miljöanpassade systemen. Om tid och pengar ska investeras för att bygga upp järnvägen bör dessa investeringar grunda sig på noggranna analyser av nuvarande infrastuktur. Kapacitetsanalyser faller in i denna process och ska ses som en viktig del i beslutstagandet från att överbelastad infrastruktur identifieras fram till dess att en lösning presenteras. Med kapacitetsanalysmodeller kan vi både bedöma den nuvarande trafiken samt framtida strukturer, effektiva verktyg finns tillgängliga för att identifiera problemområden och enskilda flaskhalsar. UIC code 406 är en kapacitetsmodell som bygger på en gemensam grund av kriterier och ska främja interoperabilitet så att planering av både inhemska och internationella järnvägsinvesteringar kan förenklas. 1.2 Syfte I denna rapport görs en beskrivning av UIC modellen med hänsyn till både version I (2004) och den nya handboken, version II, som officiellt släpps under En utvärdering görs även utav specifika funktioner i simuleringsprogrammet Railsys. Avsikten är att visa hur Railsys kan användas för att utföra kapacitetsberäkningar i enlighet med UIC modellen. Beräkningar kommer att utföras på Södra stambanan för valda linjesektioner. Slutligen ska rapporten kunna användas som stöd för trafikplanerare och kapacitetsutredare som arbetar med UICmodellen och är i behov av bättre insikt i hur UIC beräkningar i Railsys fungerar. Frågeställningar som kommer att besvaras: Hur ser UIC-modellen ut och hur fungerar kompressionsmetoden? Hur fungerar UIC-funktionen i Railsys? Vilka påverkande parametrar finns det och hur ska dessa ställas in? Hur påverkar olika parameterinställningar resultatet? Vilka svagheter/styrkor finns det i modellen och i Railsysfunktionen? 1.3 Avgränsning Beskrivningen av UIC-modellen kommer enbart att fokusera på de delar i handböckerna som behandlar kapacitet på linjesektioner. UIC code 406 innehåller även metodik för beräkning av enskilda noder och beslutsprocess vid införande av ytterligare tåglägen, inget av dessa avsnitt kommer att belysas i denna rapport. Utvärdering av Railsys syftar enbart till UIC-modulen, inget anspråk görs på att kommentera Railsys programmet som helhet. Beräkningar utförs för indelade linjesektioner på Södra stambanan inom sträckningen Katrineholm Hässleholm för trafik enbart åt södergående riktning. På grund av att trafikutbudet är jämförbart för tåg i norrgående riktning kan samma resultat användas, förenklingen bortser därmed från korsande 1

12 tåglägen, men dessa har oftast störst effekt inne på stationen och då enskilda noder inte belyses i denna rapport anses detta acceptabelt. 1.4 Metodval Initialt har en omfattande litteraturstudie genomförts med avsikt att fördjupa kunskaper inom en rad olika huvudområden av intresse för rapporten. Studien har inkluderat litteratur med hänsyn till att belysa kapacitetsbegreppets mångdimensionella karaktär, presentera vilka modeller för kapacitetsberäkning som finns tillgängliga, strukturen i UIC-modellen (kompressionsanalys) samt för att lära sig UIC-funktionen i Railsys. Den huvudsakliga metoden har sedan varit att lista upp vilka krav och villkor som UICmodellen ställer och med hjälp av dessa göra en direkt utvärdering av UIC-funktionen i Railsys. Den inbyggda funktionen i Railsys är dock enbart baserad på den information som fanns tillgänglig i den första handboken. Därmed krävdes det dels en grundläggande analys utav alla parametrar i funktionen för att säkerställa att programmet utför det som är förväntat i enlighet med riktlinjerna i UIC version I, och dels en analys av hur parmetrarna kan anpassas för att uppfylla kraven i version II. Testberäkningar har sedan utförts för valda linjesektioner och resultaten har kunnat utvärderas med hänsyn till olika parmeterinställningar och eventuella oklarheter som förekommer. Slutligen har en diskussion förts kring betydelsen av olika inställningsalternativ samt hur funktionen i Railsys idealt bör anpassas för att matcha UIC s riktlinjer. 1.5 Struktur Rapporten inleds i kapitel 2 med en allmän diskussion kring begreppet kapacitet, påverkande faktorer och tågtrafikens förutsättningar. I kapitel 3 görs en beskrivning av Trafikverkets linjekapacitetsmodell. Kapitel 4 innehåller en allmän beskrivning av UIC-modellen och kompressionsmetoden. I kapitel 5 presenteras fallstudien Katrineholm - Hässleholm och de intressanta linjesektioner inom denna korridor som legat till grund för analysen. En kort beskrivning av Railsys ges i kapitel 6 och avslutas med en jämförelse av programmets UICfunktion och UIC s riktlinjer. Avslutningsvis presenteras i kapitel 7 samt 8 resultaten från utförda beräkningar tillsammans med slutsatser och diskussion kring dessa och tillhörande faktorer som påverkat. 2

13 2. Kapacitet på järnvägen 2.1 Förutsättningar för tågtrafiken Att analysera järnvägen ur ett kapacitetsperspektiv är komplicerat och skiljer sig avsevärt från andra nätverk och trafikslag. Tågtrafiken är spårbunden vilket medför både för- och nackdelar. Spåren gör det möjligt för tågen att exempelvis färdas i höga hastigheter och samtidigt transportera många människor samt stora mängder gods. Baksidan av spårsystemet är dock att förbigångar inte kan ske vart som helst ute på banan samt att bromsträckorna blir längre på grund av den låga friktionen. Ett annat problem, som visserligen går att urskilja även hos vägtrafik men är ett ännu tydligare problem inom tågtrafik, är hur omkringliggande infrastruktur påverkar järnvägskapaciteten. Bristen på alternativa färdvägar för ett tåg kan medföra förseningar som sedan väldigt lätt kan sprida sig i systemet. Tågtrafiken bör därför ses som en enhet eftersom kapaciteten på alla sträckor är beroende av att alla tåg håller sina tider. I ett scenario där en del av denna enhet inte håller tidtabellen kan ett fungerande trafiksystem få stora problem (Fröidh et al. 2011). När en kapacitetsanalys sker för vägtrafik är det oftast antalet fordon per timme i korsningar eller på vägsträckor som är måttet på kapaciteten. Med andra ord är det relativt enkelt att beräkna kapaciteten på vägar. Denna enkla metod är svår att applicera som ett mått på kapaciteten på järnväg då flödet av tåg är mindre. Till följd av det stora antalet faktorer som påverkar kapaciteten på en järnvägstäcka blir därmed en estimering mer komplicerad, även om man i vissa fall kan prata om kapacitet som antal tåg/timme så är det inte alltid en tillräckligt representativ bild. Vid kapacitetsanalyser för järnvägar nämns ofta termer som upptagen infrastruktur, total konsumerad kapacitet och restkapacitet som procentsatser av ett specifikt tidsintervall (Landex, Alex & Kaas, Anders H. 2006). 2.2 Vad påverkar kapaciteten? Som det nämnts ovan är det svårt att estimera kapaciteten på järnvägar eftersom begreppet inte är entydigt utan beror på flera olika faktorer. De viktigaste faktorerna som påverkar kapaciteten är: Infrastruktur Utformningen av infrastrukturen har av naturliga anledningar en stor roll i hur kapaciteten påverkas. Olika antal spår har varierande kapacitetsnivåer och utformningen av stationer, terminaler och knutpunkter spelar en stor roll i sammanhanget. Signalsystem Som en del utav infrastrukturen påverkar även olika signalsystem kapaciteten, säkerhetsavstånden mellan tågen regleras via signaler och utgår från de olika tågens blocksträckor. Genom att förändra längden på dessa blocksträckor kan reglering av det minsta tidsavståndet mellan två efterföljande tåg utföras. Om detta avstånd skulle kunna förminskas så kan följaktligen fler tåg köras under samma tidperiod som innan och därmed bidra till en ökad kapacitet. 3

14 Trafik- och tidtabellsstruktur En mix av olika trafikupplägg med t.ex. blandning av höghastighets- och regionaltåg påverkar kapaciteten. Ofta nämns begreppen heterogen och homogen trafik i dessa sammanhang. I en homogen trafikstruktur består trafiken av likande tågtyper och tiden mellan avgångarna varierar lite. I ett heterogent mönster är det omvänt scenario med en mix av snabba och långsamma tåg (se figur 1). Strukturen i tidtabellen och dess konstruktion är också en viktig faktor för kapaciteten där tågens beläggningsgrad avgörs, start- och stopptillägg, uppehållstid vid stationer, körtider osv. Figur 1: Homogen trafikstruktur till v, heterogen trafikstruktur till h på bilden. (A. Lindfeldt) Fordon Olika fordonstyper med skillnader i prestanda och tåglängd påverkar kapaciteten. Variationer i acceleration, bromsträcka, största tillåtna hastigheter, sittplatser osv. är alla faktorer som i slutändan har påverkan på kapacitetsutnyttjandet. Punktligheten En mix av trafik kan ge risk för ostabilitet i systemet och tågens punktlighet kan försämras. Detta bidrar i sin tur givetvis till en möjlighet till förseningar som snabbt kan spridas vidare. Förseningar påverkar inte enbart efterföljande tåg utan även tåg i motsatt riktning, ett problem som inte återfinns på ett dubbelspår men med tanke på att dubbelspår idag enbart utgör ca 10 % av Sveriges totala järnvägsnät så är det fortfarande ett aktuellt problem. Det blir härmed tydligt att det finns en mängd olika komponenter som bör tas hänsyn till när begreppet kapacitet på järnväg analyseras, för att möjligöra en ökning av kapaciteten bör därför järnvägen ses som ett system beroende av alla dessa faktorer. Det ska inte heller glömmas att kapaciteten aldrig är större än den svagaste länken, därmed bör fokus läggas på att eliminera flaskhalsar som ofta kan utgöras av stationer eller större noder. (B. Nelldal, A. Lindfeldt, O. Lindfeldt. 2009) 4

15 3. Kapacitetsanalys 3.1 Kapacitetsmodeller I detta kapitel kommer vad som i Trafikverkets handbok BVH 706 kallas olika metoder för kapacitetsanalys att behandlas. I min mening skapar dock alla dessa metoder tillsammans en kapacitetsmodell som är beroende av varandra för att ge en tydlig bild av hur kapaciteten på en linjesträcka ser ut. Tanken nedan är att ge en sammanfattning av dessa delar och lyfta fram eventuella för och nackdelar. Som en grund för förståelsen av kapacitetsanalyser i helhet går det att utgå från Trafikverkets fyrstegsmodell: 1. Påverka efterfrågan och färdsätt 2. Effektivisera utnyttjandet av nät och fordon 3. Begränsade ombyggnationsåtgärder 4. Nyinvesteringar och större ombyggnationsåtgärder Kapacitetsanalyser kan appliceras till stegen 2 4. Det är en viktig del i processen från att överbelastad infrastruktur identifieras fram till dess att en åtgärd implementeras för att lösa problemet. I Trafikverkets handbok för beräkningshandledning finns en indelning av analysmetoderna under olika samlingsnamn, dessa innefattar: Gångtidsberäkningar, Matematisk kapacitetsberäkning, Tidtabellsanalys och Trafiksimulering Gångtidsberäkningar Tågens gångtider är en del av de olika faktorer som påverkar kapaciteten på linjen. Gångtiden är den tid det tar för tåget att köra en viss sträcka utan hänsyn till andra tåg eller hänsyn till risk för eventuella störningar och konflikter. Gångtidsberäkningar ligger till grund för flera av de övriga analysstegen. Själva beräkningen utförs med hjälp av ett datorbaserat program för en vald linje. Fordonstyper väljs utifrån en databas med både befintliga och framtida fordon. Programmet körs sedan med antagandet att elkraftsförsörjningen är tillräcklig för att inte utgöra någon begränsning. Gångtiden för varje typ av fordon påverkas av en mängd olika parametrar. För persontåg handlar det främst om accelerationsförmåga och tågens spårdynamik, för godståg utgör lokens dragningskraft och största tillåtna hastighet den främsta begränsningen Matematiska kapacitetsberäkningar För att kunna avgöra nivån på infrastrukturens belastning används matematiska kapacitetsberäkningar. Resultatet visar helt enkelt hur mycket av den totala bankapaciteten som konsumeras under ett tidsintervall (minst 2 timmar eller dygnet). Beräkningen går ut på att all den tid som tågen enligt tidtabellen belägger banan summeras och divideras sedan med det valda intervallet. 5

16 Nivån av den belagda tiden hänger givetvis ihop med en rad olika faktorer som har direkt påverkan på kapacitet och som har nämnts tidigare. Det är framför allt faktorer som antal spår, fordonens prestanda, avstånd mellan stationer, förbigångsmöjligheter, mötesstationer osv. När nivån av konsumerad kapacitet har beräknats gäller det att tolka resultaten. För detta har Trafikverket tagit fram riktvärden som ger en indikation på hur resultaten ska tydas. Det är viktigt att inte se resultaten som en exakt sanning, matematisk kapacitetsberäkning är en grov modell som inte tar hänsyn till alla faktorer som påverkar kapaciteten Tidtabellsanalys Vid en tidtabellsanalys krävs det givetvis att en sådan konstrueras efter given trafikering, infrastruktur och önskemål kring tåglägen. Möjligheten finnas sedan att ta hänsyn till faktorer som tidstillägg, förbigångar, konflikter, antal tåg osv. Slutligen korrigeras trafikering och infrastruktur för att uppnå optimalt resultat. Viktiga element i analysen är väntetiden vid mötesstationer samt gångtider för de olika tågen. Fördelar med en tidtabellsanalys är att flera linjedelar åt taget kan analyseras, samt att förutsättningar för analysen kan anpassas på ett enklare sett. Nackdelen är att många av förutsättningarna ofta är osäkra. En tidtabellsanalys kan både utföras manuellt eller med hjälp av programvara, det är inte lika tidskrävande som en simulering och brukar därför ofta ses som steget innan Trafiksimulering I en trafiksimuleringsmodell måste det byggas upp en tågplan, infrastruktur, och fordonsdatabas. Större delen av arbete går ut på att skapa förutsättningarna för trafiken och infrastrukturen, anledningen till detta är främst att små förändringar ofta kan ge en stor påverkan på resultatet. Fördelen med trafiksimulering är att störningar kan läggas till samt att modellen kan köras för långa tidsperioder som månader och år. Det är ett effektivt verktyg som ofta används för stora infrastrukturinvesteringsprojekt. Resultatet från simuleringar visar främst på hur robust den analyserade linjesträckan är samt vilka delar av banan som infattar den största andel konflikter mellan olika tåg. Ett av de mest intressanta användningsområdena för simuleringar är att kunna granska huruvida en viss trafikstruktur är genomförbar eller inte, på detta sett kan kapacitetsutredare jämföra olika alternativ och utvärdera vilken struktur som är bäst lämpad för den analyserade linjen. (Beräkningshandledning, BVH ) 6

17 4. Kapacitetsmodell UIC code UIC UIC (Union Internationale des Chemins de fer) står för den Internationella unionen för järnvägstrafik och grundades Den grundläggande tanken har varit att skapa en internationell organisation med mål att sammanföra alla stora järnvägsoperatörer. Förslaget framlades för första gången under en internationell konferens i Italien 1921 och fastslogs i Paris oktober Till en början bestod UIC av 51 medlemmar från 29 olika länder men expanderade ganska snabbt och består idag av 197 medlemmar. Unionens stora mål är att marknadsföra tågtrafik på en global nivå samtidigt som järnvägsoperatörer tillsammans skapar förutsättningarna för en hållbar framtida utveckling. Det är med detta tänk som UIC för första gången presenterade sin handbok (UIC code 406) av en modell för beräkning utav kapacitetsutnyttjande. En modell som ska bygga på en gemensam grund av kriterier och ska främja interoperabilitet så att planering av både inhemska och internationella järnvägsinvesteringar kan förenklas. 4.2 Version I UIC 406 version I (2004) börjar med att introducera läsaren till kapacitetsbegreppet och dess mångdimensionerade natur. Begreppet diskuteras i korta paragrafer kring de mest fundamentala faktorer som påverkar kapaciteten. Modellen presenteras sedan genom att förklara de elementära behoven för att utföra en kapacitetsanalys. Enligt UIC är ett av de mest grundläggande behoven att ha en fördefinierad tidtabell över den korridor som ska analyseras. Tidtabellen ska vara ett uttryck över marknadsbehovet och enbart inkludera de schemalagda tåglägen som är de mest sannolika att köras. Kapacitetsutnyttjandet analyseras sedan för en vald linjesektion genom att komprimera tidtabellen inom ett tidsintervall, ingen hänsyn tas till effekterna på närliggande sektioner och därmed skall inga slutsatser dras om tidtabellens genomförbarhet på dessa sektioner. Om resultatet av undersökningen visar på en restkapacitet kan denna endera vara oanvändbar eller användas för att införa nya tåglägen på sektionen. Styrmedlet för att avgöra om restkapaciteten kan användas är dels om det finns ett marknadsbehov för den valda sektionen och tidsintervallet, samt att en rad olika parametrar måste adderas i efterhand vilka kompressionen alltså inte tar hänsyn till. Kompressionsmetoden ska helst utföras för enbart en linjesektion åt taget, om syftet är att undersöka kapacitetsutnyttjandet och förekomsten av eventuella flaskhalsar i ett större system beräknas utnyttjandet i varje sektion och det högsta värdet blir det gällande för kapacitetsutnyttjandet i hela korridoren, kapaciteten är som tidigare nämnd aldrig större än den svagaste länken. Då utnyttjandet ser olika ut beroende på säsong, dag och tid på dygnet är det viktigt att dels välja en typdag samt ett lämpligt tidsintervall mellan 2-4 timmar, helst under rusningstid. 7

18 Kompressionen i sig går ut på att trycka ihop alla tåglägen till dess att det minsta teoretiska tidsavståndet är uppnådd med hänsyn till den ordning tågen har i tidtabellen, dock redovisas ingen bufferttid som därför måste adderas i efterhand. Under kompressionen får inga av tidtabellens gång- eller stopptider ändras. Utöver bufferttiden finns det en rad andra tidsparametrar som trafikplanerare måste ta hänsyn till beroende på de förutsättningar som finns på banan. Att uppskatta dessa extra tidstillägg är idag det stora problemet med modellen. Handboken är i helhet välskriven men mycket av den kritik som riktats mot UIC modellen har varit att den är något sammanfattad och otydlig i vissa avsnitt. Stort utrymme har lämnats för trafikplanerare och utredare att dra sina egna slutsatser och anpassa riktlinjerna i handboken till specifika situationer. Även om detta möjligtvis gjordes avsiktligt så att respektive användare och land kan utföra sina beräkningar på eget sett så har UIC tagit åt sig av kritiken i arbete med den nya handboken. (UIC code ) 4.3 Version II I år kommer den nya versionen av UIC-handboken att offentligöras med en rad olika förbättringar och tillägg. Den grundläggande metoden för modellen bygger dock fortfarande på komprimering av tidtabeller. En del förändringar har gjorts i beräkningsprocessen främst gällande addering av olika tidstillägg. Som ett helt nytt avsnitt presenteras även en beräkningsmetod som möjliggör kapacitetsberäkningar för enskilda noder. Förutom dessa tillägg så har hela handboken fått en grundläggande revidering och kompressionsmetoden förklaras noggrant med separata kapitel för varje steg samt utförliga exempel kring olika specialfall. Det framgår tydligt att UIC jobbat mycket med att vara mer specifik och styra upp beräkningsprocessen mer, även om visst utrymme alltid måste lämnas för användare att anpassa modellen till sina egna scenarion så innehåller version II av handboken väldigt nyttiga exempelfall. Framförallt har UIC förtydligat tankegången kring addering av extra tidstillägg som tidigare var ett stort problem, trots att det alltid kommer att vara skilda åsikter kring hur dessa tillägg faktiskt ska behandlas så presenterar UIC ett tydligt förslag för acceptabla gränsvärden. Anpassning av dessa tillägg kommer alltid att behöva göras beroende på användare och land. Handboken är mycket mer strukturerad och tydlig, många illustrativa exempel och bestämda riktlinjer gör UIC code 406 till en mer fullständig modell. (UIC code ) 8

19 4.4 Kompressionsmetoden Komprimering av en tidtabell går ut på att trycka ihop alla tåglägen inom ett viss tidsintervall i tidtabellen till dess att ingen tidsskillnad separerar de olika blocksektionerna. Blocksektioners syfte är att se till att alla tåglägen alltid har reserverat den tid som de kräver för att stanna. En blocksektion består därmed av en mängd olika komponenter och styrs med hjälp av signaler och baliser. Om en sträcka är upptagen sänds information till bakomliggande tåg att reducera sin hastighet eller stanna. Baliser är passiva enheter placerade mellan spåren och aktiveras när tåget passerar över dessa. På grund av tågens långa bromsträckor måste det hela tiden göras reservationer av sträckan innan tåget kommer fram till början av en blocksträcka. Figur 2: Tidtabellsgraf för en dubbelspårsträck före och efter komprimering Med hjälp av kompressionsmetoden kan en uppskattning av infrastuktursutnyttjandet göras, då tidtabellen har komprimerats blir det tydligt hur mycket tid som samtliga tåglägen inom valt tidsintervallet belägger banan med. Denna procentsats kan sedan direkt jämföras med vissa typvärden som presenteras i UIC code 406 som en indikation på hur kapacitetsutnyttjandet på banan ser ut. Typvärdena har framtagits genom att applicera kompressionsmetoden på sammanlagt ca 3000 km järnväg i nätverk runt om i Europa. (UIC code /2012) Tabell 1: Typvärden av acceptabla nivåer på infrastruktursutnyttjande (UIC code 406, 2004,2012) 9

20 Det är viktigt att enbart se dessa nivåer som riktlinjer, den komprimerade tidtabellen innehåller fortfarande ingen buffertid mellan tågen eller andra tidstillägg som ska säkerställa robustheten för trafiken. Därför kommer det initialt oftast finnas en möjlighet för införande av nya tåglägen, men för att i praktiken kunna införa dessa måste en mängd olika faktorer tas hänsyn till, det är faktorer som har generell påverkan på kapacitet och har behandlats i kapitel 2. För att bedöma dessa krävs en fördjupad kunskap kring den analyserade korridoren och ska alltid göras som en kompletterande studie till typvärden i tabell Beräkning och utvärdering av kapacitetskonsumtion enligt UIC Efter utförd komprimering har därmed infrastuktursutnyttjandet för den valda linjedelen framtagits, men bedömningen av total kapacitetskonsumtion är fortfarande okänd. I UIC handboken (2004) presenteras två formler för beräkning av kapacitetskonsumtion: Formel 1: Beräkning av kapacitetskonsumtion(uic code 406, 2004) Infrastuktursutnyttjandet som tagits fram via komprimering (A) adderas med buffertiden (B) samt andra tidstillägg (C) beroende på vilken typ av linje som analyserats (dubbel/enkel spår) samt om behovet finns tidstillägg för underhållsarbete (D). Sedan divideras detta värde med det valda tidsintervallet (U) och därmed blir kapacitetskonsumtionen (K) känt. Samma beräkning har i den nya handboken (2012) förenklats till en enda formel, skillnaden är att de extra tidstillägen inte längre är uppdelade utan presenteras här enbart som en variabel (Additional times) vilket står för alla tidstillägg som säkerställer robustheten för trafiken. Formel 2: Beräkning av kapacitetskonsumtion (UIC code 406, 2012) 10

21 Vi kan se att beräkningen inte är vidare komplex, det stora problemet som nämnts tidigare är dock hur vi uppskattar buffertider och andra tidstillägg. I ett försök att sprida ljus på problemet har UIC i sin handbok (2012) presenterat en tabell med standardvärden som ska användas vid beräkning med modellen. Type of Line Peak Hour Daily Period Dedicated suburban passenger traffic 18% 43% Dedicated high-speed line 33% 67% Mixed-traffic lines 33% 67% Tabell 2: Förslagna nivåer på extra tidstillägg (UIC code 406, 2012) Beroende på typ av linje och valt tidsintervall presenterar handboken därmed lämpliga procentsatser på de totala tidstillägg som skall användas, värdena är procentsatser av total belagd tid (infrastruktursuttnyttjandet). Det är viktigt att komma ihåg att dessa nivåer enbart är rekommendationer och fördelning av faktiskt tid kan variera från fall till fall. Det blir återigen upp till respektive användare att bedöma lämplighetsgraden beroende på det specifika scenario som analyserats. Den fullständiga formeln för beräkning av den totala kapacitetskonsumtionen blir: Formel 3: Beräkning av kapacitetskonsumtion med känt värde av extra tidstillägg (UIC code 406, 2012) 11

22 Då kapacitetskonsumtionen är känd återstår det att göra en utvärdering av den eventuella restkapaciteten för att avgöra om den är användbar för införande utav nya tåglägen eller om det är förlorad kapacitet. Det är en iterativ process där användaren testar att införa tåglägen, utföra nya komprimeringar och gör nya bedömningar fram till att en 100 % nivå är uppnådd eller att införandet av ett nytt tågläge inte längre är möjlig. Diagrammet nedan hämtat ur UICmanualen påvisar just denna process och illustrerar på ett bra sett den tankegång som ska följas när användaren jobbar med modellen. (UIC code /2012) Figur 3: Tankegång vid utvärdering av kapacitetskonsumtion (UIC code 406, 2012) 12

23 5. Fallstudie Södra stambanan 5.1 Katrineholm - Hässleholm Valet av Södra stambanan och mer specifikt sträckningen Katrineholm-Hässleholm har grundats sig främst på att banan idag är en av Sveriges mest trafikerade linjer. Det finns en stor variation i trafiken både gällande hastigheter och olika tågkategorier med både godståg, lokala pendeltåg, Intercity och X2000 tåg vilket möjliggör en god grund för en kapacitetsstudie. På sträckan Mjölby Hässleholm är godstrafiken som tätast med anledning till att många tåg lämnar eller är på väg till Hallsberg. Enligt Trafikverkets egna beräkningar på kapacitetsbegränsningar (maxtimmar) för Södra stambanan under hösten 2011 så finns det stora begränsningar mellan Norrköping och Linköping. På andra delar av banan bedöms begränsningarna i majoritet till medelstora. Figuren nedan visar dels resultatet från Trafikverkets utredning som utförts med hjälp av UIC code 406 men även trafikupplägget på den aktuella banan under Heldragen linje för trafikupplägget avser turtäthet med ett tåg per timme medan streckad linje illustrerar ett tåg varannan timme. Trafikverket bedömer att begränsningarna på banan kommer att öka under kommande år i en sådan skala att även områden med lägre belastning (Nässjö Alvesta) kommer att bli medelstora. Bristen på kapacitet kommer i sin tur leda till att trafiken inte kommer kunna köras enligt tidtabell och därmed bidrar till ökad risk för förseningar och reducerad återställningsförmåga. (H. Sipilä, J. Warg. 2012) Figur 4: Till v i bild kapacitetsbegränsningar hösten 2011, till h i bild trafikstruktur enligt T11(H. Sipilä, J. Warg. 2012) 13

24 5.2 Indelning av linjesektioner Den förslagna indelningen av sträckan Katrineholm Hässleholm och längden på linje sektionerna har grundats sig på de rekommendationer som ges i UIC. Indelningen är utförd med hänsyn till att inga större förändringar i infrastrukturen sker samt att trafikstrukturen är så jämn och logisk som möjligt. Tabell 3 visar denna indelning och längden i km mellan stationerna. I syfte av jämförande analyser gjordes även ett ytterligare indelningsalternativ, där har intressanta linjesektioner valts både med hänsyn till trafiken men även för att undersöka påverkan av längden, se tabell 4. Linjesektion Start/Slut-station Avstånd(km) 1 Katrineholm - Åby 40 2 Norrköping - Linköping 45 3 Linköping - Mjölby 30 4 Mjölby - Tranås 36 5 Tranås - Nässjö 49 6 Nässjö - Stockaryd 40 7 Stockaryd - Alvesta 47 8 Alvetsa - Älmhult 47 9 Älmhult - Hässleholm 48 Tabell 3: Indelning efter UIC metodens villkor Linjesektion Start/Slut-Station Avstånd(km) 1 Katrineholm - Norrköping 48 2 Åby - Norrköping 8 3 Mjölby - Nässjö 86 4 Nässjö - Alvesta 87 5 Alvesta - Hässleholm 95 Tabell 4: Indelning av intressanta sektioner 14

25 6. UIC funktionen i Railsys vs UIC code 406 rekommendationer 6.1 Railsys RailSys är ett infrastruktursplanerings- och simuleringsverktyg ursprungligen utvecklat av universitetet i Hannover. Idag marknadsförs och säljs programmet av företaget RMcon som grundades 1999 och bedriver konsultverksamhet inom järnvägssektorn med bland annat Railsys utbildning. I Sverige används programmet av både KTH, Trafikverket och Vectura men även andra konsultföretag har under senare år börjat visa ett intresse till att använda RailSys i sitt arbete. Programmet består av tre huvuddelar: En infrastrukturhanterare ("Infrastucture Manager") Här har användaren möjlighet att använda noder och länkar för att själv i detalj bygga upp spåren (växlar, stationer och signalsystem) i järnvägsnätet. Noder definieras som bland annat växlar, signaler och hastighetstavlor dessa placeras i bestämda positioner (kilometertal). Länkar definieras med egenskap av längd, tillåten hastighet och gradient. En del för tidtabellskonstruktion och simulering ("Timetable and Simulation Manager") I den här modulen definieras dels tågtyper utefter vikt, längd, största tillåtna hastighet, dragkraftdiagram osv. Sedan kan en tidtabell konstrueras där tågens väg definieras med bland annat körtider, tidpunkter för stationsuppehåll och passage av stationer. Vid syfte att utföra simuleringar kan här även skapas olika typer av störningsfördelningar. En utvärderingsdel ("Evaluation Manager") - När tidtabellerna är skapade och simuleringar gjorda kan användaren här analysera resultaten. En rad olika möjligheter erbjuds; bland annat diagram för punktlighet och medelförseningar. Möjlighet finns även att exportera resultaten till andra program. (H. Sipilä. 2010) 6.2 Parametrar i UIC funktionen (Single calculation) För att fördjupa förståelsen kring kopplingen mellan RailSys UIC-funktion och de rekommendationer som ges i handböckerna så ska detta kapitel bistå med förklarande text kring inställningsbara parametrar i Railsys. Samtidigt görs i intressanta fall en direkt koppling till UIC code 406. Programversionen som använts i denna studie är Railsys 8.9.5, UICfunktionen återfinns med rätt licens som två olika alternativ; Single calculation mode samt Mass processning. Den grundläggande processen är densamma men skillnad ligger i att under Mass processning funktionen kan användaren numera utföra beräkning av infrastruktursutnyttjande och analys av införande av nya tåglägen dels på samma gång men även för flera linjesektioner samtidigt. Single calculation funktionen är dock basen för detta och det är den som förklaras nedan. Alla parametrar har inte berörts inte heller de som påverkar införande av tåglägen, för en komplett samling se V. Nouri Avslutningsvis 15

26 identifieras förekomsten av en oklarhet som kan ha påverkan på resultatet om användaren inte är uppmärksam. Detta kan i vissa fall leda till att resultaten blir något missvisande och har rapporteras till RMcon. Quality coefficient database Denna funktion är specialanpassad för den Österrikiska järnvägen med syfte att kunna definiera ytterligare buffertid för att säkerställa trafikens robusthet. Hur denna funktion ska anpassas för att utnyttjas till det svenska nätet kräver separata analyser som inte kommer inkluderas i denna studie. Tills vidare lämnas därmed denna parameter oförändrad. Alltså kommer val av buffertider och extra tidstillägg för svenska förhållanden analyseras utifrån den standard som rekommenderas i UIC. Reference value Användaren får möjligheten att välja mellan Production period eller Nemo timetable day, då kompressionsmetoden måste utföras med en dygnstidtabell enligt UIC, så väljs olika alternativ här beroende på hur originaltidtabellen sett ut. Enligt RMcon ska användare vid arbete i Railsys alltid välja Production period. Method for train selection Med denna parameter har användaren möjligheten att styra vilka tåglägen som ska ingå i kompressionen. Railsys erbjuder här två olika alternativ, DB Metoden och ÖBB Metoden: DB metoden: Vid val av denna metod börjar beräkningen av infrastuktursutnyttjandet med de tåg som har den minsta tidskillnaden från att de kommer in i det valda tidsintervallet och intervallets starttid. Tidtabellsgrafen för det tåget måste befinna sig fullständigt inom det fördefinierade tidsintervallet, vid komprimering ändras ingångstiden på det första tåget så att det överensstämmer med starttiden på intervallet. Slutet på den totala beläggningstiden utmärkas med att första tåget kopieras och placeras sist som ett dummy tåg, starttiden av den första blocksektionen för detta tåg markerar sluttiden (se figur 5). ÖBB metoden: I denna metod definieras början på beläggningstiden på sådant sett att alla tåglägen inkluderas, även de vars tidtabellsgrafer delvis sträcker sig in i tidsintervallet. De tåg som har en ingångstid tidigare än starttiden på intervallet ändras inte under kompressionen. Även tåg som kommer in i sektionen under tidsintervallet men har grafer som sträcker sig utanför intervallets sluttid kommer att inkluderas. Början av beläggningstiden markeras således utav starttiden på intervallet och sträcker sig fram till sluttiden på den första blocksektionen som tillhör det sista tåget, se figur 5. (Railsys User manual 8. May 2011) 16

27 Figur 5: ÖBB och DB metoden (Railsys User manual. May 2011) 17

28 I UIC code 406 (2012) diskuteras det under sektion Timetable within a defined time period vilka tåglägen som ska ingå i en komprimering. Enligt UIC bör enbart tåglägen som har starttid efter intervallets början inkluderas i en komprimering, det är dock acceptabelt om tidtabellsgrafen på dessa tåg sträcker sig utanför sluttiden på intervallet (se figur 6). UIC s rekommendationer sammanfaller bäst med DB metoden. Vilka skillnader i infrastrukturs utnyttjande som kan uppstå och vilken metod som kan tänkas vara bäst lämpad diskuteras i kommande kapitel. (UIC code ) Figur 6: Tåglägen som inkluderas i kompressionen, (UIC code 406, 2012) Type of compression Användaren har här möjlighet att välja mellan att endera ta eller inte ta hänsyn till förbigångar. Beroende på valet av linjesektioner så kan det i visa fall förekomma stationer där tåg gör längre stopp för att möjligöra en förbigång som är tidtabellsplanerad. Om användaren väljer att inte ta hänsyn till förbigångar (Discard Overtakings) kommer inga nya förbigångar att möjligöras samt att eventuella tidtabellslagda förbigångar kommer ändras. Den minsta uppehållstiden för tåget som gör stopp justeras till ett fördefinierat minimum (standard värde 30 min) om inte tidtabellen säger annat. Tågordning kan därmed i vissa fall komma att ändras. Väljer användaren att ta hänsyn till förbigång (Consider Overtakings) sker ingen ändring i uppehållstiden och programmet försöker där det är möjligt att möjligöra fler förbigångar. Tågordningen justeras utefter förbigångsmöjligheterna, dvs. tåg 1 gör ett stopp på 30 min, tåg 2 har ingen möjlighet till förbigång men det har däremot tåg 3. Tågordningen ändras således till 1,3,2. (Railsys User manual 8. May 2011) 18

29 Figur 7: Skillnad på hänsyn till förbigång, till v i bild, och ej hänsyn till förbigång till h.(railsys User manual 8, May 2011) I UIC code 406 (2004) så diskuteras problemet med förbigångar lite utspritt men inga specifika rekommendationer ges utan det övergripande budskapet verkar vara att förbigångar helst ska undvikas vid val av linjesektioner och att tågens tidtabellsordnings skall hållas. För denna anledning har därför tanken att inte ta hänsyn till förbigångar i en komprimering setts som den klassiska UIC-metoden. Dock arbetar inte funktionen i Railsys riktigt på samma sett som UIC kanske skulle önska oavsett hur användaren väljer att behandla förbigångar (Discard/Consider). I båda fallen kan tågordningen komma att ändras och vid val att inte ta hänsyn till förbigångar så flyttas som tidigare nämnt även tidtabellens planerade förbigångar av Railsys automatiskt. I UIC code 406 (2012) så behandlas problemet med förbigångar mer ingående, det medges att linjesektioner där förbigångar inkluderas kan även göras och en rad olika exempel fall presenteras. Det som skiljer UIC s tankegång med det som är praktiskt genomförbart med Railsys gäller dels förändringen i tågordning men även uppehållstiden för tågen som ska passeras. UIC presenterar exempel där även uppehållstiden komprimeras så mycket som möjligt och även i vissa fall inte alls inkluderas. I Railsys finns möjligheten som tidigare nämnt att justera denna tid (Railsys rekommenderade värde är 30 min). Men uppehållstiden kan aldrig helt exkluderas om inte justering för detta görs i tidtabell innan komprimering. I slutändan verkar det i många fall bli upp till användaren att avgöra huruvida en förbigång ska vara med i linjesektionen och om hänsyn till den skall tas, det samma gäller justeringen av uppehållstiden. Diskussioner med Trafikverket har förts angående detta och de bekräftar att de i UIC till en början ville undvika att inkludera förbigångar men uppfattningen nu har ändrats och att exempelfallen i den nya handboken skall vara till för att en infrastruktursplanerare ska 19

30 få olika infallsvinklar till problemet och därmed kunna ta ett lämpligt beslut till det individuella fallet. I den nya handboken finns även den helt nya sektionen Nodes där beräkningsmetodiken för kapacitet för större noder presenteras. I dessa ingår således även hänsyn till korsande tåglägen och förbigångar vilket medför ännu ett alternativ för hur infrastruktursplaneraren kan tänka kring valet av linjesektioner och hänsyn till förbigångar. Den påverkan på infrastruktursutnyttjandet som uppstår på grund av hur användaren väljer att behandla förbigångar samt hur Railsys arbetar har undersökts i denna studie, resultat och diskussion kring detta förs i kommande kapitel. (UIC code ) Directional operation När denna parameter är vald komprimeras alla tåglägen som kör från den valda startnoden till slutnoden. Denna funktion ska därmed alltid vara aktiverad vid analys utav dubbelspår sträckor, det omvända gäller enkelspårsträckor. Pattern exceptions Denna parameter möjliggör för användaren att inkludera undantag då directional operation är vald. Vid analys av dubbelspårssträckor kan vissa tåg använda det motsatta spåret under en kortare tid och ha en påverkan på kapaciteten. För att inkludera dessa kan därmed undantag specificeras. Common stations Användaren kan justera minsta antalet stationer som tågen i den valda sektionen måste passera för att inkluderas i kompressionen. Railsys rekommenderar att inte ändra standardvärdet på två stationer. (Railsys User manual 8. May 2011) 20

31 6.3 Oklarhet med ÖBB metoden En komprimering har utförts på linjesektion mellan Katrineholm Åby under tidsintervallet 16:00-19:00. I det första scenariot (figur 8 till v) har ingen hänsyn till förbigång tagits, inga tidtabellsplanerade förbigångar existerar och komprimering utförs på korrekt sett. Extra uppmärksamhet bör läggas på det första tågläget som startar utanför starttiden på intervallet men kommer in senare, i enlighet med beskrivningen av ÖBB-metoden ska detta tåg ingå i komprimeringen vilket det även gör. I det andra scenariot (figur 8 till h) har hänsyn till förbigång tagits men då inga möjligheter för detta finns bör egentligen komprimeringsgrafen inte se annorlunda ut. Dock justerar programmet för någon anledning det första tågets starttid till intervallets början. Problemet har diskuterats med RMcon som bekräftat och vidarebefordrat det till sin utvecklingsavdelning. Hur stort utslag på infrastruktursutnyttjande som detta kan ge varierar mycket, dels beroende på hur många tåg som startar utanför det valda intervallet, dels om förbigångsmöjligheter faktiskt finns eller inte. I exemplet ovan resulterade det i 5 % ökning av utnyttjandet, en ökning som därmed är inkorrekt. Figur 8: Komprimerad tidtabell med ÖBB metoden, till v ej hänsyn till förbigång, till h med hänsyn till förbigång Med stor sannolikhet kommer det en uppdatering av programvaran inom kort men användare bör oavsett alltid vara extra uppmärksamma på hur komprimeringsgraferna ser ut för att säkerställa en så korrekt analys som möjligt. 21

32 7. Resultat 7.1 Testberäkningar med DB-metoden Det har varit intressant att för denna studie att visa på den direkta skillnaden som uppkommer i infrastruktursutnyttjande beroende dels på hur linjesektioner väljs men även valet av en del parametrar i Railsys. Tidtabellen som legat till grund för analysen är för en normal torsdag år Alla beräkningar är utförda under rusningstid med intervallet 16:00-19:00 och hänsyn enbart till trafik riktad söderut. Den första omgången av beräkningar gjordes med ÖBB metoden men på grund av oklarheten som existerar för tillfället kan ingen utvärdering av metoden ske. För denna anledning har studiens fokus skiftat till att analysera DB-metoden. Komparativa resultat mellan de både metoderna kan dessvärre inte heller utföras på ett korrekt sätt och kommer att exkluderas. Beräkningar utfördes även för den totala kapacitetskonsumtionen med hänsyn till de extra tidstillägg som rekommenderas enligt UIC. Alla resultat och diagram återfinns i bilaga A. Diagrammen nedan visar på infrastrukturutnyttjandet beräknat med DB-metoden, ingen förändring har gjorts till uppehållstiden, inga inlagda undantag och antalet minsta gemensamma stationer utgår från Railsys standardvärde. Den enda variabel som varierats i de båda fallen är huruvida hänsyn ska eller inte ska tas till förbigångar. Diagram 1 visar utnyttjandet för linjesektionerna som är indelade efter UIC s riktlinjer och i diagram 2 återfinns resultaten för samma sträckning men med något annorlunda indelning, framförallt är sektionerna mycket längre. 22

33 Infrastruktursutnyttjande 7.2 Diagram DB - Metoden Linjesektioner Ej hänsyn till förbigång Med hänsyn till förbigång Diagram 1 Tabell 5 Linjesektion Start/Slut-station 1 Katrineholm - Åby 2 Norrköping - Linköping 3 Linköping - Mjölby 4 Mjölby - Tranås 5 Tranås - Nässjö 6 Nässjö - Stockaryd 7 Stockaryd - Alvesta 8 Alvetsa - Älmhult 9 Älmhult - Hässleholm Linjesektionerna 1,3,6,8 och 9 innefattar inga förbigångar eller mindre tåglägen som justerats. Därmed blir det heller ingen effekt på utnyttjandet oavsett om hänsyn tagits eller inte. Den uppmärksamme kanske dock noterar viss differens i dessa fall oavsett, detta grundar sig troligen på att programmet i det ena fallet försöker möjligöra en förbigång men inte lyckas och i denna process blir komprimeringen inte fullständigt identisk. Differensen anses emellertid vara försumbar och ligger i intervallet %. I linjesektion 2 hittas förbigångsmöjlighet för ett tågläge vilket resulterar i en differens av utnyttjande på 3.1 %. I linjesektion 4 finns ingen förbigångsmöjlighet differensen på 6.3 % uppstår enbart på grund av att Railsys i det senare fallet (med hänsyn till förbigång) ändrar tågordningen genom att flytta kortare tåglägen till där en rimlig lucka finns, bland annat dummytåget. Det första tågläget i DB-metoden är som beskrivits i tidigare kapitel grunden för det dummytåg som skapas. Det innebär att om det första tågläget startar från en station nära slutstationen kommer dummytåget enbart består av ett kort tågläge. Därmed kan det enklare kunna flyttas upp vid komprimering där hänsyn till förbigång tagits vilket leder till en differens i utnyttjandet. Figur 9 nedan illustrerar vad som händer vid komprimeringen av linjesektion 4 när hänsyn till förbigång varieras. Dummytåget har markerats med rött och de två korta tåglägen med blå färg. 23

34 Figur 9: Komprimerade tidtabeller med DB metoden Linjesektion 5 innefattar en förbigångsmöjlighet som utnyttjas av dummytåget i det senare läget, den stora differensen 10.2% beror dock även på av att tågordningen åter ändrats och mindre tåglägen har flyttats. Även linjesektion 7 har en förbigångsmöjlighet vilket utnyttjas av dummytåget, det resulterar i 7.8% differens. 24

35 Infrastruktursutnyttjande 7.3 Diagram DB - Metoden Linjesektioner Ej hänsyn till förbigång Med hänsyn till förbigång Diagram 2 Tabell 6 Linjesektion Start/Slut-Station 1 Katrineholm - Norrköping 2 Åby - Norrköping 3 Mjölby - Nässjö 4 Nässjö - Alvesta 5 Alvesta - Hässleholm Samtliga differenser för linjesektioner i diagram 2 beror på samma faktorer som ovan. Anledningen till att de medför en större påverkan på utnyttjandet är eftersom komprimeringen sker över en längre sektion och fler förbigångsmöjligheter uppstår, även dummytågets utseende är givetvis annorlunda. Som mest sker det en differens på 35.9 % av utnyttjandet vid linjesektion 3, komprimeringsgrafer ses i figur 10. Den stora skillnaden kan bli direkt avgörande i huruvida en sektion klassas som överbelastad eller inte. Det blir således tydligt att linjesektionernas längd har påverkan och att val av dessa bör ske med noggrannhet innan en utvärdering av kapaciteten görs. Figur 10: Komprimeringsgrafer för linjesektion 3 från diagram 2, till v utan hänsyn till förbigång, till h med hänsyn till förbigång 25

36 8. Diskussion 8.1 Komplikationer vid utvärdering av UIC modellen Att utföra kapacitetsberäkningar i enlighet med UIC s krav och rekommendationer är komplicerat och ett område som behöver fortsatta studier och forskning. Railsys programfunktion verkar vid första anblick vara effektiv och presenterar en rad olika parameter inställningar som möjliggör för en användare att enklare kunna justera komprimeringen till det specifika scenariot. Men vid noggranna analyser urskiljs vissa oenigheter dels med det Railsys utlovar i sin manual men även med den beskrivning som finns i UIC code 406. Effekten av dessa oklarheter på resultaten har komplicerat möjligheten att utvärdera hur UIC 406 modellen ska tillämpas med hjälp av Railsys för svenska förhållanden. Analyser som utförts i denna studie är dock bland de första i sitt slag och ska tillsammans med metoddokumentet för UIC-funktionen i Railsys (V. Nouri 2012) ses som ett steg mot vidare forskning inom området. Med syfte att klargöra skillnaden på de justeringar som gjorts i funktionen och den oklarhet som finns förs nedan en kort diskussion för varje grupp. Diskussion förs även kring buffertider och extra tidstillägg, avslutningsvis ges rekommendationer för framtida arbete inom området. 8.2 Railsys tillämpning av UIC code 406 Under denna kategori faller medvetna justeringar i Railsys mot vad UIC rekommenderat. I nästan alla fall handlar det om hur en komprimering faktiskt ska gå till och hur användaren ska hantera förbigångar. Att Railsys erbjuder två alternativa inställningar till vilka tåglägen som ska ingå i en komprimering (ÖBB/DB) kan inte ses på som negativt, dessa funktioner är specialanpassningar för de klienter som RMcon har och DB metoden är mer eller mindre identisk med vad UIC rekommenderar. Däremot har RMcon medvetet valt att bortse från UIC s rekommendation gällande förbigångar och tågordning. I kapitel 3 av UIC code 406 handboken (2004) skrivs det i sektion Compression: During the compression process, neither the timetable running times, nor the given overtakings, crossings or stopping times (which are requested by railway undertakings), may be changed. Således ska inte tågordning ändras och tidtabell lagda förbigångar ska inte heller förflyttas, något som idag sker oavsett val av DB eller ÖBB i Railsys. UIC har inga specifika krav när det kommer till hantering av uppehållstiden. Det finns exempelfall i handboken (UIC code ) där denna tid har justerats eller helt bortsetts ifrån i en komprimering men i samtliga fall har det varit viktigt att behålla tågordningen. I Railsys lämnas hantering av uppehållstiden till användaren, programmet har en default inställning på 30 min som sedan kan justeras av användaren för att anpassas till individuella scenarion. Vilken inställning som är mest gynnsam för en kapacitetsanalys går inte att fastställa med resultaten från denna studie eftersom Railsys inte har någon inställning som följer UIC på varje punkt så kan det enbart spekuleras kring konsekvenserna. Om funktion i Railsys ska bli så komplett som möjligt är hantering av tågordningen ett av de områden som är i behov av fortsatta studier och utveckling. Helst bör tågrodningen behållas så som den ser ut i tidtabellen, om en 26

37 kapacitetsmodell på bästa sett ska spegla verkligheten bör inte en viktig faktor som denna ändras. Att Railsys idag vid val att inte ta hänsyn till förbigångar flyttar på tidtabellslagda förbigångar är svårt att se fördelar med, kapacitetsutnyttjandet blir då i nästan alla fall överskattad. Alternativet finns emellertid att användaren samtidigt kan justera uppehållstiden för det tåg som stannar på stationen och på det viset jämnar ut effekten på utnyttjandet. Denna process kräver dock att användaren analyserar varje vald linjesektion noggrant för bästa resultat, ett arbete som vid större analyser inte skulle vara effektivt. Även justering av uppehållstiden är följaktligen ett område som är i behov av utveckling, fler analyser kan vara gynnsamma för att fastställa i vilka fall en justering kan vara nödvändig. 8.3 Oklarhet med ÖBB-metoden Den beskrivningen av komprimering med ÖBB-metoden som ges i Railsys-manualen sammanfaller inte med vad programmet faktiskt gör. Tåglägen som startar utanför intervallet men delvis sträcker sig in ska ingå i komprimeringen och inte justeras på något sett, för grundlig beskrivning se kapitel 6. Resultatet av att Railsys faktiskt gör en justering av dessa tåglägen bidrar till att infrastruktursutnyttjandet blir något överskattat. Situationer kan uppstå där felet på egen hand bidrar till att en linjesektion kan anses som överbelastat. Problemet har rapporterats in till RMcon och kommer troligen vara korrigerat till nästa uppdatering. Oavsett påvisar detta vikten av att vara noggrann med analys utav komprimeringsgraferna vid arbete med UIC-funktionen. 8.4 Buffertider och extra tidstillägg Den totala kapacitetskonsumtionen i denna studie har beräknats med de riktlinjer som finns för extra tidstillägg i UIC code 406 (2012). Det initiala syftet var att utvärdera dessa faktorer och kapacitetskonsumtion för att tydligöra den effektivaste metoden en användare kan implementera när det gäller extra tidstillägg. Två orsaker begränsade dock möjligheterna för en sådan analys, främst bidrog oenigheterna i Railsys att resultaten inte kunde anses tillräckligt representativa, dessutom var tidsramen för detta projekt begränsat. Metoder för beräkning och införande av buffertider samt extra tidstillägg är inte helt intuitivt. Frågan om bufferttider ska betraktas som upptagen tid på det sätt som räknas i UIC och Railsys är oklar. Bufferttiden är en varierande faktor som införs i praktiken av tidtabellskonstruktörer mellan tåg som anses behöva extra tid. Samtidigt görs även justeringar av gångtider för att skapa ett robustare system. Problematiken med att se bufferttid som en konstant faktor att addera till den upptagna tiden såsom beräkningar utförs i UIC är att justeringar likt den med gångtider kan i förhand redan ha utförts. Situationen blir då att hänsyn för robustheten redan tagits innan komprimering, att då ytterligare addera mer tid för robusthet i form av bufferttid kan leda till en underskattning av den faktiska restkapaciteten. Bufferttiden borde snarare införas med en mindre marginal enbart i syfte att separera de olika blocksektionerna. 27

38 8.5 Framtida forskning och arbete Analyser av UIC-modellen och dess funktion i Railsys har tidigare inte utförts och långt ifrån alla frågor har kunnat besvaras i denna studie. Behovet av framtida forskning är därmed stort. När korrigering av UIC-funktionen i Railsys har utförts kan bland annat utvärdering av standardvärden från handboken genomföras och en anpassning av dessa till svenska riktlinjer. UIC erbjuder även beräkningsmetodik för enskilda noder och införande av nya tåglägen, båda dessa områden är tämligen outforskade och kan vara intressanta för vidare studier. Mängden av inställningsbara parametrar i Railsys i kombination med den frihet som lämnas till respektive användare i UIC-modellen möjliggör för många olika komparativa studier. Andra intressanta områden gällande kapacitetsanalyser i helhet är utvärdering av bufferttider och extratidstillägg, som tidigare nämnt finns viss oklarhet för användare kring implementering av dessa tidstillägg men även att beräkningsprocessen är något diffus. UIC code 406 tillsammans med simuleringsverktyg som Railsys kan vara ett väldigt starkt verktyg för kapacitetsutredare. Arbete måste dock i framtiden ske i ovan nämnda områden för att skapa mer stabila resultat. 28

39 9. Slutsatser Som resultaten i denna studie visar är det svårt att utföra en korrekt analys av UIC code 406 med nuvarande programversion av Railsys. Användaren får inte glömma bort att grunden till Railsys UIC-funktion har varit den första utgåvan av UIC-handboken (2004). Den första handboken var relativt övergripande och mycket utrymme lämnades till användaren själv för att anpassa modellen på bästa sett. Detta kan ha bidragit till att Railsys drar sina egna slutsatser gällande t.ex. hanteringar av förbigångar. Med detta sagt är dock den nya UIC-handboken mer bearbetat och mer uppstyrd. RMcon kommer att ha stor nytta av denna detaljerade handbok för att omarbeta sin UIC-funktion. De användare som i nuläget är i behov av att använda funktionen och önskar ytterligare kunskap om tillvägagångssättet kan läsa en separat studie som utförts parallellt med denna; User manual with discussions regarding parameters in Railsys UIC capacity calculation mode. (V. Nouri 2012). Tillsammans med den studien har alla de frågeställningar som rapporten hade som mål att undersöka besvarats, se sektion 2.1. UIC-modellen och kompressionsmetoden är varken svårbegripliga eller komplexa för en användare att implementera. Den nya handboken hjälper till att förtydliga tidigare frågetecken och innehåller stabilare vägledning. UIC-funktionen i Railsys brister enligt mig i vissa fundamentala delar för att helt kunna godkännas enligt UIC s egen standard. Även om vissa förändringar varit medvetna så skapar alla oenigheter tillsammans både förvirring och oprecisa resultat. Känsliga parametrar såsom val av kompressionsmetod, hantering av förbigångar och längd på linjesektioner påverkar alla resultatet. I vissa fall leder denna påverkan direkt till att en sektion klassas som överbelastad. Framtiden för UIC-modellen är dock ljus, utöver komprimering av linjesektioner kan eventuellt andra delar av den nya handboken bli faktorer för Railsys att ta tillvara. Bland annat den metodik som presenteras för beräkning av enskilda noder. Oavsett hur RMcon väljer att gå vidare så har denna studie visat att behovet för utveckling finns. Den utvecklingen kommer även i sin tur leda till möjligheten att utvärdera själva UIC code 406 modellen och presentera mer specifika krav som är anpassade för individuella länder. 29

40 10. Källförteckning 1. Fröidh et al (2011). Kurskompendium: Tågtrafik - Marknad och planering, grundkurs. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 2. Landex, Alex & Kaas, Anders H (2006). Evaluation of railway capacity. Tillgänglig: ( ). 3. B. Nelldal, A. Lindfeldt, O. Lindfeldt (2009). Kapacitetsanalys av järnvägsnätet i Sverige, delrapport 1, Hur många tåg kan man köra? En analys av teoretisk och praktisk kapacitet. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 4. Beräkningshandledning, BVH 706 (2009). Tillgänglig: or_samhallsekonomiska_bedomningar_inom_jarnvagssektorn.pdf (Senast uppdaterad ) 5. UIC code 406 (2004). Capacity, 1st edition. Tillgänglig: upload/1753/handbokuic406.pdf ( ). 6. UIC code 406 (2012). Capacity, 2nd edition. Kontakt: Magnus Wahlborg, Trafikverket. 7. H. Sipilä, J. Warg (2012) Gröna tåget, Kapacitetsanalys av Södra stambanan. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 8. H. Sipilä (2010) Tidtabellsläggning med hjälp av simulering, Effekter av olika tillägg och marginaler på X200-tågen Stockholm-Göteborg. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 9. Railsys User manual 8. May Tillgänglig: Med rätt licens via Railsys programvara under menyn Help > Manual. 10. M. Wahlborg, T. Jansson (2005) UIC capacity management methods the Mälar line case. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 11. O. Lindfeldt (2010) Railway operation analysis. Doctoral Thesis in infrastructure. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 12. H. Sipilä (2012) Simulation of rail traffic. Licentiate Thesis in Transport Science. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 30

41 13. A. Lindfeldt (2012) Congested Railways. Licentiate Thesis in Transport Science. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 14. Eurail press (2008) Railway Timetable & Traffic, Analysis Modelling Simulation. 15. T. Lindner (2011) Applicability of the analytical UIC code 406 compression method for evaluating line and station capacity. Tillgänglig: R. Rudolph (2003) Allowances and margins in railway scheduling. Hannover, Germany: University of Hanover, Institute of Transport, Railway Construction and Operation. 17. V. Nouri (2012) User manual with discussions regarding parameters in Railsys UIC capacity calculation mode. Stockholm: Kungliga Tekniska Högskolan, Avdelningen för Trafik och logistik, KTH Järnvägsgruppen. 31

42 11. Bilagor 11.1 Bilaga A Samtliga beräkningar och diagram Rusningstid em riktning söderut Ingen ändring av uppehållstiden (default 30 min), ingen inlagd undantag ÖBB metod vald, ej hänsyn till förbigång vald, Directional operation vald, Common station deafult 2 Mixed traffic line, Additional time räknas enligt UIC med 33% Mest logiska indelning Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Katrineholm - Åby Norrköping - Linköping Linköping - Mjölby Mjölby - Tranås Tranås - Nässjö Nässjö - Stockaryd Stockaryd - Alvesta Alvetsa - Älmhult Älmhult - Hässleholm Värt att testa, intressanta indelningar Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Katrineholm - Norrköping Åby - Norrköping Mjölby - Nässjö Nässjö - Alvesta Alvesta - Hässleholm Tabell A Resultat av testberäkningar med ÖBB-metoden utan hänsyn till förbigång för samtliga linjesektioner, indelning av infrastruktursuttnyttjandet, total kapacitetskonsumtion och antal tåg. 32

43 Rusningstid em riktning söderut Ingen ändring av uppehållstiden (default 30 min), ingen inlagd undantag ÖBB metod vald, hänsyn till förbigång vald, Directional operation vald, Common station deafult 2 Mixed traffic line, Additional time räknas enligt UIC med 33% Mest logiska indelning Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Katrineholm - Åby Norrköping - Linköping Linköping - Mjölby Mjölby - Tranås Tranås - Nässjö Nässjö - Stockaryd Stockaryd - Alvesta Alvetsa - Älmhult Älmhult - Hässleholm Värt att testa, intressanta indelningar Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Katrineholm - Norrköping Åby - Norrköping Mjölby - Nässjö Nässjö - Alvesta Alvesta - Hässleholm Tabell B Resultat av testberäkningar med ÖBB-metoden med hänsyn till förbigång för samtliga linjesektioner, indelning av infrastruktursuttnyttjandet, total kapacitetskonsumtion och antal tåg. 33

44 Diagram A Resultat av infrastruktursutnyttjandet vid komprimering med ÖBB-metoden för linjesektioner indelade efter UIC s rekommendationer(mest logiska indelning). Diagram B Resultat av infrastruktursutnyttjandet vid komprimering med ÖBB-metoden för intressanta linjesektioner. 34

45 Rusningstid em riktning söderut Ingen ändring av uppehållstiden (default 30 min), ingen inlagd undantag DB metod vald, ej hänsyn till förbigång vald, Directional operation vald, Common station deafult 2 Mixed traffic line, Additional time räknas enligt UIC med 33% Mest logiska indelning Dummy tåg Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Ej med i kompression Katrineholm - Åby Norrköping - Linköping Linköping - Mjölby Mjölby - Tranås Tranås - Nässjö Nässjö - Stockaryd Stockaryd - Alvesta Alvetsa - Älmhult Älmhult - Hässleholm Värt att testa, intressanta indelningar Dummy tåg Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Ej med i kompression Katrineholm - Norrköping Åby - Norrköping Mjölby - Nässjö Nässjö - Alvesta Alvesta - Hässleholm Tabell C Resultat av testberäkningar med DB-metoden utan hänsyn till förbigång för samtliga linjesektioner, indelning av infrastruktursuttnyttjandet, total kapacitetskonsumtion, antal faktiska tåg och dummytåg. 35

46 Rusningstid em riktning söderut Ingen ändring av uppehållstiden (default 30 min), ingen inlagd undantag DB metod vald, hänsyn till förbigång vald, Directional operation vald, Common station deafult 2 Mixed traffic line, Additional time räknas enligt UIC med 33% Mest logiska indelning Dummy tåg Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Ej med i kompression Katrineholm - Åby Norrköping - Linköping Linköping - Mjölby Mjölby - Tranås Tranås - Nässjö Nässjö - Stockaryd Stockaryd - Alvesta Alvetsa - Älmhult Älmhult - Hässleholm Värt att testa, intressanta indelningar Dummy tåg Occupancy time rate % Capacity consumption % Persontåg Godståg Ej med i kompression Katrineholm - Norrköping Åby - Norrköping Mjölby - Nässjö Nässjö - Alvesta Alvesta - Hässleholm Tabell D Resultat av testberäkningar med DB-metoden med hänsyn till förbigång för samtliga linjesektioner, indelning av infrastruktursuttnyttjandet, total kapacitetskonsumtion, antal faktiska tåg och dummytåg. 36

47 Infrastruktursutnyttjande Diagram C Resultat av infrastruktursutnyttjandet vid komprimering med DB-metoden för linjesektioner indelade efter UIC s rekommendationer(mest logiska indelning) DB - Metoden Ej hänsyn till förbigång Med hänsyn till förbigång Linjesektioner Diagram D Resultat av infrastruktursutnyttjandet vid komprimering med DB-metoden för intressanta linjesektioner. 37

48 11.2 Bilaga B Utvalda komprimeringsgrafer Figur A Komprimering av linjesektion Katrineholm - Åby med ÖBB-metoden utan hänsyn till förbigång. Figur B Komprimering av linjesektion Katrineholm - Åby med ÖBB-metoden med hänsyn till förbigång. 38

49 Figur C Komprimering av linjesektion Mjölby - Tranås med DB-metoden utan hänsyn till förbigång. Figur D Komprimering av linjesektion Mjölby - Tranås med DB-metoden med hänsyn till förbigång. 39

50 Figur E Komprimering av linjesektion Mjölby - Nässjö med DB-metoden utan hänsyn till förbigång. Figur F Komprimering av linjesektion Mjölby - Nässjö med DB-metoden med hänsyn till förbigång. 40

51 41

52

53

54