Session 30 Johanna Törnquist Krasemann

1Emma Andersson & Johanna Törnquist Krasemann

Emma AnderssonDoktorand

ITN, Linköpings Tekniska Högskola

Johanna Törnquist KrasemannUniversitetslektor

COM, Blekinge Tekniska Högskola & ITN, Linköpings Tekniska Högskola

Robusta Tidtabeller för Effektiv Operativ Omplanering

Av Tåglägen

Transportforum 12-13 januari 2011

eller

Agenda

BAKGRUND

EOT &

RTJ

FOKUS EOT

RTJ

FRÅGOR?

Emma Andersson & Johanna Törnquist Krasemann 2



Bakgrund och Relevans



Bakgrund och Relevans


Källa: Banverkets årsredovisning 2009, 2010.


Två samverkande forskningsprojekt


Robusta Tidtabeller för Järnvägstrafik (RTJ)

Projekttid: April 2010—Mars 2013

Projektägare: ITN vid LiTH

Projektdeltagare: Emma Andersson, Anders Peterson, Johanna Törnquist Krasemann

Fokus: Utveckla och utvärdera optimeringsbaserade metoder för att skapa robusta tidtabeller för järnvägstrafik.

Finansiärer:

Effektiv Operativ Omplanering Av Tåglägen (EOT)

Projekttid: April 2010—Dec 2012

Projektägare: COM vid BTH

Projektdeltagare: Håkan Grahn, Johanna Törnquist Krasemann, Muhammad Zeeshan Iqbal.

Fokus: Utveckla och utvärdera beslutstöd för trafikledaren i omplaneringen mhja parallelisering av en optimeringsbaserad sökalgoritm.

Finansiär:

Samverkar dessutom med projekt vid: KTH, SICS, Transrail, Uppsala Universitet.


FOKUS


Problematiken med störningar kräver i huvudsak två kompletterande angreppssätt:

1) Minska och förebygg uppkomsten av störningsorsakerna.

2) Begränsa effekten av de störningar som uppkommer (dvs. de sekundära förseningarna och dominoeffekten).


FOKUS


2) Begränsa effekten av de störningar som uppstår, dvs. de sekundära förseningarna och dominoeffekten:

a) Planera för att vissa, mindre allvarliga, störningar kan uppstå och inför flexibilitet i tidtabellen => RTJ

b) Omplanera och styr trafiken mer proaktivt och utnyttja den flexibilitet som finns (ändra spårval, flytta möten och förbigångar, öka hastigheten, mm) => EOT

Fokus är på Södra Stambanan.


Marginaler i tidtabeller används väl redan?


DET STÄMMER, det finns redan tumregler, riktlinjer och trångsektorsplaner som tillämpas.

MEN, dessa är relativt generella. Ingen systematisk återkoppling till effekten av dessa marginaler sker och hur kritiska tågrelationer och anslutningar påverkas, vilket är viktigt eftersom

KAPACITETSBEHOVET förändras och ökar på vissa bandelar.


Marginaler i tidtabeller används väl redan?


Tidtabellen är inte längre densamma från år till år utan markanta förändringar görs och operatörerna blir allt fler.

EXEMPEL:

Anslutningstiden i Hässleholm södergående X2000->Öresundståg mot Karlskrona har reducerats från 16 (T10) till 10 minuter (T11, Tidtabell 2011).

Liten försening + väskor + olyckligt spårval => missad anslutning

Notera: En försening på max 5 minuter = ingen försening enligt systemet.



Varför behöver trafikledaren stöd?

Trafikledarna har en mycket komplex arbetsuppgift.

Trafikledningen styrs utifrån åtta olika distrikt.

Trafikledaren tvingas ofta ta snabba beslut med mycket begränsad tid att överväga olika lösningar och dess effekter.




Trafikledaren har endast begränsad tillgång till viktig information som bör tas hänsyn till i omplaneringen.

Aktuell position och hastighet

Aktuell körprofil Aktuella trafikutbyten och

andra associationer

Aktuell längd och

vikt

Infrastrukturens aktuella prestanda




Beslutstödet syftar till att ta fram alternativa lösningar med input från trafikledaren vid behov.

Det valda (och ev. modifierade lösningen) blir då en plan som kan kommuniceras till berörda.

Trafikledaren är den som bäst kan avgöra vilket alternativ som är lämpligast och hur det ev. bör justeras.

Störningshantering



eller

Operatör X ansvarig för resandetåget

Operatör Y ansvarig för godståget

Om en konflikt uppstår ska Trafikverkets trafikledare avgöra i vilken ordning tågen ska gå och eventuellt på vilka spår.

EOT

14

Ett klassiskt ”Job Shop Scheduling” problem

A B Tid

Alv

est

a.

Gem

la

Tid

Alvesta-Gemla

Gemla


A B

EOT

Ett tågläge/en slot. Dess längd anger den aktuella körtiden och är dynamisk.Att ligga bakom ett annat tåg ger t ex en längre tid.

Emma Andersson & Johanna Törnquist Krasemann

Gem

la-

Räppe

Gemla

Alvesta-Gemla

Gemla-Räppe (Växjö)

15

Ett klassiskt ”Job Shop Scheduling” problem

A B C TidDD

Transportforum 12-13 januari 2011 EOT


Alvesta-Gemla

GemlaA B


Alv

est

a.

Gem

laG

em

la-

Räppe

Gemla

Tid

Alvesta-Gemla

C D

BANARBETE

16

Tåg A drabbas av en hastighetsnedsättning..

A B C TidDD



Alvesta-Gemla

GemlaA B


Alv

est

a.

Gem

laG

em

la-

Räppe

Gemla

Tid

Alvesta-Gemla

C D

BANARBETE

A

17


Matematisk modellering


18

Problemet formuleras som ett MILP Transportforum 12-13 januari 2011 EOT

MILP = Mixed Integer Linear Program

Består av:

En mängd grundläggande villkor som säkerställer att tågen framförs enligt gällande föreskrifter.

En mängd variabler som motsvarar de beslut som trafikledaren gör, dvs.

* spårval

* start- och sluttid för varje tågläge och därmed

* tågordningen på spåren

En målfunktion som anger vad omplaneringen strävar efter; t ex att minimera den totala förseningen för tåg


19

Ett komplext problem med många alternativ

A B C DD


Antalet teoretiskt möjliga alternativ är oändligt många:

Därför behövs ”smarta” metoder för att identifiera och ignorera olämpliga alternativ.

Mängden intressanta alternativ är dock även väldigt många.

Därför behövs dessutom mycket snabba metoder som kan söka igenom och utvärdera de mest relevanta av dessa.


. . . .

BANARBETE

B A C DD BANARBETE

B A DDC BANARBETE

Antalet försenade tåg (+5 min)

Den totala förseningen (min)Antalet missade

anslutningar

Hur lämpligt är ett förslaget alternativ? Transportforum 12-13 januari 2011 EOT

Emma Andersson & Johanna Törnquist Krasemann 20

Antalet försenade tåg (+15 min)

* Stabilitet och Robusthet

* Antal spårändringar Alternativ 1

Alternativ

2


RTJ: Vad är “Robusthet”?


Med robusta tidtabeller avser vi tidtabeller där tågen, trots vissa förseningar i trafiken, kan bibehålla sina tåglägen (leveransåtaganden) i större utsträckning.

Därmed påverkas andra tåg minimalt, kritiska anslutningar kan bibehållas och operatörernas personal- och fordonsomlopp kan upprätthållas i så stor utsträckning som möjligt.

Robustheten bör dock vägas mot de kostnader den är förenad med, och den eventuellt ökade planerade restid som kan uppstå.

RTJ


RTJ: Centrala frågeställningar

Transportforum 12-13 januari 2011 RTJ

Centrala frågor är inledningsvis:

- Hur införs tidsmarginaler under tidtabellskonstruktionen hos de olika operatörerna resp. TrV?

- Hur används de tidsmarginaler som finns idag i olika störningssituationer i den operativa trafikstyrningen?

- Motsvarar existerande tidsmarginaler det behov som uppstår (dvs. m a p de störningar som uppträder)?

- Kan tidsmarginalerna användas som avsett och görs det? Fås den effekt som förväntas utifrån avsikten vid tidtabellskonstruktionen?


Transportforum 12-13 januari 2011 EOT & RTJ

-10

0

10

20

30

40

50

60

70

Tåg 521 (X2000) – Vad beror differensen på?



Höstens delstudie

• Kartläggning av dagens förseningar och marginaler

• X2000 och IC-tåg studerades v 40 och v 41– X2000 (vanligt): 521, 524, 530, 534, 537 och 539– X2000 (snabbt): 503– IC: 201 och 202

• Marginalerna studerades i TrainPlan



Marginaler

• Sveriges järnvägsnät är uppdelat i noder. Mellan varje nod ska det finnas ett visst antal extra marginalminuter.

• Noderna på Södra stambanan:– Stockholm– Mjölby– Alvesta– Malmö

• Mellan varje nod ska det vara minst:– 4 min marginal för X2000– 3 min marginal för övriga persontåg



Data över de studerade tågen i T10

201 503 521 537 539 202 524 530 534Avgångstid Stockholm 08:25 17:06 06:21 14:21 15:21Avgångstid Malmö 08:17 06:14 09:14 11:14Restid 5h 21m 4h 10m 4 h 25m 4 h 25m 4 h 25m 5h 18m 4 h 24m 4 h 25m 4 h 25m

Uppehåll

Söö, Nr, Lp, N,

Sä, Av, Hm, Lu

Lp, Hm, Lu

Söö, Nr, Lp, My, N, Av,

Hm, Lu

Flb, Nr, Lp, My, N, Av,

Hm, Lu

Flb, Nr, Lp, N,

Av, Hm, Lu

Lu, Hm, Av, Sä, N, Lp,

Nr, Söö

Lu, Hm, Av, N, Lp, Nr,

Flb

Lu, Hm, Av, N,

My, Lp, Nr, Söö

Lu, Hm, Av, N,

My, Lp, Nr, Söö

Marginaler (minuer) 20 13,1 17,9 19,5 21,2 24,6 17,4 17,5 18,9

Punktlighet (vecka 40 och 41) 90% 40% 60% 70% 50% 80% 70% 70% 70%

Södergående tåg Norrgående tåg



Norrgående X2000 – södergående X2000

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 th w 1 fr w 1 mo w 2 tu w 2 we w 2 th w 2 fr w 2

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 th w 1 fr w 1 mo w 2 tu w 2 th w 2

537

530



IC - X2000

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 th w 1 fr w 1 mo w 2 tu w 2 we w 2 th w 2 fr w 2

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 th w 1 fr w 1 mo w 2 tu w 2 we w 2 th w 2

202

530



“Snabbt” X2000 - “vanligt” X2000

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 th w 1 fr w 1 mo w 2 tu w 2 th w 2

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Margins mo w 1 tu w 1 we w 1 fr w 1 tu w 2 th w 2

503

537



Närmare analys av X2000 537

Cst

Flb

MTime (min)2 4 6 8 10

86445

637

Jn 2437

6457Sp

K 41805

Åby 8835

Nr 8765

Av11095

44707Hm

1255Hö

11093Lu

= Trains after 537 usingthe same track

= Trains related to 537 inconnection points

Lp

12 14 16

8655



Slutsatser från delstudien av T10

• Punktlighet norrgående – södergående tåg– Norrgående mer punktliga– Södergående bättre på återhämtning

• IC återhämtar sig bättre än X2000

• Ett snabbt X2000 (503) har sämre marginaler

• X2000 påverkas av många tåg under en körning. Små förseningar leder till att trafikledaren måste ta beslut som kan vara antingen bra eller dåliga.



Ytterligare information om projekten finner ni här:www.bth.se/com/EOT

http://staffwww.itn.liu.se/~johto/RTJ.htm

Kontakt: [email protected]

[email protected]

[email protected]

EOT & RTJ



Tack för Er uppmärksamhet!

Frågor och synpunkter?

Session 30 Johanna Törnquist Krasemann

Documents

Transcript of Session 30 Johanna Törnquist Krasemann