Att planera och koordinera den stora mängd banarbeten som genomförs på det nationella järnvägssystemet är en stor utmaning. Trafikverket använder begreppet stråkplanering för arbetet med att planera banarbeten fyra till sex år före en tågplan startar. Denna stråkplanering ska bland annat beakta de trafikala effekterna på utpekade trafikflöden. Det arbetet bedrivs idag huvudsakligen manuellt och med begränsat stöd för att analysera samverkanseffekter, trafikpåverkan på hela linjenätet, och samhällsekonomiska konsekvenser.

Forskningsprojektet SATT-SP (Samplanering av trafikpåverkande åtgärder och trafikflöden –stråkplanering) har studerat hur en tidigare presenterad tvådelad optimeringsmodell för schemaläggning av banarbeten och trafikanpassningar kan vidareutvecklas för att kunna ge ett verktygsstöd för Trafikverkets stråkplanering. Detta inbegriper funktionalitet för att presentera och analysera olika planer, inklusive samhällsekonomisk värdering.

Denna rapport redovisar det arbete som genomförts och de resultat som uppnåtts, dels för modell- och verktygsutvecklingen, dels i de fallstudier som genomförts i nära samarbete med Trafikverkets experter.

Resultaten visar att verktygen med goda lösningsprestanda kan producera planer för ett till flera år på hela det svenska järnvägsnätet och med hög detaljupplösning beräkna de dagliga trafikanpassningarna på drygt 1 500 trafikrelationer för hela trafikåret.

Styrkan med dessa verktyg är att de kan hantera en stor mängd projekt och trafikrelationer på ett stort geografiskt nätverk, med en rimlig detaljeringsgrad för både schemaläggning och trafikflöden. Modellerna stödjer också uppdelning i olika tåg- eller trafiktyper, på ett sätt som stämmer väl med kommande europeiska processer för planering och tilldelning av kapacitet.

Planning and coordinating the large amount of track work carried out on a national railway system is a major challenge. At the Swedish Transport Administration, the process of planning track works four to six years before a particular traffic year is termed corridor planning. Corridor planning should considerthe effects on designated traffic flows. Today, this planning is mainly carried out manually and with limited support for analyzing interaction effects, traffic impact on the entire network, and socio-economic impact.

The research project SATT-SP (Joint planning of temporary capacity restrictions and traffic flows for long term corridor planning) has studied how a previously presented bi-level optimization model for scheduling track work and traffic adjustments can be further developed to provide a tool support for the Swedish Transport Administration's corridor planning. This includes functionality for presenting and analyzing different plans, including socio-economic valuation.

This report presents the conducted work and the results that have been achieved, both regarding model and tool development, and the case studies that have been done in close collaboration with the experts at the Swedish Transport Administration. 

The results show that these tools, with good solution performance, can produce plans for one to several years on the entire Swedish railway network, including detailed calculations of daily traffic adjustments on 1,500 train flow relations for the entire traffic year.

The strength of these tools is that they can handle numerous projects and traffic relationships on a large geographical network, with a reasonable level of detail for both project scheduling and traffic flows. The models also support segmentation into different train or traffic types, in a way that alignswith upcoming European processes for planning and allocation of railway capacity.

 Denna forskningsrapport redovisar en metod för kapacitetsanalys och dimensionering av trafikflöden över en järnvägsstation under olika driftsförhållanden. 

En optimeringsmodell har utvecklats, vilken maximerar mängden tåg som körs över en uppsättning med trafikrelationer, var och en med olika ruttningsalternativ. Modellen hanterar begränsad spårkapacitet på anslutande spår, plattformar och eventuella uppställningsspår, samt använder en probabilistisk kapacitetsmodell för växlingsområden. Den senare hanterar samtidiga tågrörelser över de olika växlingsområdena på en driftplats, där beräkningsformlerna generaliserats från existerande forskningslitteratur. Tågvägarna kan ha olika beläggningstid, baserat på tågens körtider inklusive tider för tågvägsläggning och frisläppning i signalsystemet. Dessutom hanteras stopp- och uppställningstider vid plattformar och bangårdsspår. Framför allt beräknas alla tågvägar och deras inbördes konflikter automatiskt från driftplatsens spårlayout. 

Beräkningsmodellen har implementerats och testats på olika testinstanser och i en fallstudie för Gävle driftplatsområde. Resultaten visar att modellen kan användas för realistiska problem och för att snabbt skapa kapacitetsanpassade trafiklösningar under olika avstängningsalternativ. En stor fördel är att en generaliserad trafikbeskrivning används, samt att tågvägarna beräknas automatiskt. Detta gör modellen lättare att använda och att den också passar för strategiska analyser av olika driftplatsutformningar. 

Den föreslagna modellen skulle kunna bli ett viktigt verktyg för kapacitetsanalyser, dimensionering av tågtrafik, och utformning av såväl arbetsområden på existerande driftplatser, som framtida spårlayouter eller ombyggnader. Därmed skulle ett viktigt analysbehov för långsiktig kapacitetsplanering på större driftsplatser kunna erbjudas och på sikt ge ett sammanhållet stöd för kapacitetskoordinering av hela järnvägsnätet och dess trafikering. 

Arbetet har utförts i forskningsprojektet ProPå (Probabilistisk metod för trafioch kapacitetspåverkan på driftplatser), finansierat av Trafikverket (FoI-portfölj Vidmakthålla, ärende-ID 8139, diarienummer TRV2024/111657) via branschprogrammet KAJT, Kapacitet i järnvägstrafiken (www.kajt.org). 

Den långsiktiga nationella infrastrukturplaneringen behöver beakta hur investerings- och underhållsåtgärder planeras både utifrån projektens genomförbarhet och trafikens påverkan, men det saknas idag kvantitativa metoder som kan ge ett sådant stöd i banarbetsplaneringen. Forskningsprojektet SATT-BP (Samplanering av trafikpåverkande åtgärder och trafikflöden – banarbetsplanering) har studerat hur väl en tidigare presenterad modellansats för schemaläggning av banarbeten och trafikanpassningar, baserad på en två-delad optimeringsmodell, kan stödja kapacitetsplanering och kapacitetskoordinering.

Syftet har varit att implementera metoden i en programvara för forskning samt att genomföra utvärderingsstudier på större och verklighetsnära probleminstanser. Denna rapport redovisar den programutveckling och mjukvara som utvecklats i projektet samt två fallstudier som genomförts. En arbetsgång för att utföra sådana kapacitetsstudier för banarbetsplaneringen presenteras också.Den stora styrkan med verktygen är att de kan hantera en stor mängd projekt och trafikrelationer på ett stort geografiskt nätverk, men samtidigt ge en hög detaljeringsgrad vad gäller både schemaläggning och trafikflöden.

Resultaten visar att det går att få god överblick över den samlade trafikpåverkan, men även att studera inverkan på enskilda trafikrelationer, eller kapacitetsutnyttjandet på enskilda länkar över tid. Systemet stödjer också en uppdelning i olika tåg- eller trafiktyper, vilket ligger i linje med kommande krav på segmentering av kapacitetsutbudet. Experimenten visar att optimeringsverktygen har acceptabla lösningsprestanda. De lösningar som producerats bedöms vara rimliga och av god kvalitet. Projekt placeras till tidpunkter med låg trafikpåverkan, och de matchas mot varandra på ett sätt som ger god samordning. Systemet klarar också av att schemalägga med bra matchning mot fasta arbeten eller kapacitetsbegränsningar i nätverket.

The long-term national infrastructure planning should consider how renewals and maintenance works are planned, both concerning project feasibility and traffic impact. Quantitative methods that support this is however currently lacking in practice today. The research project SATT-BP (Joint planning of temporary capacity restrictions and traffic flows for track work scheduling) has studied how well a previously presented model approach för scheduling oft rack works and traffic flows, based on a bi-level optimization model, can support capacity planning and coordination.

The purpose has been to implement the method as a complete research software and to perform case studies on larger and realistic problem instances. This report presents the program development and the implemented software along with two case studies that have been conducted. A working procedure for performing similar capacity studies regarding track work planning is also presented. The primary strength of these tools is the ability to handle many project activities and traffic relations concurrently over a wide-spread network, while still giving a relatively high level of detail regarding scheduling of both projects and traffic flows.

The results shows that a good overview over the collective traffic impact is obtained, but also that details of particular traffic relations or capacity usage over individual network links and their variation over time can be studied. The system also supports a division info different train types or traffic classes, which is in line with upcoming requirements for segmentation of the capacity supply. The experiments show that the optimization tools have acceptable solving performance. The obtained solutions are deemed reasonable and of good quality. Projects are scheduled at time periods with low traffic load, and they are matched to each other to give a good coordination. The system is also able to schedule tasks with a good matching towards fixed work possessions or capacity restrictions in the network.

Denna rapport ger en kunskapsgrund om de praktiska förutsättningarna, kravbild, och forskningsläge för utformning av underhållsområden på större driftplatser. Rapporten inleds med en bakgrund och motivering till behovet av underhållsområden, samt en beskrivning av hur studien har genomförts. En genomgång av förutsättningar och begränsningar visar bland annat att de tekniska delsystemen (spår-, signal-, och elkraftsystem) måste beaktas eftersom de har olika sektionering, gränspunkter och skyddsgivning för de arbeten som behöver utföras, samt att trafikeringsbehoven och dess variation behöver beskrivas på en generell nivå (oberoende av en specifik tidtabell), både vad gäller linjetrafik, växling och uppställning. 

Det centrala kapitlet är en krav- och behovsanalys. Där dokumenteras först vilka allmänna egenskaper som fördefinierade underhållsområden behöver uppfylla, varefter tre avsnitt följer som diskuterar specifika behov som ställs av de tre verksamhetsgrenarna underhåll, planering, och trafikledning. Ett viktigt resultat är att inga stora målkonflikter har identifierats vad gäller utformningen av underhållsområden samt att en samstämmighet råder om att trafikpåverkan bör vara den huvudsakliga värderingsgrunden för områdenas utformning. Den genomförda litteraturstudien har identifierat en relativt omfattande forskning om olika partitioneringsproblem, men bara ett fåtal publikationer inom rälsbundna transporter. För hantering av kapaciteter på driftplatser finns det metoder som kan hantera en övergripande trafikbild, men ännu inget bra stöd för analys av restkapacitet vid olika typer av tidsbegränsade spårreduktioner. Någon forskning om kombinationen av partitionering, eller indelning i underområden, av en driftplats bestående av flera delsystem där målet är att kunna hantera trafikbelastningen så bra som möjligt på den resterande spårkapaciteten har vi inte kunnat finna. 

Vi rekommenderar att Trafikverket vidareutvecklar sitt metodstöd för utformning av underhållsområden inom ramen för målområdet som arbetar med servicefönster. Både i detta metodstöd och för framtida forskning tror vi att den identifierade probabilistiska kapacitetsmodellen för driftplatser kan vara en lämplig grund. 

Arbetet har utförts i förstudieprojektet UFO (Utformning av underhållsområden på större driftplatser), finansierat av Trafikverket (FoI-portfölj Vidmakthålla, ärende-ID 7742, diarienummer TRV2022/138570) via branschprogrammet KAJT, Kapacitet i järnvägstrafiken (www.kajt.org).

Within the research project SATT, a dynamic traffic assignment method (DTA) has been adapted to simulate railway traffic. This provides an alternative way of railway timetable planning. Unlike traffic flow optimization, DTA simulates the train movements on the smallest time scale (per second) and can solve large scale problems within reasonable amount of time. DTA, however, it does not look for a system optimum, rather it searches for an equilibrium state where no individual train can find an alternative route that further reduces its travel time/generalized cost. This equilibrium status is often referred to as the dynamic user equilibrium. 

This report demonstrates an effort to adapt the transport simulation platform MATSim, as a DTA engine, for railway traffic. The adaptation includes the simulation of railway traffic on single-track, handling of various Temporary Capacity Restrictions (TCR) and different train types. The adapted simulation platform is tested through two small case studies to illustrate the model performance. The result demonstrates the model capability of realistically handling railway traffic and the ability to construct a timetable, given an objective function. Future work should focus on refining the simulation model and test on a large scale national railway network.

I forskningsprojektet SATT (Samplanering av trafikpåverkande åtgärder och trafikflöden, modellstudie) har en dynamisk trafiktilldelningsmetod (Dynamic Traffic Assignment, DTA) anpassats för att kunna simulera järnvägstrafik. Detta erbjuder ett alternativ till tidtabellsplanering. Till skillnad från flödesoptimering, simulerar DTA tågrörelser med en hög detaljeringsgrad (ner på sekundnivå) men kan ändå hantera stora trafikmängder med en rimlig beräkningstid. Metoden strävar däremot inte efter ett systemoptimum utan söker efter en jämviktslösning där inget enskilt tåg kan hitta alternativa vägar som förbättrar dess restid eller generaliserade kostnad. Denna jämviktslösning brukar benämnas som dynamisk användarjämvikt. 

Denna rapport redovisar ett förslag på hur transportsimuleringsplattformen MATSim kan anpassas och användas för att göra dynamisk trafiktilldelning för järnvägstrafik, utan något krav på en känd tidtabell. Anpassningen inkluderar simulering av tågtrafik på enkelspårs-sträckor, hantering av tillfälliga kapacitetsreduktioner (motsvarande så kallade trafikpåverkande åtgärder, TPÅ), och olika tågtyper. Metoden har testats och utvärderats med hjälp av två små exempelfall. Resultaten visar att modellen ger realistisk hantering av tågtrafiken och dess förmåga att finna en rimlig tågplan baserat på en enkel värderingsfunktion. Fortsatt arbete bör inriktas på förfining av modellen och applicering på ett storskaligt nationellt nätverk.

In this paper we estimate the impact of line capacity utilisation on the marginal cost of rail infrastructure renewals. Previous studies are mainly concerned with deterioration costs caused by traffic. This paper contributes to the literature, showing that increased line capacity utilisation can – in addition to higher deterioration costs – generate increased costs for carrying out a renewal project and/or more frequent renewals, where the latter can be motivated by efforts to curb expected delays. A top-down econometric approach is used on a Swedish dataset comprising information on renewal costs for track, electric installations, signalling, telecommunication, and other installations such as barriers, fencing and lubrication equipment. The results are relevant for rail infrastructure managers, especially in Europe where directives by the EU stipulate that track access charges are to be based on direct costs in order to contribute to an efficient use of the infrastructure.

Den långsiktiga nationella infrastrukturplaneringen behöver beakta hur investerings- och underhålls-åtgärder planeras både utifrån projektens genomförbarhet och trafikens påverkan, men det saknas idag kvantitativa metoder som kan ge ett sådant stöd i banarbetsplaneringen. Forskningsprojektet SATT (Samplanering av trafikpåverkande åtgärder och trafikflöden, modellstudie) har syftat till att ta fram en metod för att kunna optimera den långsiktiga schemaläggningen av större banarbeten utifrån såväl projektens genomförbarhet som trafikens framkomlighet. Som grund för detta har en översikt av förutsättningarna för den långsiktiga banarbetsplaneringen genomförts tillsammans med en litteraturstudie av vilka angreppssätt som förekommer i forskningslitteraturen. I samarbete med Trafikverket har sedan funktionella krav och behov inventerats och analyserats, med fokus på den ekonomiska planering som görs för ett specifikt produktionsår. Denna delrapport dokumenterar resultaten från litteraturstudien samt krav- och behovsanalysen.

This research report documents the findings from the pre-study project STAPLA-F, conducted by Linköping University and Trafikverket via the research program KAJT. The purpose has been to investigate how strategic facility planning for balancing of maintenance and train traffic could be done, especially regarding switches and crossings (S&C). The project has also investigated the potentials for network simplifications and the removal of (redundant) S&C. Specifically, the station Katrineholm have been used as a case study.

The results show that the economic potential for reducing the S&C maintenance spending can be in the range of 10% for midsize and larger stations, which translates to 70-80 MSEK per year, and that net traffic delays can be reduced by removal of redundant S&C. Furthermore, this is an interesting research problem, which has not yet been addressed in the research literature. Hence, it is recommended to continue with a PhD research project.