Efterfrågan på transporter med järnväg har aldrig varit så hög och stiger fortfarande. Att skapa plats för alla som vill använda spåren är en stor utmaning och därför är det viktigt att ha ett gemensamt sätt att mäta kapaciteten och tillgängligheten på spåren i systemet. Kapacitet kan vara ett användbart verktyg i strategisk järnvägsplanering där kapacitetsutnyttjande är ett sätt att prata om systemets prestation. Kapacitetsutnyttjande kan definieras som ett sätt att mäta hur mycket av en viss infrastruktur som används under en fördefinierad tidsperiod.

Olika metoder kan användas för att mäta kapaciteten. Riktlinjerna från UIC och deras leaflet 406 (UIC, 2013) är en av de mest använda metoderna för kapacitetsberäkning och föreslår en kompressionsmetod där linjen delas upp i sektioner och sedan komprimeras ihop. Metoden har tidigare fått kritik för att vara snäv och inte ta hänsyn till vad som sker på längre sträckor vilket har påpekats av bl.a Landex et al., (2006) och Weik et al., (2020).

Trafikverket använder en analytisk anpassning av kompressionsmetoden UIC406 för att beräkna kapacitetsutnyttjandet för linjer i Sverige där parametrar som ex. antal tåg, körtid och tid ingår (Backman et al., 2024).

En enkelspårig linjesträcka är i regel en sträcka av linjen med dubbelriktad trafik, där två tåg inte kan mötas utan måste göra det på angränsande mötesstationer. På grund av dessa restriktioner kan enkelspåriga linjer anses kräva mer planeringsdetaljer jämfört med dubbelspåriga linjer. År 2022 bestod cirka 80 % av det svenska järnvägsnätet av enkelspår. I denna studie utforskar vi potentialen att mäta kapacitetsutnyttjandet för enkelspåriga sträckor utifrån den planerade tidtabellen hjälp av kompression, men till skillnad från 406 tas här mötesstationen med i beräkningen. Resultaten jämförs med motsvarande värden från den metod som Trafikverket använder samt UIC-metoden.

Weik et al. (2020) introducerar ett Matlab-baserat simuleringsverktyg för tidtabellsberoende och -oberoende komprimering för stationer och dubbelspår. Metoden är baserad på UIC 406-metoden där analysen utförs på en mikronivå med block och upptagen tid. Modellen använder sig av infrastruktur och simuleringsdata importerad från Trafikverkets RailSys-modell och mäter konflikter mellan tåg som delar samma blocksträcka. Komprimeringen görs för en given tidsram. I denna studie har vi vidareutvecklat modellen från Weik et al. (2020) ytterligare och utökat detaljeringsnivån. Vi studerar också effekten av att ha samtidig infart vid mötesstation.

De preliminära resultaten från fallstudien visar att kapacitetsutnyttjandet för den dimensionerande sträckan av en enkelspårig bana i Sverige blir något lägre med användandet av komprimeringsmetod utvecklat i detta arbete jämfört med Trafikverkets estimering med den analytiska beräkningen och något högre jämfört med UIC-metoden. Det blir genom studien också tydligt hur längden på den analyserande sträckan spelar in. Vi kan också se skillnaden i att använda samtidig infart och inte.

Studien belyser att det inte finns något rätt eller fler för vilken metod som ska användas vid beräkning av kapacitetsutnyttjande för enkelspår och att det finns för och nackdelar med de olika metoderna.

Referenser

Backman, M., Dyrssen, E., Johansson, P., Köhler, P., Lundström, F., Mattisson, J., Stabbforsmo, A., Söderström, U., 2024. Järnvägskapacitet i samhällsekonomisk analys. En metodbeskrivning för framtagande av underlag till samhällsekonomiska beräkningar inom järnvägskapacitet (No. TRV 2021/7267).

Landex, A., Kaas, A.H., Schittenhelm, B., Schneider-Tilli, J., 2006. Evaluation of railway capacity. Proc. Annu. Transp. Conf. Aalb. Univ. 13. https://doi.org/10.5278/ojs.td.v13i1.5211

UIC, 2013. UIC406 Second edition.

Weik, N., Warg, J., Johansson, I., Bohlin, M., Nießen, N., 2020. Extending UIC 406-based capacity analysis – New approaches for railway nodes and network effects. J. Rail Transp. Plan. Manag. 15, 100199. https://doi.org/10.1016/j.jrtpm.2020.100199

Den här rapporten sammanfattar projektet ”Kapacitetsanalys av stationer” (KASTA) som genomförts vidavdelningen för Transportplanering på Kungliga Tekniska högskolan, Stockholm, under 2025.

Projektet ingår i målområdet för ”En effektivare planeringsprocess” inom forskningstemat ”Effektivaretransporter på järnväg”, och har finansierats genom branschprogrammet Kapacitet i järnvägstrafiken(KAJT).Projektet har letts av projektledare Ingrid Johansson. Elin Hellblom har genomfört merparten av arbetetmed metodutveckling, analys och databearbetning med stöd av Anders Lindfeldt och Ingrid Johansson.Ingrid Johansson, Anders Lindfeldt och Oskar Fröidh har varit handledare för Elin Hellblomsdoktorandstudier under projektets gång. Magnus Backman har varit kontaktperson från Trafikverketoch bidragit med expertstöd och dataunderlag.

Rapporten inleds med en bakgrundsbeskrivning av projektet och därefter beskrivs syfte och mål,projektledning, metodik, resultat och analys. Rapporten avslutas med en sammanfattning av slutsatserfrån projektet samt en redovisning av hur resultatspridning skett.

The demand for transportation by railway has never been this high, and still rising. Making space for everyone who wants to use the tracks is a considerable challenge hence it’s important to have a consistent way of measuring the capacity and availability of the tracks in the system (Trafikverket, 2021). Capacity utilization is a general way of talking about the performance of the system. A good understanding of the capacity in strategic railway planning can be a helpful tool for decision support to evaluate the investment impact for a range of options (Liao et al., 2021). Capacity can be seen as a way of measuring how much of a certain infrastructure is used under a predefined amount of time. 

In railways, single track lines require more planning details compared to double-track lines. A single-track line section is generally a section of the line with bidirectional traffic where two trains cannot be at the same time, divided by passing loops. In 2022, approximately 80% of the Swedish railway network consisted of single tracks.

Various methods can be used to measure the capacity. The guidelines from the International Union of Railways (UIC) in their capacity leaflet 406 are one of the most widely used methods for capacity calculation and suggests a compression method where, for single tracks, the line is divided into sections and then the occupation time for each train between the passing loops is compressed and measured, in other words, a summary of the total run time. Landex (2009) applies the UIC406 method to a Danish context and adds dummy trains to the timetable to find out by which crossing stations the line should be divided into sections. Jamili (2018) extends the Landex approach but puts focus on the buffer times to find practical capacity. 

Swedish Transport Administration (Trafikverket) uses an analytical adaption of the UIC406 compression method to compute the capacity utilization for lines in Sweden including parameters such as number of trains, runtime, time for meetings and time depending on signaling system for critical sections of a line. This means that the calculations are quite general, not considering the order of the trains or where/if crossings occur. 

Weik et al. (2020) introduce a Matlab-based model to make timetable-dependent and -independent compression analyses for stations and double tracks. The suggested method is a hybrid simulation-timetable compression framework for capacity analysis based on the UIC 406 method where the analysis is performed on a microscopic level of detail to better account for dependencies between trains. The model uses infrastructure and timetable data imported from RailSys and checks for conflicts between trains assigned to the same block sections. 

With this study, we aim to continue developing the model from Weik et al. (2020) and explore the possibility of measuring capacity utilization for single-track sections using the planned timetable with the consideration of planned crossovers at passing loops. The results are compared with the output from the method that Trafikverket uses as well as UIC method. We also study the effect of having simultaneous entry at the passing loop or not.   

The model has been modified and given both a more overall compression design compared to the previous one by solving conflicts and compressing all trains at the same time but also more detailed to deal with partial releases of block sections as the train successively releases the block sections after passing by instead of, model-wise, occupying the full block section the whole time making the train crossovers possible in the model. Data is retrieved from Trafikverket’s RailSys model of 2022 as simulation logfiles and infrastructure information. 

The preliminary results from the case study so far show that the capacity utilization for the critical section of a single-track line in Sweden is slightly over-estimated by Trafikverket’s estimation using the analytical calculation and slightly underestimated compared to UIC method, in comparison to the timetable-based compression method developed in this work. We can also see the difference in using simultaneous entry at passing loops at single tracks. 

References

Jamili, A., (2018). Computation of practical capacity in single-track railway lines based on computing the minimum buffer times. J. Rail Transp. Plan. Manag. 8, 91–102. https://doi.org/10.1016/j.jrtpm.2018.03.002

Landex, A., (2009). Evaluation of Railway Networks with Single Track Operation Using the UIC 406 Capacity Method. Netw. Spat. Econ. 9, 7–23. https://doi.org/10.1007/s11067-008-9090-7 

Liao, Z., Li, H., Miao, J., Corman, F., 2021. Railway capacity estimation considering vehicle circulation: Integrated timetable and vehicles scheduling on hybrid time-space networks. Transp. Res. Part C Emerg. Technol. 124, 102961. https://doi.org/10.1016/j.trc.2020.102961

Weik, N., Warg, J., Johansson, I., Bohlin, M. and Nießen, N., 2020. “Extending UIC 406-based capacity analysis – New approaches for railway nodes and network effects”, Journal of Rail Transport Planning & Management, vol. 15, pp. 1—15. https://dx.doi.org/10.1016/j.jrtpm.2020.100199.

Syftet med detta PM är att presentera metoder för estimering av primära linje- och uppehållsfördelningar (störningar) för användning i simulering. Metoderna bygger på användning av Trafikverkets tågpassagedata.

In this thesis the symptoms and underlying behaviour of congestion on railways are analysed and discussed. As well as in many other countries, Sweden faces increasing demand for transportation. To meet this new demand, railways play an important role. Today, the capacity of the Swedish rail network is not upgraded at the pace necessary to keep up with the increase in traffic demand. The sensitivity of the railway system rises as the capacity utilisation increases. At some point maximum capacity is reached when the marginal gain of operating one extra train is lower than the costs in terms of longer travel times and increased sensitivity to delays.

Several different methodologies are employed in this thesis to analyse capacity. The first uses real data from the Swedish rail network, train operation and delays to analyse how different factors influence available capacity and train delays. Several useful key performance indicators are defined to describe capacity influencing properties of the infrastructure and the rail traffic. The rail network is divided into subsections for which the indicators have been estimated. This makes it possible to discern their different characteristics and identify potential weaknesses.

The second approach employs the railway simulation tool RailSys in extensive simulation experiments. This methodology is used to analyse the characteristics of double-track operation. Simulation of several hundred scenarios are conducted to analyse the influence of traffic density, traffic heterogeneity, primary delays and inter-station distance on secondary delays, used timetable allowance and capacity. The analysis gives an in-depth understanding of the mechanisms of railway operation on double-track lines.

A simulation model for strategic capacity evaluation, TigerSim, is developed that can be used to speed up and improve capacity planning and evaluation of future infrastructure and timetables designs on double-track railway lines. For a given infrastructure and plan of operation, the model can be used to generate and simulate a larger number of timetables. This gives two major advantages:

• Using many timetables makes results general
• It is possible to consider both static and dynamic properties of the timetables in the capacity analysis

The first aspect is especially useful in the evaluation of future scenarios as the timetable then often is unknown. The second is an advantage since an improvement in capacity can be measured in a combination of increased frequency of service, shorter travel time and reduced delays. The output of the model can either be used to directly determine capacity from a quality of service perspective, or used as input to cost-benefit analysis (CBA).

Capacity is partially a matter of quality versus quantity. Increasing capacity utilization gives more scheduled waiting time in the timetable as well as more delays when trains are operated. A common way to analyse capacity is to first make a timetable and then use it in a simulation where trains are perturbed. This way it is possible to establish the scheduled waiting time and the expected delays of the trains at the same time as market demands on traffic, e.g. frequency of different train services, are considered. However, setting up simulations are often time consuming and requires a lot of input data.

A method is developed with the objective to improve and speed up capacity analysis of double track railway lines. It can be used for both timetable generation and timetable simulation. The focus of this paper is to present the model and validate that it can simulate timetables accurately. The model has a macroscopic representation of the railway infrastructure and rolling stock while timetables and perturbations are modelled in more detail. When resolving conflicts, the dispatching algorithm can consider several trains and take into account how the dispatching decision affects the possibility to make good decisions at the next station.

The validation is performed using the micro simulation tool RailSys as reference. The validation covers a wide range of scenarios of different traffic density, timetable heterogeneity, inter station distance and primary delays. The validation shows good results and the conclusion is that despite the simplicity of the model, it is accurate enough to use in capacity analysis.

Detta projekt är en uppföljning till projektet ”Kapacitetsanalys av järnvägsnätet i Sverige – Bearbetning av databas över infrastruktur, trafik, tidtabell och förseningar” som utfördes vid KTH under 2008-2009 på uppdrag av dåvarande Banverket. Syftet är att uppdatera de nyckeltal som beräknades 2008 utifrån 2012 års situation och utreda vad som hänt sedan dess.

Flera av Trafikverkets databaser har använts för att göra en beskrivning av Sveriges järnvägsnät. Beskrivningen utgörs av flertalet nyckeltal som omfattar information om infrastruktur, tidtabell, trafik och förseningar. Järnvägsnätet har delats in i mindre stråk som nyckeltalen beräknats för. Resultaten presenteras framförallt i form av kartor som gör det möjligt att snabbt skaffa sig en nationell överblick av situationen 2012 och ev. förändring sedan 2008.

De databaser som använts för att göra beräkningarna är BIS, Tidtabellsboken och Lupp. Några av de nyckeltal som beräknats är: stationsavstånd, spårlängd på stationerna, andel stationer med samtidig infart, antal tåg per dag, tidpunkt för maxtimmen, antal tåg under maxtimmen, tågens hastighet, tågens blandning med avseende på hastighet, godstågens längd/vikt/axellast, andel långa persontåg, bruttoton/dag, andel merförsenade tåg, och medianen av merförseningen per 100 km hos de på sträckan merförsenade tågen. Nya nyckeltal som tagits fram och som ej beräknades 2008 är: andelen tåg som reducerat sin försening och medianen på reduktionen per 100 km hos dessa tåg, andelen godståg som är längre än medelspårlängden av stationerna på sträckan, utnyttjad kapacitet och antal framförda tåg jämfört med vad som planterats.

Resultaten sammanfattas på nationell nivå för de viktigaste nyckeltalen. Alla nyckeltal redovisas i ett Excellark (separat fil, ingår ej i rapporten). Dessutom har arbete lagts ned på att granska kvaliteten på förseningsdata från Lupp som använts i projektet.

Many lines in Sweden have mixed traffic, with both passenger and freight trains. In contrast to passenger trains, freight trains can deviate significantly from their timetable. This study evaluates the effect of modelling freight trains running ahead as well as behind schedule. In previous Swedish studies freight trains have been modelled as being on time or delayed. RailSys is used to simulate a section of the Southern Main Line and a fictive double-track line. Simulation results are compared to data from real train operation. Results show that freight trains can be modelled in a more realistic way. This can improve simulation analysis of freight operations.