Möjligheter till ökad punktlighet med hjälp av förändringar i tågtidtabell: En studie av Västra stambanan

EXAMENSARBETE INOM SAMHÄLLSBYGGNAD, AVANCERAD NIVÅ, 30 HP

STOCKHOLM, SVERIGE 2020

Möjligheter till ökad punktlighet

med hjälp av förändringar i

tågtidtabell

En studie av Västra stambanan

KTH

TRITA-ABE-MBT-20395

Möjligheter till ökad punktlighet med hjälp

av förändringar i tågtidtabell

En studie av Västra stambanan

Tina Alvelöv och Elin Hellblom

Examensarbete

Juni 2020

Skolan för arkitektur och samhällsbyggnad

KTH Järnvägsgruppen

KTH Kungliga tekniska högskolan

Stockholm, Sverige

Förord

Detta är ett examenarbete om 30 högskolepoäng som avslutar vår utbildning till civilingenjörer inom Samhällsbyggnad och en master inom Transport och geoinformatik på Kungliga Tekniska Högskolan i Stockholm. Arbetet är skrivet i samarbete med Sweco.

Vi vill rikta ett varmt tack till våra handledare på KTH, Anders Lindahl och Johan Högdahl, och vår handledare på Sweco, Emil Jansson. Vi vill också passa på att tacka Hans Sipilä som varit till stor hjälp vid simuleringarna i RailSys och alla medarbetare på gruppen för Järnväg och samhälle på Sweco för att ni varit så trevliga och visat så stort intresse i vårt arbete. Tack även till vår opponent Elvira Hedlund.

Till följd av pandemin COVID-19 som drabbat oss alla denna vår blev arbetet inte riktigt som vi hade tänkt oss när vi startade i januari. Till följd av de samhällsrekommendationer som funnits större delen av våren har vissa begränsningar och förändringar av arbetssättet skett.

Både som framtida planerare och resenärer har det varit intressant att få sätta oss in i planering av tidtabeller på järnväg.

Stort tack till alla som varit med på tåget,

Tina Alvelöv och Elin Hellblom

Sammanfattning

Utifrån ett initiativ om att kortsiktigt öka punktligheten på Sveriges järnvägar, initierades denna studie om möjligheter till ökad punktlighet med hjälp av förändringar i tågtidtabell på Västra stambanan. Detta gjordes genom att undersöka alternativ med olika justeringar utifrån dagens tidtabell. Målet med studien var att öka punktligheten för snabbtågen på Västra stambanan med fem procentenheter. Dessutom hade arbetet ett syfte att undersöka om det schweiziska konceptet takttidtabell skulle vara applicerbart på en svensk järnväg. Justeringarna i tidtabellerna baserades på tre parametrar som inverkar på en tidtabells robusthet; uppehållstid, tidstillägg och headway mellan tåg. Det var därav dessa tre parametrar som studerades.

För att ha ett underlag till justeringen av dagens tidtabell, utfördes en nulägesanalys. Baserat på en litteraturstudie och data om nulägets förseningar, punktlighet och uppehållstider för snabbtågen på Västra stambanan kunde nuläget analyseras. Analysen visade att tågen i dagens tidtabell gick mycket tätt på morgnarna, det var flest trafikerande tåg runt storstäderna, punktligheten hade förbättrats från 2019 till 2020, problematiska punkter med höga förseningar fanns runt Hallsberg och Falköping och de utförda uppehållstiderna var längre än de planerade vid alla stationer.

Baserat på nulägesanalysen skapades tre utredningsalternativ så väl som ett jämförelsealternativ som var baserat på dagens tidtabell. I utredningsalternativ 1 förlängdes uppehållstider för snabbtågens uppehållsstationer, i utredningsalternativ 2 adderades tidstillägg och i alternativ 3 förlängdes headway vid snabbtågens startstationer. Tidtabeller för alternativen skapades i RailSys och simulerades sedan på en utvald sträcka med ett störningsfilter baserat på verkliga förseningsfördelningar. Resultaten visade ingen markant punktlighetsförändring för utredningsalternativen jämfört med jämförelse-alternativet. Emellertid skedde en förbättring för alternativ 1 och 2, medan punktligheten sjönk i tredje alternativet. Ett fjärde utredningsalternativ skapades, där de två alternativen som lett till punktlighetsökning kombinerades. Efter simulering av utredningsalternativ 4, kunde det fastställas att det var alternativet med störst punktlighetsförbättring.

Därefter skapades även en takttidtabell (regelbundna avgångar och möten vid stationer) i RailSys som visade hur väl en sådan tidtabell kunde appliceras för snabbtågen på Västra stambanan. Resultatet blev bra då mötesplatser för dessa tåg, vid halvtimmestrafik och de utvalda uppehållsmönstren, uppstod främst i Katrineholm C, men även i Södertälje syd, Skövde C och Herrljunga.

Slutsatserna av studien var att inget alternativ ledde till en punktlighetsförbättring på 5 procentenheter. Däremot ledde tre alternativ till ökad punktlighet, medan ett alternativ skapade sämre punktlighet. Parametrarna som skapade störst punktlighetsökning var uppehållstid och tidstillägg kombinerat. Konsekvenserna av justeringarna var längre planerade körtider för tågen och lägre kapacitetsutnyttjande på banan. Slutligen konstaterades det även att takttidtabell var applicerbar för snabbtågen på Västra stambanan, men ytterligare analys skulle krävas före implementering, framför allt med hänsyn till planering för praktiskt införande.

Abstract

Based on an initiative to increase the punctuality on Swedish railways in the short term, this study on potential for increased punctuality by adjustments in the train time schedule on The Western Main Line was initiated. This was done by examining alternatives with different adjustments based on today’s timetable. The goal with the study was to increase the punctuality for the highspeed trains on The Western Main Line by five percentage points. Additionally, the study had a purpose of testing if the Swiss concept of Taktfahrplan could be applicable on a Swedish railway. The adjustments of the timetable were based on three parameters that have impact on the robustness of a timetable; dwell time, allowance and headway between trains. Those were the parameters that were tested.

Based on a literature study and data on today’s delays, punctuality and dwell times for the highspeed trains, the current situation could be analyzed. The analysis showed that the trains of today’s timetable departed densely in the mornings, the biggest amounts of trains were near the big cities, punctuality had improved from 2019 to 2020, problematic points with large delays existed around Hallsberg and Falköping and the performed dwell times were longer than the planned ones for every station.

Based on the analysis of today’s situation, three case alternatives as well as an alternative for comparison were created. In case alternative 1, dwell times were extended for the highspeed trains stops, in alternative 2, allowance was added and in alternative 3, headway was extended at the start stations. Time schedules for the alternatives were created in RailSys and were then simulated on a selected stretch with a disturbance filter that was based on real distributions of delay. The results did not show considerable difference in punctuality for the case alternatives. However, alternative 1 and 2 showed improvement, while the punctuality was reduced in alternative 3. A fourth alternative was created, where the two cases that had led to improvement were combined. After simulation of alternative 4, it could be established that it was the case that provided the highest improvement in punctuality.

A Taktfahrplan (regular departures and station meetings) was made in RailSys that showed how well such a timetable was applicable for the highspeed trains on The Western Main Line. The results turned out well because meeting spots for these trains, at half hour traffic and the selected stopping patterns, occurred most evidently at Katrineholm C, but also at Södertälje syd, Skövde C and Herrljunga. The conclusions of the study were that none of the alternatives led to a 5-percentage increase in punctuality. However, three cases led to increased punctuality, while one case produced decreased punctuality. The parameters that produced the highest increase in punctuality was the combination of dwell time and allowance adjustments. The consequences of the adjustments were longer planned driving times for the trains and lower capacity utilization on the track. Lastly, it was established that Taktfahrplan was applicable for the highspeed trains on The Western Main Line, but further analysis would be required before implementation, especially with consideration to planning for practical introduction.

Keywords: railway, punctuality, robustness, train timetable, Western Main Line, Taktfahrplan English title: Potential for increased punctuality by adjustments in the train time schedule

Definitioner och förkortningar

Följande begrepp och förklaringar används i denna rapport, beskrivna nedan i bokstavsordning.

Blocksträcka Det fysiska avståndet mellan två signaler på banan som endast kan trafikeras av ett tåg i taget.

Bufferttid Reservtid som lagts in i tidtabellen mellan två tåg för att minska risken att små förseningar sprids mellan tågen, utöver tekniska headway-tiden, en extra gångtid. Avstånd mellan tågen är headway + bufferttid.

Gångtid Körtiden, inklusive extra tid för acceleration och inbromsning, men inte tilläggstider. Headway Tidsavståndet mellan två tåg på en bana, det vill säga tiden från då ett tåg passerar en

punkt tills att nästa tåg passerar samma punkt.

Knutpunkt Stationer där tåg (och/eller andra trafikslag) möts och fungerar som en bytesplats för många passagerare.

Korsande tågvägar När två tågvägar möts i samma punkt och ska korsa varandra kallas det korsande tågväg. Beroende på hur tidsmässigt tätt mötet ska ske kan det hända att mötet inte är möjligt.

Kortdistanståg Persontåg som avser att transportera resenärer lokalt. Tågen annonseras vanligtvis som flyg- eller pendeltåg.

Kritisk punkt En plats i järnvägssystemet som är en extra störningskänslig punkt där tågen riskerar att hamna i fel ordning och bli försenade.

Långdistanståg Persontåg som avser att transportera resenärer interregionalt. Tågen annonseras vanligtvis som fjärr-, natt- eller snabbtåg.

Medeldistanståg Persontåg som avser att transportera resenärer regionalt. Tågen annonseras vanligtvis som regionaltåg.

Nodtillägg Tidstillägg i tidtabellen för att klara tillfälliga hastighetsnedsättningar, förseningar som sprids från andra tåg med mera.

Omloppstid Tiden det tar för ett tåg att fullborda en tur och återkomma till utgångspunkten och vara redo att avgå igen.

Regularitet Tiden mellan tågens avgångar är jämn, det vill säga lika lång tid mellan varje avgång Robusthet Möjligheten att hantera och återhämta sig från mindre störningar och inte sprida

dem vidare i systemet.

Tidstillägg Tillägg till gångtiden för att minska risken för förseningar.

Tåglägen ”Den infrastrukturkapacitet som, enligt vad som anges i en tågplan, får tas i anspråk för att framföra järnvägsfordon, utom arbetsfordon, från en plats till en annan under en viss tidsperiod” (Järnvägslagen §4). Operatörer ansöker om tåglägen hos

Trafikverket för att få köra sina tåg. Kan även ses som en tidslucka eller tågkanal. Tågväg En tågväg läggs ut framför tåget av en tågklarerare som planerar och reserverar

vägen för tåget för en viss sträcka framåt, vilket spår det ska gå på, vilka växlar det kommer passera osv. När tågvägen lagts ser signalsystemet till att vägen är hinderfri och säker.

Uppehållstid Så lång tid som ett tåg står inne på station för passagerarutbyte. Tiden från då ett tåg stannar på stationen tills det åker igen, inte nödvändigtvis så länge dörrarna är öppna.

Västra stambanan I denna rapport: Göteborgs närområde + Västra stambanan + Stockholms närområde

Innehållsförteckning

2.3 Kapacitet, punktlighet och robusthet på järnväg ... 20

2.4 Tidtabellskonstruktion ... 26

2.5 Planer för framtiden ... 32

3 Metod ... 37

3.1 Litteraturstudie ... 37

3.2 Nuläge... 37

3.3 Tidtabellsläggning och simulering ... 40

DEL 1: Nuläge ... 45 4 Nulägesresultat ... 45 4.1 Trafikering ... 45 4.2 Tidtabell ... 50 4.3 Förseningar ... 52 4.4 Punktlighet ... 60 4.5 Uppehållstider ... 63

4.6 Ankomst- och avgångspunktlighet vid uppehåll ... 68

5 Nulägesanalys ... 73

5.1 Dagens situation ... 73

5.2 Utredningssträcka ... 77

5.3 Utredningsalternativ ... 79

DEL 2: Utredning med hjälp av simulering ... 85

6 Utredningsresultat ... 85 6.1 Utredningsalternativ ... 85 6.2 Takttidtabell ... 92 7 Utredningsanalys ... 93 7.1 Utredningsalternativ ... 93 7.2 Takttidtabell ... 95 8 Diskussion... 97 8.1 Nuläge... 98 8.2 Utredning ... 100 8.3 Felkällor... 102 9 Slutsats ... 105

10 Förslag till vidare studier ...107

11 Referenser ... 109

11.1 Skriftliga Referenser ... 109

11.2 Muntliga referenser ... 113

1

Inledning

Enligt Sveriges klimatmål för inrikes transporter ska utsläppen av växthusgaser minska med minst 70 procent från 2010 till 2030. Detta är en del i Sveriges övergripande klimatpolitiska ramverk för att minska de globala utsläppen (Naturvårdsverket, 2019). Ett effektivt sätt att minska sina utsläpp är genom att välja tåget framför flyget för resor inrikes. Inom landet kan järnvägen konkurrera med flyget då restidskillnaden på flera sträckor inte är särskilt stor.

Engagemanget för miljön och intresset för att resa med tåg har under de senaste åren ökat, och därmed även trängseln på järnvägens banor. Olika banor har olika kapacitet, beroende på fysisk utformning och trafik, som begränsar hur många tåg som kan trafikera en sträcka. Ju tätare trafiken går, desto mindre utrymme blir det över för att hantera eventuella störningar som kan uppstå. För att behålla järnvägens attraktivitet och ha fortsatt konkurrenskraft mot flyget behöver punktligheten vara god och det är viktigt att ständigt arbeta med att förbättra tågets förutsättningar. Resenärerna vill att resan ska gå snabbt, smidigt och utan störningar, samtidigt som utbudet på avgångar ska kunna täcka resenärernas behov. Att bedriva en sådan trafik ställer krav på kapacitet, robusthet och planering. Att lösa kapacitets- och punktlighetsproblem genom att bygga ny infrastruktur tar tid och kostar pengar, därför är det också viktigt att försöka hitta billigare, kortsiktiga lösningar för att klara av det som efterfrågas inom den närmaste framtiden.

I den här rapporten ges först en bakgrundsbeskrivning av det arbete kring punktlighet som sker just nu. Sedan sker en fördjupning i form av en litteraturstudie av olika för rapporten relevanta områden, inom bland annat robusthet, kapacitet, tidtabellskonstruktion och förutsättningar på Västra stambanan. Rapporten är därefter uppdelad i två delar. I den första undersöks nuläget på Västra stambanan genom bearbetning och analys av insamlade data. I del 2 används resultatet från del 1 till att göra justeringar i dagens tidtabell och simulera dessa för att slutligen se om tidtabellen kan förbättras ur ett punktlighetsperspektiv.

1.1

Bakgrund

För att Sveriges järnväg ska kunna förbättras krävs samarbeten mellan flera parter. Därför har ett initiativ som kallas “Tillsammans för tåg i tid” (förkortat TTT) tagits fram. I TTT ingår Trafikverket, Tågföretagen, Svensk Kollektivtrafik, Föreningen Sveriges Järnvägsentreprenör (FSJ), Jernhusen och Swedtrain. De medverkande har som ambition att genom ökat samarbete kunna förbättra järnvägen på ett sätt som annars inte skulle vara möjligt för en enskild aktör. Eftersom resenärerna efterfrågar smidiga tågresor med hög tillförlitlighet skulle en ökad punktlighet bidra till nöjdare kunder och underlätta för järnvägsbranschens företag (Gummesson, 2019).

Enligt Gummesson (2019) har punktligheten på Sveriges järnväg länge uppnått runt 90% för passagerartåg. Med punktlighet menas andelen tåg som ankommer till slutstation senast 5 minuter efter tidtabell. Men år 2018 sjönk punktligheten till knappt 88%. TTT har som mål att öka punktligheten för alla passagerartåg till 95% år 2020 (Gummesson, 2019). I februari 2020 har punktligheten för alla persontåg i Sverige emellertid åter ökat till 93% (Trafikverket, 2020a). Bland

dessa passagerartåg ingår långdistanståg, som inkluderar tågen för sträckan Stockholm C - Göteborg C på Västra stambanan.

Figur 1. Punktlighet för långdistanståg per månad (Trafikanalys, 2020).

I Figur 1 syns punktligheten för långdistanståg det senaste året. Trots att den har ökat den närmaste tiden, är punktligheten för dessa fortfarande lägre än 90%. Jämfört med punktligheten för alla passagerartåg i Sverige är punktligheten för långdistanstågen, enligt Figur 1, nästan sex procentenheter lägre. Det är värt att nämna att långdistanståg endast står för 8% av alla persontåg i Sverige, medan medeldistanståg står för 41% och 51% är kortdistanståg (Trafikverket, 2020a). Likväl är det essentiellt att konstruera tidtabeller som är mer robusta än i dagsläget för att öka punktligheten för långdistanståg och öka konkurrenskraften mot flyget. Då punktligheten för långdistanstågen är mer än 5 procentenheter lägre än punktlighetsmålet för alla tåg i Sverige är målet i denna studie att öka punktligheten för långdistanståg med minst 5 procentenheter.

En av de sträckor som TTT har identifierat behöver förbättras är Västra stambanan, det vill säga sträckan mellan Stockholm och Göteborg ( Figur 2 & 3). Det är en av Sveriges mest trafikerade banor och efterfrågan på tåglägen är hög. Efterfrågan kommer både från gods- och persontåg då banan både är en viktig del i godstransporter från Göteborgs hamn och för personresor mellan Stockholm och Göteborg. Det finns många utmaningar på sträckan, till exempel kring storstäderna där de långväga tågen tvingas samsas med pendeltågen, snabbtåg och regionaltåg har olika hastigheter samt finns det anslutningspunkter och korsande tågvägar med andra banor. Den ökade belastningen de senaste åren och många banarbeten har bidragit till problem som leder till störningar och dålig punktlighet (Sköld & Solinen, 2019). 72,7% 81,9% 80,8% 79,9% 70,3% 83,0% 77,8% 80,1% 79,6% 81,9% 84,4% 88,9% 87,2% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100% Feb 2019 Mar 2019 Apr 2019 Maj 2019 Jun 2019 Jul 2019 Aug 2019 Sep 2019 Okt 2019 Nov 2019 Dec 2019 Jan 2020 Feb 2020

Andel långdistanståg som ankom till slutstation högst

Figur 3. Stationer och driftplatser på Västra stambanan. Figur 2. Västra stambanan (Trafikverket, 2015).

TTT arbetar med olika effektområden, där Trafik- och resursplanering är ett. I detta område ingår bland annat arbete med tidtabellsläggning av tåg och banarbeten i avsikt att förbättra järnvägens robusthet och punktlighet, genom att till exempel skapa en bättre planerad tågplan som är mer anpassad till banan och dess förutsättningar. Inom detta arbete har en rad åtgärder redan genomförts, bland annat har ett dokument kallat Nya konstruktionsregler för Västra stambanan, med utgångspunkt i ett motsvarande arbete för Södra stambanan, tagits fram (Gummesson, 2019).

I Nya konstruktionsregler för Västra stambanan (Sköld & Solinen, 2019) ges förslag till strategier för en ökad robusthet, bland annat adderat gångtidstillägg i körplanen, adderad headwaymarginal och bättre överensstämmelse mellan planerad och faktiskt gångtid/uppehållstid, vilka är de aspekter som kommer undersökas i detta arbete.

Arbetet med nästa års tågplan börjar mer än ett år i förväg (se Figur 4). Trafikverket skapar först en järnvägsnätsbeskrivning (JNB) och redogör för hur förutsättningarna för att bedriva tågtrafik ser ut. I JNB finns även större banarbeten med redan från början. Under januari och februari bjuds tågbolagen in och informeras om järnvägsnätsbeskrivningen. Mellan februari till april är ansökningen för nästa års tågplan öppen. Då ansöker även Trafikverket om tider för banarbeten. Pusslet med att lägga tågplanen startar direkt när ansökningen har stängt och ett utkast skickas ut till alla sökande som fram till september kan komma med synpunkter, då tågplanen fastställs. Andra lördagen i december tas den nya tidplanen och tidtabellen i bruk (Trafikverket, 2016). Tågplanen skapas alltså med utgångspunkt i de ansökningar av

tåglägen som Trafikverket får in, där opperatörerna önskar olika tåglägen för sin trafik på banan. Hur och när kapaciteten på järnvägsnätet skall fördelas finns i hög grad reglerat i vår lagstiftening (Trafikverket, 2019a).

Utgångspunkten i det här projektet är Tågplan 2020 (T20) och rekommendationer ges för T22, i och med att T21 redan har börjat produceras under detta arbetes tid.

Ett program som kan användas för tidtabellsläggning och simulering är RailSys. Programmet är framtaget vid Hannovers universitet, på institutionen för järnvägsteknik (Nelldal & Lindahl, 2011). RailSys är det program som Trafikverket använder för tågtrafikssimulering. I Sverige används programmet även på universitet så som KTH så väl som konsultbolagen Ramboll, WSP och Sweco (Mattisson, 2012).

RailSys är uppbyggt av tre moduler – Infrastruktur, Tidtabellsläggning och simulering samt Utvärdering. Infrastrukturmodulen är nödvändig för att ha möjlighet att bygga upp järnvägen och resten av infrastrukturen för att sedan kunna skapa tidtabeller. Modulen för tidtabellsläggning och simulering är den som kommer utnyttjas mest i detta arbete. Tidtabellen skapas först för att sedan kunna simulera trafiken. Utvärderingsmodulen är också av värde, då data från simuleringarna analyseras vilket gör det möjligt att uppmärksamma punktlighetsförändringar till följd av utförda justeringar (Mattisson, 2012).

Ett land som är känt för hög kvalité och god struktur på sin tågtrafik är Schweiz. De lyckas bevara högt kapacitetsutnyttjande samtidigt som punktligheten håller sig på en hög nivå. En stor grund till denna framgång kallas Takttidtabell (Arméen, et al., 2013). En skillnad mellan en vanlig tidtabell och takttidtabellen är att takttidtabellen är periodisk och regelbunden, vilket betyder att samma avgångstid

Figur 4. Illustration över planeringen för tågplanen (Trafikverket, 2016)

för en linje återkommer timme efter timme, medan en oregelbunden tidtabell kan ha olika avgångstider för samma linje varje timme (Bösch, et al., 2012). Ytterligare ett karaktärsdrag för takttidtabell är att tidtabellen ska vara symmetrisk. Med symmetrisk menas att tågen i de olika riktningarna på sträckan möts i en knutpunkt. Oftast sker dessa möten vid hel- eller halvtimme. På det sättet är byten för resenärer enkla och effektiva (Arméen, et al., 2013). Tack vare att hög punktlighet har åstadkommits med takttidtabell, prövas det i detta arbete om en sådan tidtabell är applicerbar på en järnväg i Sverige.

1.2

Syfte

Syftet med arbetet är att undersöka möjligheter till förbättrad punktlighet genom att öka robustheten på Västra stambanan. Detta kommer att ske genom justering av parametrarna tidstillägg, uppehållstid och headway i dagens tidtabell.

Ett andra syfte är att undersöka om takttidtabell är applicerbart på Västra stambanan.

Tanken är att utifrån detta arbete även försöka identifiera principlösningar för att kunna öka punktligheten på järnvägen i allmänhet.

1.3

Mål

Det huvudsakliga målet med arbetet är att öka punktligheten på Västra stambanan med minst 5 procentenheter för snabbtåg genom att ändra i tågtidtabellen. Olika alternativ kommer att undersökas och det mest lämpliga alternativet identifieras. Med mest lämplig menas det alternativ som ger högst punktlighet i relation till konsekvenserna som det medför. Konsekvenser som kan uppstå är bland annat förlängd körtid och en minskning av antalet tågavgångar per dag.

1.4

Frågeställningar

Frågeställningarna för arbetet är:

• Hur ser dagens läge ut på Västra stambanan med avseende på antal tåg, tidtabell och förseningar?

• Hur påverkar headway, tidstillägg och uppehållstid punktligheten på sträckan? Vad blir konsekvenserna av förändringarna?

• Är det möjligt att öka punktligheten för snabbtågen på Västra stambanan med 5 procentenheter genom att ändra uppehållstid, tidstillägg och headway i tågtidtabellen?

1.5

Metodik

I detta avsnitt beskrivs kortfattat metodiken för arbetet. Momenten som kommer ske är litteraturstudie, datainsamling, databearbetning, analys av data, tidtabellsläggning i RailSys baserat på insamlade data för jämförelsealternativ, tidtabellsläggning i RailSys med justeringar i tidtabellen för utredningsalternativ, simulering av alla alternativ, analys av simuleringsresultatet och sist ska en slutsats dras om vilket eller vilka alternativ som ger en punktlighetsökning på minst 5 procentenheter.

Litteraturstudien ska utföras som en introduktion till ämnet vad det gäller liknande tidigare arbeten, kapacitet, punktlighet, robusthet, Västra stambanan, tidtabellskonstruktion, planer för framtiden och en jämförelse med punktlighet på järnvägen i Schweiz.

Efter att en tydlig inblick har fåtts i ämnet, ska data samlas in som beskriver dagens läge. Data som kommer behövas är tidtabellen för en utvald dag för att ha något att utgå ifrån vid vidare analyser och tidtabellsläggning, förseningar på sträckan, planerade och utförda uppehållstider samt punktlighet för tågen i dagsläget. Denna data ska bearbetas i tabeller och diagram för att få ett resultat som beskriver nuläget. Resultatet av ovanstående data ska sedan analyseras för att ha möjligheten att upptäcka kritiska punkter och sträckor på banan. Den analysen kommer sedan användas för att välja en delsträcka på Västra stambanan att utföra simulering på samt skapa utredningsalternativ som ska simuleras på den utvalda sträckan.

Fem olika tidtabeller kommer att skapas i RailSys. Det första kommer vara ett jämförelsealternativ som speglar dagens tidtabell, medan resten är grundade i utredningsalternativen som bestäms utifrån nulägesanalysen. När alla tidtabeller är lagda ska varje alternativ simuleras med ett störningsfilter som är baserat på förseningsfördelningar från Trafikverkets databas. När dessa simuleringar har utförts kommer resultatet att analyseras och utvärderas för att fastställa om något alternativ, och i så fall vilket eller vilka, som gav en punktlighetsökning på minst 5 procentenheter. Slutligen kommer resultatet och utvärderingen av simuleringarna att diskuteras med avseende på vilka konsekvenser en sådan tidtabellsjustering skulle kunna innebära.

Slutligen kommer även en takttidtabell för snabbtågen att skapas i RailSys. Denna tidtabell kommer inte att simuleras då den är mycket olik jämförelsealternativet och därav inte jämförbar. Denna tidtabell kommer endast att skapas för att få en överblick av hur en takttidtabell skulle kunna se ut för snabbtågen på Västra stambanan.

1.6

Avgränsning

Avgränsningar kommer göras både för undersökning av nuläge och för utredning. Justeringar som utförs i studien kommer endast att vara med hänsyn till små och medelstora förseningar, det vill säga förseningar upp till 15 min.

Geografiskt kommer arbetet att avgränsas till Västra stambanan, det vill säga järnvägen mellan Stockholm och Göteborg. För den fördjupade studien och analysen väljs en enskild sträcka ut beroende var flest förseningar identifieras.

Vid datainsamling för totala antalet tåg på sträckan och vilka övriga linjer som trafikerar sträckan kommer alla tågtyper tas med, både passagerartåg och godståg. Pendeltåg mot Kungsbacka och Älvängen från Göteborg och tillbaka utesluts. Även växlingar i anslutning till Göteborgs central utesluts (t.ex från Sävenäs, Olskroken). Pendeltågen i Stockholm går på egen bana mellan Södertälje och Stockholm C och kommer därför uteslutas på denna sträckning, men pendeltågen mellan Södertälje och Gnesta delar bana med långdistanstågen mellan Järna och Gnesta och innefattas därför däremellan.

I del 2 kommer passagerartåg som går hela sträckan på Västra stambanan analyseras, men övriga tåg som passerar utredningssträckan kommer också läggas in. Här klassar exempelvis godståg och pendeltåg som delar bana med passagerartågen in. Analysen för förbättrad robusthet och punktlighet med justering av nämnda parametrar och simulering kommer dock endast utföras för de passagerartåg som går hela sträckan.

Datainsamling av tåg kommer att begränsas till en vardag, nämligen torsdagen den 6 februari 2020, eftersom trafikflödet då kan anses vara relativt normalt. Under den utvalda dagen kommer tiden avgränsas så att tiden startar då det första passagerartåget avgick från Stockholm C eller Göteborg C på morgonen och avslutas vid den sista ankomsten till någon av ändstationerna på kvällen.

2

Litteraturstudie

I litteraturstudien presenteras en fördjupning av ämnen som är relevanta för arbetet. I 2.1 presenteras liknande arbeten som har skrivits tidigare, i 2.2 förklaras sedan kapacitet och robusthet på järnväg, i 2.3 beskrivs Västra stambanan, i 2.4 beskrivs tidtabellskonstruktion, inklusive de tre parametrarna headway, tidstillägg och uppehållstid samt begreppet Takttidtabell och i 2.5 beskrivs slutligen planer för framtiden.

2.1

Tidigare studier

I det här avsnittet presenteras tidigare studier som liknar detta. Resultaten av dessa kan jämföras och vara till hjälp för detta arbete. De tre arbeten som tas upp handlar om punktlighet för X2000, försenings-fördelningar och takttidtabell i Sverige.

2.1.1 Förbättrad punktlighet för X2000

Nelldal et al. (2008) undersökte hur punktligheten för X2000 skulle förbättras av olika åtgärder genom att utföra simuleringar. Slutresultatet av studien var hur många procentenheter olika parametrar påverkade punktligheten. De undersökta parametrarna av Nelldal, et al. som är av intresse för detta arbete är de som har att göra med ändrade tidstillägg; det vill säga tillägg mot slutstation, tillägg vid uppehåll, jämt tillägg på 8% fördelat över hela turen samt tillägg mot kritiska punkter. Ett jämförelsealternativ, som framtogs genom simulering för att likna den verkligt rådande punktligheten i så hög grad som möjligt, jämfördes med utredningsalternativen där rådande tidstillägg ersattes av de andra fyra alternativen (Nelldal, et al., 2008).

Till att börja med kom de fram till att tillägg mot slutstation gav en sämre punktlighet än jämförelsevärdena i simuleringen. Ankomstpunktligheten minskade med cirka 50 procentenheter i båda riktningarna. Vidare visade simuleringen att tillägg vid uppehåll knappt gav någon punktlighetsskillnad över huvud taget, endast en halv procentenhet ökning vid ankomst till Stockholm Central medan punktligheten minskade lika mycket vid ankomst till Göteborg Central. Ett jämt tillägg på 8% fördelat över hela turen gav inte heller någon stor förändring. Punktligheten minskade någon procentenhet i båda riktningarna. Sist ut är tillägg mot kritiska punkter, vilket inte heller gav någon större förändring. Även vid denna åtgärd minskade punktligheten vid ankomst till både Stockholm och Göteborg med en till två procentenheter (Nelldal, et al., 2008).

2.1.2 Fördelning av förseningar

Palmqvist (2019) utförde en studie om var och hur förseningar uppstår på järnvägen. En iakttagelse Palmqvist gjorde var hur tågförseningar är fördelade, både platsmässigt och tidsmässigt. Platsmässigt sker förseningarna till 90% vid stationsuppehåll och resten på körsträckor. Den utförda uppehållstiden är längre än planerat vid nästan hälften av alla uppehåll, medan förseningarna på körsträckorna mellan stationer är nära noll. Tidsmässigt fann Palmqvist att de flesta förseningarna på Sveriges järnväg är små. Fördröjningar som är högst fem minuter står för 85% av alla förseningar för passagerartåg. Vidare beskrivs hur tidstillägg kan bli fördelade på ett mer effektivt sätt. Det första som

nämns är storleken av tidstillägg. Resultatet är att 10% är det mest effektiva tillägget. Vid större tillägg än så sägs fördelarna minska (Palmqvist, 2019).

Vidare nämns att det är viktigt att avlägsna negativa marginaler, det vill säga då tiden för exempelvis ett uppehåll är kortare i tidtabellen än vad som faktiskt är nödvändigt. En observation av passagerartåg där 40% av tågen hade negativa marginaler på minst en delsträcka, observerades en punktlighetsminskning på upp till 4% jämfört med tåg utan negativa marginaler. Palmqvist nämner också vikten av en korrekt fördelning av tidstilläggen. Det ska vara tillägg överallt på hela sträckan, inte bara för vissa tåg eller vissa delsträckor. Därtill är tilläggen som effektivast strax efter distansens mitt, nämligen när ett tåg har färdats cirka 60% av sträckan (Palmqvist, 2019).

En ytterligare åtgärd är att placera marginaler efter stationstopp eftersom för kort planerad uppehållstid leder till förseningar. Dessa förseningar kan då inhämtas med ett tidstillägg efter stationsstoppet. Den sista förbättringen i tidtabellen som behandlas är fördelningen för uppehållstid vid stationer. En effektiv lösning är att ha relativt kort uppehållstid för runt 80% av stationerna och ha en länge uppehållstid för stationer med många på- och avstigande. På det sättet ökar punktligheten samtidigt som restiden inte ökar för resenärerna. Att anpassa uppehållstiden till volymen av resenärer på en station är också av vikt för att undvika förseningar på linjen (Palmqvist, 2019).

2.1.3 Takttidtabell mellan fyra Mälarstäder

Dahlin (2018) skrev i sitt examensarbete om möjligheten att optimera takttidtabell för järnvägstrafik i Sverige med hjälp av en fallstudie på de fyra Mälarstäderna Enköping, Västerås, Eskilstuna och Strängnäs. Studiens resultat blev flera tidtabeller med takttid som princip. Dahlin kunde dra slutsatsen att möjligheten att tillämpa takttidtabell finns för fallstudien i fråga. Vidare sammanfattar han att takttidtabellen bidrar till en ökad resenärvänlighet då tågen avgår samma tid varje timme och med jämna mellanrum. I fallstudien som utfördes kunde det även konkluderas att bytestiden i trafiken förkortas och det blir ett tydligare trafiksystem vid tillämpandet av takttidtabell (Dahlin, 2018).

2.1.4 Sammanfattning

För att sammanfatta hur tidstillägg påverkar punktlighet påstås det att varken tilläggstid mot slutstation, vid uppehåll, vid kritiska punkter eller jämnt tillägg på 8% under hela sträckan förbättrar punktligheten. Däremot behövs tidstillägg på hela sträckan och tillägg på 10% strax efter sträckans mitt är mest effektivt.

Vidare är det vid uppehåll de flesta förseningarna sker. Dessa förseningar kan förebyggas genom att ha kortare uppehållstid vid 80% av uppehållen och längre tid vid stationer med många på- och avstigande passagerare. Det kan även förebyggas genom att addera tidstillägg efter uppehållen för att kunna ta igen eventuella förseningar. Det är även viktigt att inte ha negativa marginaler i en tidtabell.

Slutligen är det möjligt att tillämpa takttidtabell i Sverige, åtminstone mellan Mälarstäderna i Dahlins fallstudie. Takttidtabellen bidrar med fördelar som ökad resenärvänlighet och reducerad bytestid.

2.2

Västra stambanan

Västra stambanan är den första färdigbyggda stambanan i Sverige. Banan, som är 453 km lång, går mellan Stockholm och Göteborg och stod klar år 1862 (Trafikverket, 2015). På den tiden tog en tågresa på hela sträckan mellan de två storstäderna 14 timmar. I dagsläget kan en resa köras på cirka tre timmar och hela banan har varit elektrifierad sedan 1926. Vidare har hela sträckan dubbelspår, såväl som fyrspår på sträckorna Göteborg – Olskroken, inom Järna station samt mellan Flemingsberg och Stockholm Södra. Banan är även utrustad med säkerhetssystemet ATC, det vill säga Automatic Train Control (järnväg.net, i.å.a).

Västra stambanan trafikeras både av persontåg och godståg. Järnvägen är högt belastad på de flesta delsträckorna, inte minst intill ändstationerna där pendeltåg kör. Det ska dock poängteras att Stockholms pendeltåg kör på egen bana mellan Stockholm C och Järna, och bidrar därmed inte med störningar för fjärrtågen på den sträckan (Sipilä, 2015). Sedan 1994 har långdistanstågen och pendeltågen varit separerade tack vare Grödingebanan som går mellan Flemingsberg och Järna (järnväg.net, i.å.b). Mellan Järna och Gnesta delar emellertid pendeltågen samma spår som de långväga tågen, vilket ökar risken för störningar där (Lennefors & Eriksson, 2016). I övrigt är trafiken likväl mer homogen med låg hastighetsvariation mellan tågen i närheten av Stockholm, medan pendeltågen vid Göteborg kör långsammare och har fler uppehåll än resten av tågen vilket ger en mer heterogen trafik (Sipilä, 2015). I övrigt trafikeras banan av regionaltåg som passerar på delsträckor och av godståg som huvudsakligen kör mellan Hallsberg och Göteborg, vilket är nödvändigt att ta hänsyn till vid tidtabellsläggning (Sipilä, 2015) .

Tåg delas in i fyra olika kategorier, vilket gäller för tågen på Västra stambanan. Dessa är A-tåg, B-tåg, C-tåg och S-tåg. De olika tågtyperna är till stor del baserade på tågets tillåtna hastighet. Detta gäller framför allt i kurvor då vagnarnas egenskaper spelar stor roll för hur fort tåget kan färdas i kurvan. I kurvor sänks vanligen hastighetsgränsen för tågen, men beroende på tågtyp är det möjligt att överstiga den begränsade hastigheten (Trafikverket, 2019b).

Ett exempel på A-tåg är godståg. Dessa tåg får inte överstiga den bestämda hastigheten. B-tåg inkluderar vagntypen X31, som får köra 10–15% fortare än hastighetsbegränsningen i kurvor. MTR Express, som har kört snabbtåg på Västra stambanan sedan 2015, använder X74-vagnar vilka klassas som C-vagnar. Dessa tåg får överstiga hastighetsbegränsningen i kurvor med 15% (Trafikverket, 2019b). SJ var de första som började trafikera Västra stambanan med snabbtåg. De använder X2-vagnar vilka är kategoriserade som S-tåg och får köra 30% över hastighetsbegränsningen i kurvor (Trafikverket, 2019b) tack vare att de är utrustade korglutning (SJ, 2020). I och med detta är dessa de snabbaste tågen som kör på sträckan. Både MTR:s X74 och SJ:s X2 har maxhastigheten 200 km/h. SJ har även InterCity-tåg, vilka är loktåg med en maxhastighet på 160 km/h (SJ, i.å.).

Vid senaste årsskiftet skulle en ny tågoperatör, Flixtrain, börjat trafikera Västra stambanan, såväl som Södra stambanan. Starten har dock blivit uppskjuten till hösten 2020. Flixtrain ägs av bussbolaget Flixbus som har erbjudit busstrafik i Sverige sedan några år tillbaka. Nu utvidgar de sin trafik till tåg, precis som de har gjort i sitt ursprungsland Tyskland sedan 2018. På Västra stambanan kommer tågen

dagligen att köra sex gånger fram och tillbaka mellan Stockholm och Göteborg (Lindgren Strömbäck, 2019). Tågen kommer att göra uppehåll vid Södertälje, Hallsberg och Falköping (Flixbus, 2019).

2.2.1 Kritiska punkter

Ett sätt att förbättra robustheten på järnvägen är enligt (Andersson, et al., 2013) att identifiera kritiska punkter. I sitt arbete definierar de en kritisk punkt som en plats och tid där antingen ett tåg ska ansluta till en bana strax efter ett tåg som redan är på banan eller där ett tåg är planerat att köra om ett annat tåg. Dessa punkter har, genom studier av tidtabeller, uppmärksammats vara extra känsliga för störningar och tåg som är sena där blir ofta ännu senare och sprider störningarna till andra tåg. Eftersom förhållandet tågen emellan generellt fortsätter under en betydande del av deras resa är det viktigt att de förhåller sig rätt redan från början.

I Nya konstruktionsregler för Västra stambanan (2019) beskrivs en kritisk punkt på ett liknande sätt som Andersson, et al (2013). Det beskrivs som en extra störningskänslig punkt där tågen riskerar att hamna i fel ordning, och då vidare riskera att bli merförsenade och till slut hamna så långt efter att det inte har möjlighet att återhämta sig fram till slutstationen. De riskerar även att störa andra tåg som då också blir försenade. Dessa platser uppstår främst där långsammare persontåg är planerade av att avgå kort efter ett snabbare persontåg. Om det snabbare tåget blir något sent riskerar det då att hamna efter det långsammare tåget. Typiskt för dessa platser är att regionaltåg eller pendeltåg har start eller vändstationer där, men det kan även vara där dessa tåg kommer in från anslutande banor.

Den kritiska punkt som identifierats påverkar Västra stambanan mest är Alingsås station där pendeltågen vänder tillbaka in mot Göteborg. De är ofta schemalagda att avgå strax efter snabbtågen. Om snabbtåget är försenat när det kommer in till Alingsås brukar tre olika situationer uppstå. Antingen prioriteras snabbtåget framför pendeltåget vilket skapar förseningar för pendeltåget, eller så prioriteras pendeltåget så att snabbtåget får ligga bakom pendeltåget hela vägen in till Göteborg och får ofta en försening på ytterligare ca 10 minuter, eller så prioriteras pendeltåget men snabbtåget får möjlighet att köra om pendeltåget i Floda eller Lerum och kan minska sin merförsening något (Sköld & Solinen, 2019).

Sköld och Solinen (2019) har även identifierat följande som ytterligare kritiska punkter längs med Västra stambanan.

- För södergående tåg: Järna, Flen, Hallsberg, Töreboda, Skövde, Falköping, Herrljunga, Floda - För norrgående tåg: Falköping, Gårdsjö, Laxå, Hallsberg, Katrineholm, Gnesta, Järna.

2.3

Kapacitet, punktlighet och robusthet på järnväg

I tågtrafiken eftersträvas högt utnyttjande av järnvägens kapacitet. Däremot innebär ett högt kapacitetsutnyttjande att tågens tidtabell är känslig för störningar och därav ej robust, vilket kan leda till förseningar och låg punktlighet för tågen. Därför fordras en avvägning mellan kapacitetsutnyttjande och robusthet i tidtabellen (Lusby, et al., 2018).

2.3.1 Kapacitet

Kapaciteten kan definieras av hur stor förmåga en bana har att transportera personer och gods med tåg. Kapaciteten mäts vanligen genom antal tåglägen per timme eller dygn och kan bero av många olika parametrar så som exempelvis anläggningens utformning med antal spår, stationsområden, placering av signaler samt vilken typ av trafik som trafikerar banan med hastighetsrestriktioner, uppehållsmönster mm (Trafikverket, 2019b).

Figur 5. Kapacitetsbalans – Parametrar som påverkar kapaciteten beroende på tågtypsammansättning (UIC, 2004)

Ett sätt att se på kapacitet är genom modellen för ”kapacitetsbalans”, visat i Figur 5. Här illustreras ett exempel på hur antal tåg (per tidsenhet), medelhastighet, heterogenitet och stabilitet beror av vilken typ av tåg som körs. Med heterogenitet menas variationen i tågtyper/fordon för en viss bana och med stabilitet menas robustheten, det vill säga hur väl systemet klarar mindre förseningar. Kapaciteten beskrivs således av beroendet mellan dessa parametrar. Kapacitetsutnyttjandet definieras av punkternas placering på varje axel och kapaciteten visas som längden av linjerna (UIC, 2004). Från figuren kan utläsas att tunnelbanesystemet där samma typ av tåg körs har en låg heterogenitet och låg medelhastighet med många uppehåll men däremot går många tåg och det finns en hög stabilitet i systemet, medan för ett system med blandad trafik är variationen i tågtyper hög, likaså medelhastigheten, men antalet tåg som kan gå minskar tillsammans med stabiliteten.

Kapacitetsutnyttjande för järnväg är ett mått hur högt belastad infrastrukturen är och mäts genom att se hur stor andel av tiden en bandel är belagd med tåg. Man brukar mäta belastning både per dygn och under en tvåtimmarsperiod för de två mest intensiva timmarna på dygnet. Resultatet kan sedan delas in i högt, medel och lågt kapacitetsutnyttjande, där högt motsvarar en utnyttjandegrad på >80%, medel 61–80% och lågt <60%. Vid ett högt utnyttjande är störningskänsligheten hög, medelhastigheten blir lägre och det är svårt att få in till exempel underhållsarbete. Vid medelhögt utnyttjande är trafikmängden mer i balans men det kan fortfarande vara svårt att få in tider för underhåll på banan. Vid lågt utnyttjande finns utrymmer för ytterligare trafik och underhåll (Lundström, et al., 2019).

Figur 6. Här visas kapacitetsutnyttjandet på Västra stambanan, årsuppföljning av 2017. Grön=lågt

kapacitetsutnyttjande, gul = medelhögt kapacitetsutnyttjande och röd = högt kapacitetsutnyttjande (Sköld & Solinen, 2019).

I Figur 6 visas kapacitetsutnyttjandet på Västra stambanan under 2017. En nyttjandegrad på över 100% är i praktiken inte möjligt, det kan lösas genom att lägga på ett gångtidspåslag för de snabbaste tågen (Sköld & Solinen, 2019). Informationen i denna figur är nu några år gammal och kommer därför vidare beaktas med viss försiktighet men kan ändå tänkas ge en indikation av kapacitetsläget för de olika delarna på Västra stambanan. Enligt Figur 6 är kapacitetsutnyttjandet på en god nivå mellan Stockholm och Järna, stundvis högre mellan Järna och Hallsberg och mycket hög mellan Falköping och Göteborg.

Nelldal, et al. (2009) listar följande fem faktorer som påverkar kapaciteten: infrastrukturen, signalsystemet, trafikstrukturen, fordonen och punktligheten. För infrastrukturen spelar stor roll om det är enkelspår, dubbelspår eller fyrspår och hur stationer, terminaler och knutpunkter är utformade. Beroende på signalsystemets utformning och uppbyggnad regleras hur tätt inpå varandra tågen kan köra, det vill säga vad som är ett tillräckligt avstånd ur säkerhetssynpunkt. Genom att minska längden på blocksträckorna (de rälssektioner som ockuperas när ett tåg befinner sig på dem, vilket medför att ett annat tåg inte kan befinna sig på samma sektion just då) kan tågen köra tätare och kapaciteten öka, men då krävs också fler mellanliggande signaler. Trafikstrukturens påverkan på kapaciteten visas nedan i Figur 7, vilken tydligt illustrerar hur det går att köra fler tåg vid mer homogen trafik. Fordonens prestanda spelar också viss roll, inte minst för godstrafiken. Med starkare lok och fler vagnar kan mer gods fraktas i samma tåg-set och med bibehållen hastighet. Vad gäller persontåg kan faktorer som antal sittplatser per vagn eller meter, antal vagnar, tågets vikt, motorernas effekt per ton spela stor roll för kapaciteten. Tillåten högsta hastighet och bromsförmåga är också viktigt.

Figur 7. Trafikstrukturen för tre olika trafiksammansättningar i grafisk tidtabell. I rött visas snabbtåg och i grönt godståg. Avstånd på y-axeln och tid på x-axeln.

Ett i teorin enkelt sätt att öka kapaciteten på järnvägen är att bygga ut infrastrukturen genom till exempel fler spår. Men i praktiken tar detta tid, blir dyrt och kanske inte alltid ens är möjligt, exempelvis i flaskhalsar och stationsområden där utrymmet är begränsat. Det är därför fördelaktigt att arbeta med mer produktionsbaserade åtgärder. Genom att justera driften av tågen istället är det möjligt att åstadkomma en kapacitetsökning, men på befintlig infrastruktur. På så sätt kan den befintliga infrastrukturen användas effektivare, men utan lika stora investeringskostnader (Lüthi, et al., 2007).

För att minska påverkan från förseningar och skapa robustare tidtabeller, lägger planerare till en bufferttid utöver headwaytiden i tidtabellen. Men ökad bufferttid reducerar kapaciteten, och förhållandet mellan tillräckligt mycket bufferttid och hög kapacitet tycks vara en ständig balansgång (Lüthi, et al., 2007).

2.3.2 Punktlighet och robusthet

Punktlighet är det viktigaste måttet Trafikverket har för att mäta förseningar och evaluera tågtrafikens kvalitet (Joborn & Ranjbar, 2019). I resultatrapporten från TTT används två olika mått för att mäta punktlighet. Det ena måttet kallas sammanvägt tillförlitlighetsmått, förkortat STM (5). Detta mått förklarar andelen planerade avgångar som ankommer inom fem minuter efter tidtabell. Tåg som ställs in samma dag som skulle ha avgått ingår även i detta mått. Dessa akut inställda tåg bidrar alltså till en minskad punktlighet. Det andra måttet kallas rätt tid, förkortat RT+5. Med detta mått avses istället den andel tåg som ankommit till slutstation inom fem minuter efter tidtabell. Skillnaden är att inställda tåg inte ingår i RT+5. (Gummesson, 2019).

För att ytterligare förklara begreppet punktlighet ur ett resenärsperspektiv, kan det beskrivas med hänsyn till huruvida en resenär startar sin resa och anländer till sin slutstation vid de tidpunkter som var planerat i tidtabellen (Nyström, 2005). Det kan även beskrivas som andelen tåg som avgår eller anländer vid en plats inom ett visst intervall från den förväntade avgångs- eller ankomsttiden. Detta intervall kan variera mellan länder, tågtyper och operatörer. (Sipilä, 2015) Trafikverket har satt intervallet till fem minuter för långdistanståg i Sverige (Gummesson, 2019).

Enligt Sipilä (2015) kan robusthet i en tidtabell definieras som förmågan för ett tåg att återhämta sig från en mindre försening och därtill hindra förseningen från att öka eller sprida sig till andra tåg.

Parametrar som kan beaktas när det gäller robusthet är bland annat tidstillägg, headway och heterogenitet.

Robusthet på järnvägen används för att förkorta den verkliga restiden, trots att ett robust system inte har fullt tekniskt kapacitetsutnyttjande. Detta är för att ett system med fullt kapacitetsutnyttjande, som inte har exempelvis extra tidstillägg, har kortare gångtider i tidtabellen. Men på grund av att ett sådant system inte är robust blir de verkliga gångtiderna i genomsnitt längre eftersom det i större utsträckning bildas förseningar och merförseningar till följd av störningar. Därför bidrar en robust tidtabell till kortare verkliga restider snarare än en tidtabell som tar vara på hela kapaciteten (Lusby, et al., 2018).

2.3.3 Förseningar

Oförutsedda händelser på järnvägen genererar störningar och därmed förseningar för tågen. För att punktligheten ska kunna öka till 95% måste störningstimmarna halveras. Men eftersom störningar kan vara komplicerade att eliminera kan istället tidtabellen anpassas för att kunna hantera dessa störningar (Gummesson, 2019). Vidare definieras förseningar som differensen mellan den planerade och den verkliga ankomsttiden till en driftplats (Joborn & Ranjbar, 2019). Ett medelvärde för förseningar kan därtill skattas ifrån genomsnittet av avvikelser från tidtabellen (Sipilä, 2015).

En merförsening uppstår då förseningen för ett tåg ökar. Om merförseningen orsakas av ett annat tåg som är försenat kallas det för en sekundär merförsening, i annat fall kallas den för primär merförsening. Förseningar orsakas av händelser, medan störningar är själva ökningen av försening. Alla störningar som är minst tre minuter registreras och den händelse som orsakade störningen identifieras. Alla störningar tillsammans adderas till den totala störningstiden (Joborn & Ranjbar, 2019).

Störningar delas in i tre storlekar; mindre störningar, medelstora störningar och stora störningar. De mindre störningarna är vanligt förekommande på i princip varje tågtur och storleken är endast ett par minuter. I dagsläget förekommer nodtillägg i tidtabellen för att tågen ska kunna återhämta sig efter dessa mindre störningar. De störningar som är fem till 15 minuter klassas som medelstora. I dagens läge kan tågen ibland återhämta sig från en medelstor störning, men risken finns att snabbare tåg hamnar i fel lucka och blir fast bakom ett långsammare tåg. Detta bidrar då till merförseningar. En mer robust tidtabell som minskar risken för att tåg hamnar i fel lucka skulle kunna förhindra dessa medelstora störningar. Slutligen finns stora störningar, som innebär merförseningar på mer än 15 minuter. Dessa störningar är ofta oväntade och kan bero på problem med infrastrukturen som exempelvis växelfel eller så kan de vara relaterade till järnvägsföretagen i form av fordonsfel eller personalbrist. Vidare kan stora störningarna uppstå på grund av obehöriga personer på spåret och de konsekvenser som orsakas av det. I vissa fall måste då tågen stanna helt och hållet under lång tid. Eftersom de stora störningarna är oväntade och omfattningen varierar mycket, kan en tidtabell inte vara tillräckligt robust för att kunna ta igen en sådan störning (Sköld & Solinen, 2019).

En typ av händelse som orsakar förseningar är oplanerade stopp, vilket innebär att stoppet inte är planerat i tidtabellen (Joborn, 2014). Dessa oplanerade stopp kan bidra till stora förseningar för vissa tåg. Exempelvis har X2-vagnarna relativt långsam acceleration. Det innebär att ett oplanerat stopp för sådana tåg skapar en relativt stor merförsening eftersom det tar lång tid för tåget att accelerera upp till önskad hastighet igen (Nelldal, et al., 2008).

En annan orsak till förseningar kan vara godståg som avgår för tidigt. Enligt Gummesson (2019) avgår cirka 20 procent av godstågen fem minuter före eller efter sin planerade avgångstid. Nästan hälften av alla godståg avgår dock minst 15 minuter innan tidtabell. Dessa tidiga avgångar resulterar i viss problematik. En sådan är att inga störningar registreras vid försening om tåget fortfarande är före tidtabell. Det kan då resultera i att gångtiden är betydligt längre än planerat utan att det märks av på störningsregistreringen (Gummesson, 2019).

En undersökning utförd av TTT visar att gångtiden för ett godståg som avgår minst tre timmar före tidtabell ökar med knappt en timme. Tågen som avgår relativt tidsenligt med tidtabellen (fem minuter före – 15 minuter efter) har den kortaste gångtiden. Dessa tidiga godståg skapar störningar för andra tåg. Utifrån ett medelvärde från 2013 – 2018 kan det konstateras att nästan en fjärdedel av godståg är minst 6 minuter före sin tidtabell vid ett störningstillfälle. Därtill är knappt en tredjedel av godstågen i tid (+/- 5 minuter) och knappt 40 procent är försenade vid ett störningstillfälle. Data saknas för resterande tåg (Gummesson, 2019).

Övriga orsaker till störningar och förseningar kan vara naturhändelser som kraftigt snöfall, stora snömängder, isbildning och bränder. Ytterligare orsaker kan bero av kontaktledningen, rälsen, sen avgång från depå samt följdorsaker (Gummesson, 2019).

2.3.4 Åtgärder för förbättrad punktlighet

I resultatrapporten för TTT ges ytterligare exempel på områden som påverkar tågtrafikens punktlighet. Förutom området Trafik- och resursplanering, där Nya konstruktionsregler för Västra stambanan ingår, lyfts även områdena Infrastruktur, Avgångstider och noder, Banarbete, Obehöriga i spår, Operativ trafikering, Från utland och Fordon fram. Tillsammans står dessa effektområden för ca 80% av störningstimmarna i järnvägssystemet. Även Trafikinformation vid stört läge tas upp som ett effektområde eftersom det ökar förtroendet för det svenska järnvägssystemet, trots att det inte har någon direkt påverkan på punktligheten i sig (Gummesson, 2019).

I arbetet med de Nya konstruktionsreglerna för Västra stambanan har förutom de tidigare nämnda strategierna för ökad robusthet (addera gångtidstillägg i körplanen, addera marginaltid mellan tåg som använder samma spår (headwaymarginal), ökad överrensstämmelse mellan planerad och faktisk gångtid/uppehållstid) ytterligare relaterade faktorer observerats. Där nämns vikten av att den operativa trafikledningen också är insatt i robusthetsarbetet för att de ska kunna förstå konstruktionen och därigenom göra rätt prioriteringar vid störningar. Anpassningen till banarbeten i tågplanen tas också upp då det visat sig att flera banarbeten och händelser på Västra stambanan påverkat tågtrafiken med förseningar i hög grad. Vidare poängteras även järnvägsföretagens ansvar som en punkt i

robusthetsarbetet. Trafikverket ansvarar för infrastruktur, trafikledning samt ansökan och planering av trafikeringen. Järnvägsföretagens ansvar inkluderar bland annat att det upplägg man ansöker om inte ska ha för snäva omlopp, korta uppehållstider och marginaltider. Ett störningskänsligt upplägg påverkar inte bara den egna punktligheten utan riskerar att störa robustheten i hela systemet. Järnvägsföretagen bör tänka över hur tågen i kritiska punkter kan riskera att påverka varandra och se järnvägen som ett helhetssystem, inte bara tänka på sitt eget trafikupplägg (Sköld & Solinen, 2019).

2.4

Tidtabellskonstruktion

Vid konstruktion av tidtabell är det många aspekter att beakta och det finns olika strategier för att ta fram en bra tidtabell. Enligt Hansen (2009) används tidtabeller för att kunna samordna tåg och andra resurser så effektivt som möjligt. Effektiviteten indikerar då hur väl utbudet av tågtrafik stämmer överens med efterfrågan från främst resenärer, men även andra aktörer som exempelvis tågoperatörer och godstransporter. Vidare menar Hansen (2009) att kundnöjdheten baseras på bland annat tågets fart, turtäthet, komfort, tillförlitlighet, punktlighet, säkerhet samt hur prisvärd resan är. Flera av dessa faktorer går att justera i tidtabellen.

När en tidtabell konstrueras måste många faktorer beaktas. Naturligtvis behöver efterfrågan tillgodoses, eftersom utbudet ska vara tillräckligt för resenärerna. Resenärernas efterfrågan varierar även under dagen, veckan och året. Därtill finns det begränsningar i infrastrukturen när det gäller antal spår samt stationer. Likaså bör omloppstid för tåg tas i beaktning, därtill huruvida tåg är tillgängliga och vilken prestanda de har. Slutligen är det viktigt att ta hänsyn till anslutningar och väntetider för resenärer. Väntetiden bör vara så kort som möjligt, men samtidigt tillräckligt lång för att de resande inte ska missa sin anslutning vid mindre störningar (Sipilä, 2015).

2.4.1 Strategier för tidtabellskonstruktion

Som tidigare nämnt finns olika strategier för tidtabellskonstruktion. En sådan är periodisk tidtabell. Som namnet antyder har den periodiska tidtabellen återkommande avgångstider i perioder eller cyklar. En cykel kan exempelvis vara 60 minuter. Denna strategi används främst för användarvänlighet eftersom det underlättar för resenären att komma ihåg när avgångarna äger rum, samtidigt som det underlättar för personalen som hanterar trafiken. En påbyggnad av periodisk tidtabell är att tabellen även är symmetrisk. Symmetri i det här fallet betyder att de tågen som går i motsatt riktning möts på sträckan vid samma tid och plats vid varje tur. Detta fenomen underlättar för transportbyten (Hansen, 2009).

Liknande de faktorer som Hansen (2009) nämnde för kundnöjdhet finns även liknande faktorer som påverkar kvalitén av en tidtabell. Dessa faktorer innefattar turtäthet, regularitet, exakta och verklighetstrogna kör- och uppehållstidertider, tillräckliga återhämtningstider som inte är överdimensionerade, kortaste headway mellan tåg och planerad väntetid. Med planerad väntetid menas tidsskillnaden mellan den planerade gångtiden i tidtabellen och den önskade gångtiden, som ett tåg hade kunnat ha om det inte hade konflikter med andra tåg. Vidare förklarar Hansen (2009) inverkan av alla de nämnda parametrarna har på tidtabellens kvalitet.

Turtätheten påverkar linjens attraktivitet för kunderna och även kostnaderna för operatören. En hög turtäthet medför hög attraktivitet för kunderna men även höga kostnader för operatören eftersom det kräver många tåg och mycket personal. En god turtäthet för regionala passagerartåg är cirka tre avgångar per timme, medan två avgångar per timme är tillräckligt för att ett nationellt tåg ska ha en god standard. En sämre turtäthet uppstår dock vid ett tåg per timme för regionala tåg respektive mindre än ett tåg för de nationella. Vad det gäller godståg kan två dagliga avgångar anses vara bra. Däremot är turtätheten bristfällig om det går mindre än ett tåg per dygn för regional- och nationella tåg (Hansen, 2009).

Regularitet är särskilt viktigt på linjer med hög turtäthet för att undvika trängsel både på perronger och tåg. Regularitet kan enkelt beräknas med hjälp av standardavvikelse. Ju mindre standardavvikelsen är för avgångarna, desto högre är regulariteten för en linje (Hansen, 2009).

Väntetid för tåg på järnvägen kan vara både planerad eller oplanerad. Den planerade väntetiden kan bero på att ett tåg måste vänta in ett annat antingen på banan eller vid slutstation eller andra begränsningar i tidtabellen. Den planerade väntetiden kan även användas för att utvärdera en tidtabells kvalitet. Oplanerad väntetid uppstår däremot vid störningar som kan orsakas av exempelvis tekniskt fel eller olyckor relaterade till järnvägen. Den totala väntetiden ökar generellt exponentiellt med ökat antal tåg på banan (Hansen, 2009).

2.4.2 Viktiga parametrar vid tidtabellskonstruktion

I TTT:s resultatrapport för 2019, lyfts tre parametrar upp som anses viktiga att beakta vid konstruktion av tidtabell. Dessa är som tidigare nämnt headway, tidstillägg och uppehållstid (Gummesson, 2019), vilka är de parametrar som prövas i detta arbete. Takttidtabell, som även har nämnts tidigare beskrivs även i denna del, då det är en möjlig väg till ökad punktlighet.

2.4.2.1 Headway

Headway är tidsavståndet mellan två tåg. För att förtydliga är det tiden mellan att ett tåg passerar en punkt på banan tills att nästkommande tåg passerar samma punkt (Nelldal, et al., 2009).

Teknisk headway motsvarar det kortaste tidsavståndet som är nödvändigt för att tågen ska kunna köra säkert på banan (Trafikverket, 2019b). Teknisk headway regleras av blockeringstider (se Figur 8). Blockeringstiden skapas genom att addera nödvändig tid runt tågens läge som gör att tågen ska kunna färdas säkert utan att riskera att köra ikapp tåget innan och därmed få röda signal (Hansen, 2009).

Denna blockeringstid beror till stor del av banans signalsystem. Signalerna på järnvägen delar upp banan i blocksträckor. Endast ett tåg i taget kan trafikera en sådan sträcka. Det är alltså dessa blocksträckor som avgör blockeringstiden och därav kortaste möjliga, det vill säga tekniska headway för tågen. Blockeringstiden varierar beroende på avstånd mellan signaler samt tågens hastighet (Nelldal, et al., 2009).

Figur 8. De grå rutorna representerar de blockeringstider som Tåg 1 respektive 2 medför på olika

blocksträckor, vilket ger upphov till den tekniska headway mellan de två tågen. Det syns i figuren att det krävs ett glapp mellan blockeringstiderna tidigare på sträckan för att de inte ska överlappa varandra senare (baserad på Spönemann & Wendler, 2010).

Eftersom teknisk headway inte inkluderar någon tidsmarginal och är därmed mycket störningskänslig, tillämpas istället praktisk headway i tidtabellen. Praktisk headway är som regel längre än den tekniska för att skapa ett mer robust system (Trafikverket, 2019b).

I rapporten Riktlinjer täthet mellan tåg radar Trafikverket upp den minsta rekommenderade praktiska headway vid olika sträckor på Västra stambanan. Dessa avstånd varierar från två minuter vid Stockholm C – Stockholm S till fem minuter vid Järna – Flen och Falköping – Alingsås. De har även reglerat tiden för minsta avstånd vid förbigång mellan Järna och Göteborg till fyra minuter (Mattisson, 2019). För de fullständiga riktlinjerna för täthet mellan tåg, se Bilaga 1 Utdrag ur Riktlinjer täthet mellan tåg.

2.4.2.2 Tidstillägg

Med tidstillägg menas att extra körtid läggs till i tidtabellen för de inplanerade tågen (Lindfeldt, 2015). Till att börja med ingår en så kallad förarmarginal på 3% i tidstillägget som kompenserar för den mänskliga faktorn (Trafikverket, 2019b). Ett ytterligare tidstillägg, även kallade nodtillägg, fungerar som ett sätt för tågen att ha möjlighet att köra ikapp vid en mindre störning på en sträcka utan att följdförseningar uppstår. Efter rekommendationer av UIC (Internationella järnvägsunionen) är det vanligt att planera in 7% tilläggstid på järnvägssträckor. För att skapa en mer anpassad tilläggstid för sträckan i fråga, kan standardavvikelsen för körtiderna på sträckan användas för att se hur de varierar och utifrån den informationen kunna ta beslut för en bättre lämpad tilläggstid (Hansen, 2009).

Det positiva med tidstillägg är att tidtabellens robusthet ökar. Men en nackdel är att körtiden på sträckan ökar, vilket är negativt framför allt ur resenärsperspektiv. Vid stora knutpunkter och nära ändstationer är det vanligt att addera tilläggstid för att minska risken för merförsening eller försening till slutstation (Lindfeldt, 2015).

Gångtid för tåg inkluderar grundgångtid, banarbetstillägg, trängseltillägg, nodtillägg,

retardationstillägg samt tillägg vid avvikande huvudspår. Nodtillägg innebär det tidstillägg som är nödvändigt för att ett tåg ska klara av vissa störningar utan att komma efter sin tidtabellskanal och överensstämmer därför med det tidstillägg som behandlas i detta arbete (Broberg, 2016). I Trafikverkets rapport Nya konstruktionsregler för Västra stambanan (2019) presenteras hur gångtids-/nodtillägg ska fördelas enligt Tabell 1 och Tabell 2 nedan.

Tabell 1. Tidstillägg för norrgående persontåg.

Sträcka Antal nodminuter

Göteborg C – Falköping C 1 Falköping C – Laxå 2 Laxå – Hallsberg 1 Hallsberg – Katrineholm C 2 Flen – Gnesta 1 Gnesta – Stockholm C 1

Tabell 2. Tidstillägg för södergående persontåg.

Sträcka Antal nodminuter

Stockholm C – Järna 1 Järna – Katrineholm C 1 Katrineholm C – Hallsberg 1 Hallsberg – Skövde C 1 Skövde C – Falköping C 1 Falköping C – Alingsås 2 Alingsås – Floda 1

Enligt en simulering utförd av Sipilä (2015) gav ökat tidstillägg och headway ökad punktligheten på Västra stambanan. Detta stämde för båda riktningarna, men framför allt i nordlig riktning (Göteborg – Stockholm) där punktligheten ökade från cirka 75% till knappt 85% vid slutstation (Stockholm C) i båda fallen. Vid minskat tidstillägg minskade punktligheten väsentligt i båda riktningarna.

2.4.2.3 Uppehållstid

Uppehållstid för tåg kan beskrivas som tiden ett tåg står still vid en station för passagerarutbyte. Vanligtvis kan det definieras som tiden från att dörrarna har öppnats till att dörrarna har stängts. Eftersom uppehållstiden är till för att låta passagerare stiga på och av tåget, är det troligtvis passagerarna som orsakar de flesta variationerna i den faktiska uppehållstiden (Poung, 2000). På grund av dessa variationer är det passagerarnas högsta observerade på- och avstigningstid som är grunden för den planerade uppehållstiden i tidtabellen. Det gör att vissa störningar kan uppstå utan att det leder till en försening för tåget enligt tidtabell. Om den maximala på- och avstigningstiden konsekvent skulle minska, kan även den planerade uppehållstiden reduceras (Douglas, 2012).