Dynamic traffic assignment for railway : the 4th report in the project Joint planning of temporary capacity restrictions and railway traffic flow, a model study

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