Prioritization of trains

Det foretas nesten 60 millioner reiser med tog per år i Norge. Disse reisende har det til felles at fremføringen av togene de reiste med ble ledet av togledere ved ulike togledersentraler. Bedre togledelse gir økt punktlighet og regularitet. Bedre pun ktlighet og regularitet er til umiddelbar glede og nytte for de millioner som reiser med tog hvert år og for de som sender gods med jernbane. Imidlertid fører også bedret punktlighet til at en slipper å sette av kapasitet i nettverket til å håndtere mangl ende punktlighet. Med bedre togledelse kan en oppnå bedre punktlighet som igjen gjør det mulig å frigi kapasitet til å kjøre flere tog enn det som ellers vil kunne være mulig. Resultatet er at de reisende kan få et bedre tilbud med hyppigere avganger med mer punktlige tog, noe som erfaringsmessig fører til at flere velger tog fremfor det mindre miljøvennlige alternativet bilen. En annen konsekvens er at samfunnet får økt avkastning på investeringene i svært kostbar jernbaneinfrastruktur, ikke bare de inve steringer som allerede er gjort, men også alle fremtidige investeringer! For å finne ut hvordan dagens togledelse gjennomføres har SINTEF utarbeidet rapporten "Hvordan gjennomføres togledelse i Norge?". Rapporten beskriver hvordan Jernbaneverkets togl edelse er organisert, hvilke prioriteringsregler som benyttes og muligheten den enkelte togleder har til å se bort fra prioriteringsreglene. Videre ser rapporten på hva som kan bidra til at Jernbaneverkets togledelse kan ta enda bedre beslutninger. R apporten peker blant annet på at det er nokså stor variasjon i måten de ulike toglederne velger å forholde seg til eksisterende prioriteringsregler. Noen ganger kan være vanskelig for den enkelte togleder og togledersentral å kunne ta koordinerte beslutni nger som er best mulig for systemet som helhet. Dette er ikke overraskende med tanke på den betydelige problemkompleksiteten det er knyttet til å ta gode beslutninger for fremføringen av mange titalls tog i løpet av sekunder og minutter. En måte for å hjelpe togledelsen til å bli enda bedre kan være ved å skaffe verktøy som i sanntid gir råd om hvordan togene best kan fremføres. Et slikt verktøy gjør det mulig for togledelsen å ta bedre og mer koordinerte beslutninger. Forskning på området viser at av anserte matematiske modeller kan benyttes til å gi slik beslutningsstøtte. Rapporten "Fremtidens togledelse" går inn på hvordan slike optimeringsverktøy virker og hvordan de skiller seg fra den tradisjonelle toglederrollen. Imidlertid er rapportens vi ktigste bidrag å komme med innspill til hvilke mål slike beslutningsstøtteverktøy bør styre etter og forsøke å overse konsekvensene av ulike målsetninger. Også innen akademia er det stort fokus på hvordan en kan utvikle avanserte matematiske modeller f or bedre togledelse. Den sterke interessen for dette problemet kom blant annet til utrykk i den amerikanske operasjonsanalyseforeningens årlige konkurranse for å løse jernbanerelaterte problemer. I 2012 deltok forskere fra SINTEF i denne konkurransen med artikkelen "Solving the dispatching problem on multi-track territories by mixed integer linear programming". SINTEFs bidrag viste seg å være den tilnærming som gav de beste løsningene, fant løsningene raskest og kunne forventes å best kunne skaleres opp til enda vanskeligere planleggingsproblemer. Kommunikasjon av resultater og dialog med andre forskere bidrar til å evaluere forskningen, samt gi nye ideer og innspill som igjen kan gi bedre beslutningsstøtte for togledelsen. I prosjektet "Prioritiz ation of trains" har en prioritert denne type publisering for å sikre at det som utvikles er helt i forskningsfront. Prosjektet har deltatt på konferanser samt publisert artikler som beskriver metoder for å løse slike svært vanskelige problemer enda raske re enn det som til nå har vært mulig, noe som igjen kan gi bedre togledelse som igjen kan bidra til økt punktlighet og regularitet.

Railroad infrastructure has a number of highly utilized sections through which many trains have to pass. Administrative rules enforced by the infrastructure manager (Jernbaneverket) help to sequence the train traffic. Unfortunately, these rules are static and cannot take into account consequences of prioritizing a certain train for other train traffic. Also, they do not work well for a congested system such that deviations from the rules are frequent to get all trains through a bottleneck without too much delay. However, the sequencing of trains at one location will also affect sequencing and utilization of other bottlenecks. Delays may quickly propagate throughout the day and the network. For a manual dispatcher it is very hard to assess the effects of a local decision on other parts of the network and other times of the day. This project will develop optimization based decision support tools for the dispatchers at the infrastructure manager, helping them to find good decisions for sequencing trains thr ough a portfolio of bottlenecks. The underlying mathematical model will be based on maximizing socio-economic utility rather than just focusing on improving the utilization of some bottlenecks. We extend previous work to look at more than one bottleneck at a time. This ensures that trains get priority either because this is more beneficial to society as a whole or because it improves punctuality and regularity and, thus, the value of a portfolio of some other trains. Another significant difference to pr evious work is that we combine economic theory with operations research methods. This will help to create better sequencing decisions but makes it also possible to later connect these decisions to incentive mechanisms aimed at the actors in this industry. The decision support tool is planned to be used as part of the daily operations in the Norwegian railway system, resulting in higher infrastructure utilization and improved on-time performance.