Contributions to the improvement of capacity in urban railway lines

Abstract

Hoy en día el transporte ferroviario se halla inmerso en el proceso de mejorar elementos como su eficiencia, nivel de satisfacción del usuario, calidad del servicio y capacidad. En relación a este último, muchas instalaciones están alcanzando sus niveles máximos de capacidad permitida y las proyecciones futura muestran que esta tendencia continuará durante los próximos años. Por lo tanto, es de gran importancia que los gestores de infraestructuras ferroviarias se enfrenten al reto de evaluar la capacidad disponible en las instalaciones que gestionan y tomen decisiones con el objetivo de incrementar su capacidad disponible. Pero este incremento de capacidad tiende a ser un proceso que es muy intensivo en capital, por lo tanto anticipar las inversiones por adelantado es normalmente obligatorio ya que estas implementaciones requieren tiempos de planificación y ejecución que tienden a ser muy largos. Asimismo, la financiación es complicada en ocasiones y sujeta a vientos políticos que pueden ser muchas veces bastante variables. Por lo tanto, antes de arrancar costos programas de incremento de capacidad como comprar de nuevo material rodante, actualización o mejora de sistemas de señalización o incluso líneas completamente nuevas, se deben considerar otras soluciones más rentables. Para ello, y por tanto antes de decidir entre diferentes proyectos para aumentar la capacidad de la línea, los gestores de infraestructura deben de usar Indicadores de Capacidad que les permitan elegir eficientemente entre las diferentes opciones que tienen a su disposición. Específicamente, en lo que respecta a líneas ferroviarias urbanas, estas líneas tienen en común características que hace difícil la aplicación de Indicadores de Capacidad estándar. Éstas son: -Los tiempos de parada en andenes tienen un gran impacto en la capacidad, debido a su variabilidad y a los altos valores que estos pueden alcanzar en estaciones saturadas especialmente durante la hora punta del servicio. El impacto de este efecto se incrementa de manera importante en líneas urbanas ya que estas tienden a tener interestaciones cortas, típicamente de unos 800m. Esto implica que los tiempos de parada tienen un efecto destacable en los tiempos de recorrido mínimos de los trenes. -En líneas urbanas que están cercanas a la saturación durante la hora punta, es frecuente que el movimiento de tren se vea afectado por las circulaciones previas en la línea. Esto genera un efecto colateral que afecta la capacidad de la línea haciéndola distinta a la inicialmente planificada en el horario definido por el operador de la línea. El trabajo presente muestra 2 aproximaciones distintas que permiten obtener mayores niveles de capacidad en instalaciones ferroviarias existentes. La primera aproximación se basa en el análisis de la información incierta en relación con el cálculo de la capacidad. Esta primera aproximación utiliza Modelado Borroso para modelar la incertidumbre relacionada con los tiempos de parada en estaciones. La segunda aproximación se basa en el análisis de la capacidad de la línea en condiciones perturbadas mediante el uso de Indicadores Dinámicos que permiten obtener información adicional la cuál es útil para los operadores y gestores de la infraestructura.

Railway transport is nowadays in the process of improving elements like its efficiency, level of customer satisfaction, quality of service and capacity. Regarding the latter, many installations are reaching their maximum allowed capacity levels and future projections show that this trend will continue into the following years. Thus, it is of prime importance that railway infrastructure managers face as soon as possible the challenge of reevaluating their available capacity and take decisions in order to increase the available capacity in the railway installations that they manage. But this capacity expansion tends to be a process that is very intensive in capital, therefore planning the investments well in advance is normally mandatory as its implementation needs planning and execution times that tend to be long. Also, financing is sometimes complicated and subject to political winds that can be many times quite variable. Therefore, before starting costly capacity increase programs through the purchase of new Rolling Stock, refurbishing or update of Signaling Systems or even completely new lines, other much more cost-effective solutions must be considered. To do so, and therefore before deciding among different projects to expand line capacity, infrastructure managers need to use capacity indicators that allow them to choose efficiently the available options that they have at their disposal. Specifically, when it comes to urban railway lines, these lines have some common features that make it difficult to apply standard capacity indicators. These are: -Dwell Times at stations have a huge impact in capacity, due to their variability and the high values they can reach in crowded stations specially during the rush hour of the service. The impact of this effect is dramatically increased as urban lines tend to have very short sections between stations; in urban sections the average distance between stations is typically about 800m. This implies that Dwell Times have a remarkable effect on minimum running times of trains. -In urban lines that are close to saturation during the rush hour, it is frequent that train movements are disrupted by the previous train in the line. This generates a knock-on effect that affects line capacity making it different than the one initially planned in the train schedule defined by the line operator. The present work shows two different approaches that allow obtaining higher levels of capacity from existing railway installations. The first approach is based on the analysis of uncertain information regarding the capacity calculation. This first approach uses Fuzzy Techniques to model uncertainty regarding Dwell Times in stations. The second approach is based on the analysis of the capacity of the line in disturbed conditions by means of Dynamic Indicators that allow giving additional information which is useful for the infrastructure operators and managers.