Togforsinkelser kan udryddes med algoritmer og logik

Det sker på de mest ubelejlige tidspunkter: Når man som pendler og togrejsende har allermest travlt, er sent på den på vej til arbejde, eller det er en særlig kold vinterdag at vente på perronen, sætter en signalfejl eller et nedbrudt togsæt sig gerne på tværs, og toget er forsinket.

Forsinkelserne er et problem for passagererne. Men det er de også for samfundet, hvis forsinkelserne får pendlere til at vælge bilen og vejene i stedet med trafikpropper og mere forurening til følge.

Men sådan behøver det ikke at være, mener en gruppe danske forskere.

Planlægningssystemer giver mere robusthed

Signalfejl, svigtende togsæt, passagerer der blokerer dørene, nedfaldne eller stjålne kabler, blade og sne på skinnerne og meget andet, der kan gå galt, vil nok blive ved med at gå galt. Men mange af forsinkelserne kan forhindres.

Det viser en række forskningsresultater fra forskergruppen, der siden 2012 har arbejdet på metoder til at undgå togforsinkelser.

Forskningsprojektet hedder RobustRailS og er finansieret af Innovationsfonden.

»Vores forskning viser, at man næsten uden at bruge penge kan få meget mere robusthed ved at lave bedre planlægningssystemer,« siger David Pisinger, der er professor på DTU Management Engineering på Danmarks Tekniske Universitet (DTU) og har ledet projektet.

Forskningsresultater er klar til at blive implementeret

David Pisinger har arbejdet på at bekæmpe togforsinkelser siden 2012, sammen med, hvad han beskriver som, »stort set alle hjørner af dansk togforskning«.

De sidste dele af projektet afsluttes i oktober 2016, men ifølge forskerne har de allerede afgørende forskningsresultater klar, der kan være med til at forbedre togdriften, hvis de bliver implementeret af politikere, Banedanmark og DSB.

Forskningen fra RobustRailS-projektet har vundet en række internationale priser, og de udviklede metoder spænder fra mere robuste køreplaner til bedre kommunikationssystemer og fra automatiske beregninger af bedre nødkøreplaner til en ny måde at forhindre, at to tog kommer på kollisionskurs.

»Vi skal sikre både at togene kører til tiden, at de er hurtige og at de er komfortable. Komfort ved jeg ikke noget om, men rettidighed og hastighed kan man regne på, så det kan vi kigge på som ingeniører,« siger David Pisinger.

DSB ser stort potentiale i metoderne

Også i DSB, der har været industripartner i forskningsprojektet, ser man stort potentiale i de nye metoder til at forhindre forsinkelser.

»De har nået resultater, som vi vil bringe videre. Vi skal modne dem og bygge dem ind i en praktisk kontekst, men det er vigtigt, at vi nu har fået metoderne på plads,« siger Julie Jespersen Groth, der er chef i afdelingen for udvikling og optimering i DSB og har været involveret i forskningsprojektet.

Algoritme udregner perfekte nødkøreplaner

Et af gennembruddene er en ny, automatisk metode til at lave nødkøreplaner, når noget går galt, og en forsinkelse opstår.

En ph.d.-studerende, Jørgen Haahr, der har været en del af forskningsprojektet, har vist, at nødkøreplaner, der er perfekt tilpasset situationen, kan beregnes af en computeralgoritme på få minutter.

Når et tog i dag bryder sammen på S-togsnettet, har man ifølge David Pisinger en række forberedte nødkøreplaner klar. Så når et tog går i stå ved Hellerup Station, slår alle op på en bestemt side i en nødkøreplan, der aflyser og ændrer en række togafgange.

Men fordi nødkøreplanerne ikke er tilpasset den specifikke situation, fører de tit til mange flere aflysninger eller forsinkelser, end hvad der er nødvendigt.

»Det kan man gøre bedre, for hvis man ved præcis, hvor togene står på nuværende tidspunkt, hvilket materiel der er til rådighed, og hvad det er for en lille fejl, der forårsager forsinkelsen, så kan man planlægge sig meget bedre ud af det,« siger David Pisinger.

Nødkøreplanen er tilpasset den specifikke situation

Samtidig med at algoritmen kan beregne en nødkøreplan, der passer til den specifikke situation - at et tog holder stille og blokerer et spor ved Hellerup for eksempel - og sikrer så få forsinkelser som muligt, sikrer den også, at alle tog ender det rigtige sted i landet sidst på dagen.

Den egenskab er modsat de nuværende køreplaner, hvor togpersonale ofte må bruge natten på at flytte togsæt til det rigtige sted, når en nødkøreplan har været i brug.

»Det gør, at man kan træffe en beslutning meget hurtigt, der dels sikrer, at man ikke aflyser for mange tog, og samtidig sikrer, at togene ender der, hvor de skal være, når dagen er forbi. Det, synes jeg selv, er et rigtigt stort bidrag, fordi man kan foretage stor, integreret planlægning i realtid og kan forlade gammeldags nødkøreplaner,« siger David Pisinger.

Læs også: Dokumentation: Toget ændrede verden

DSB kan ikke bruge algoriten endnu

Forskerne har blandt andet vist, at algoritmen kan lave en nødkøreplan eller beslutningsstøtte til materiel disponering, som det egentlig hedder, der kan fungere på S-togsbanen i København. Hos DSB ser man da også potentiale i metoden.

»Det er vanskeligt at sætte tal på potentialet, men der er ingen tvivl om, at det er fremtiden at gå ind at yde automatisk beslutningsstøtte,» siger Julie Jespersen Groth fra DSB.

Hun påpeger dog, at DSB ikke bare kan tage algoritmen i brug fra den ene dag til den anden. Der skal først sikres hurtigere og automatisk kommunikation fra togene, så algoritmen har noget at regne på.

»Der er meget, der skal falde på plads først. Vi skal have gode nok data i realtid, som kommer automatisk ind, så man ikke skal vente på mundtlige informationer. Men jeg tror langsomt, vi begynder at lave noget, der minder om Jørgen Haahrs metoder,« siger Julie Jespersen Groth.

Indlagte buffere skal optimere køreplanerne

En anden del af forskningen har samtidig fokuseret på at beregne mere optimale køreplaner, der skal forhindre, at en lille forsinkelse, for eksempel fra en passager der kommer for sent ind gennem dørene, ikke vokser sig større.

Dilemmaet er at udnytte de eksisterende resourcer, det vil sige tog, skinner og medarbejdere, bedst muligt, men samtidig indlægge plads til at forsinkelser kan indhentes.

Ifølge David Pisinger er det hverken optimalt, at man bruger resourcerne fuldt ud, eller at man har for mange togsæt stående stille i reserve til at kunne tage sig af eventuelle forsinkelser.

»Det er klart, at hvis man presser citronen til det yderste, har man ikke et særligt robust system. Hvis man kører med meget kort tid mellem togene, og hvis man kører med den størst mulige hastighed, har man ikke mulighed for at indhente småforsinkelser, så det handler om at indlægge buffere i systemet. Men indlægger man buffere, gør det også systemet dyrere. Meget af vores forskning handler om at anbringe bufferne de rigtige steder,« siger David Pisinger.

Beregning af sikker kørsel

Mens forsinkelser kan være irriterende, skal vi nok også være glade for nogle af dem, for de handler tit om sikkerhed.

Signalerne langs skinnerne sikrer, at to tog aldrig bliver sendt på kollisionskurs på samme stykke af skinnerne. Når et signal eller sporskifte går i stykker, medfører det derfor næsten automatisk forsinkelser.

Men forskerne fra RobustRailS har udviklet en ny måde at beregne, om det er sikkert at sende et tog af sted.

Gigantisk regnestykke skal gøres mere dynamisk

I dag er sikkerheden på skinnerne sikret af et gigantisk regnestykke, der indeholder alle tænkelige kombinationer af tog på forskellige strækninger og indstillinger af sporskifter, signaler og så videre.

Alt dette er samlet i en tabel, kaldet en »interlocking-tabel«, der fortæller, hvornår et tog sikkert kan køre frem, og hvornår det ikke kan. Et computersystem sikrer, at der er rødt lys for de tog, der ifølge tabellen ikke må køre.

Men er der sporarbejde, eller går et signal i stykker, ændrer det forudsætningerne for tabellen. Og uden tabellen er man nødt til at stoppe togene eller køre med væsentligt nedsat hastighed.

»Som man kan forestille sig, er det et enormt arbejde at beregne samtlige kombinationsmuligheder af sporskifter, grønne og røde lys, og tog, der kommer den ene og den anden vej. Hidtil har det været sådan, at når man først fik lavet sådan en tabel, lavede man ikke om på den, fordi det er så enormt svært. Dér vil vi gerne have noget meget mere dynamisk, der kan tilpasses løbende til den givne situation,« siger David Pisinger.

Ny metode opretholder trafikken løbende

I stedet for at have ét stort regnestykke benytter forskerne bag RobustRailS sig af matematiske induktionsbeviser for at udregne, om det er sikkert, at et tog kører frem.

Metoden kombinerer induktionsbeviser med det, der hedder SMT-baseret modeltjek, og gør det muligt hurtigt at udregne, hvad der er sikkert, hvis et signal svigter og må tages ud af systemet.

»Det er vigtigt at have metoder, der er 100 procent pålidelige, og som kan beregne det hurtigt. Der, hvor jeg ser visionen, er, at man ikke behøver at aflyse alting, når materiellet går i stykker, men kan udregne en ny interlocking-tabel for de dele, der virker, så man stadig kan opretholde trafikken. Jeg ser et stort perspektiv i nye metoder, der kan sikre mod kollisioner, men som kan beregne det løbende,« siger David Pisinger.

Forskerne har desuden arbejdet med metoder til at sikre, at fyldte tog får højere prioritet end tomme tog, ligesom de har undersøgt bedre kommunikationssystemer.

Hollandsk forsker: Internationalt potentiale

Forskningsprojektets resultater har også tiltrukket sig opmærksomhed i udlandet. På Erasmus University Rotterdam mener Dennis Huisman, der er professor i optimering af offentlig transport, at forskningsresultaterne vil kunne være med til at gøre tog mere attraktive for passagererne.

»Der er mange grunde til, at folk tager toget eller lader være, men mere præcise tog kan sikre flere passagerer,« siger Dennis Huisman.

Han påpeger, at for eksempel muligheden for, at algoritmer hurtigt kan beregne nødkøreplaner, vil kunne sikre færre forsinkelser, når noget går galt.

»Det er vigtigt, at man reagerer hurtigt på forsinkelser, for jo hurtigere man reagerer, desto mindre bliver problemet, og jo længere man venter med at reagere, desto større vokser problemet sig,« siger Dennis Huisman.

Han mener, at resultaterne fra RobustRailS også har potentiale til at forbedre togdriften internationalt.

»Meget af deres research vil kunne bruges til mange former for togsystemer og måske endda også metroer. Overordnet er deres forskning state of the art inden for en række forskellige dele af togdriften, og dele af deres forskning vil være interessante at implementere i virkeligheden,« siger Dennis Huisman.

Markant bedre togdrift i fremtiden

Mere beskeden er David Pisinger.

»Vores bidrag er bare et lille bidrag til en stor revolution, der sker inden for togverdenen. Men jeg synes da, vi kan være stolte af en del resultater,» siger David Pisinger.

Han forventer, at vi vil få markant bedre togdrift i fremtiden.

»Jeg ville ønske, at jeg kunne sige, at et tog aldrig ville blive forsinket mere, og at man kunne stille sit ur efter, hvornår toget fra Aalborg ankommer, men der findes ikke nogen hellig gral til at sikre totalt pålidelige tog. Fejl vil opstå, men det gælder om lynhurtigt at reparere dem. Computerbaserede værktøjer, der hurtigt kan hjælpe med at genoprette planen, mener jeg, er vejen, vi skal gå,« siger David Pisinger.