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OpenTrack - Simulation of Railway Networks Andrew B. Nash IVT - ETH Zurich [email protected]

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Page 1: OpenTrack - Simulation of Railway Networks1 1 1 Betriebsstelle * 0, 1 Stations-querschnitt betriebsstellengebiet bezeichnung sucheFahrwege() l nge steigung kilometrierung radius querschnitt

OpenTrack - Simulation of Railway Networks

Andrew B. NashIVT - ETH Zurich

[email protected]

Page 2: OpenTrack - Simulation of Railway Networks1 1 1 Betriebsstelle * 0, 1 Stations-querschnitt betriebsstellengebiet bezeichnung sucheFahrwege() l nge steigung kilometrierung radius querschnitt

Agenda

• Overview

• Railway Planning

• OpenTrack Description

• OpenTrack Uses & Examples

• Q&A

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Challenge of Railway Planning

Optimization

Products

Rolling Stock Infrastructure

Optimize and Trade-Off:

Infrastructure, Rolling Stock and Operations.... within Budget and Physical Constraints

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Railway Simulation: A Critical Tool

• Understanding Capacity

• Interrelated Infrastructure - Operations - Rolling Stock

• High Cost of Improvements

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Suite of Analysis Tools

• Viriato - Timetable and service planning

• OpenTrack - Operational simulation

• OpenTimetable - Schedule analysis (real data)

OpenTrack Partners’ approach: Use several different tools together in the planning process.

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RailML - Project

infrastructure

timetable

rollingstockrailml

• Development of a standard mark-up language (XML) for use in railway applications.

• Objective: Simplify use of multiple applications in railway planning and applications.

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What is OpenTrack?

• A virtual Railway Laboratory

• A Tool to bring the Railway Reality into your Office

• A Tool to manage, simulate, evaluate and document your Railway Projects

• A Tool to communicate with your Clients, the Authority, ...

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What is simulated?

• All important Processes on a given Railway Network

• Train Movements (Position, Speed, ...)

• Behaviour of the Signalling System (Signals, Routes)

• Dispatching of Train Services (Priorities, ...)

• Delays, Failures and Incidents

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Typical Tasks

• Comparing future Infrastructure Scenarios

• Analyzing the Capacity of Lines and Stations

• Rolling Stock Studies (e.g. future Rolling Stock)

• Timetable Construction, Robustness Analysis

• Analyzing various Signalling Systems

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Our Partners: Railway Operators

SBB CFF FFS

Berne, Switzerland

Lisbon, PortugalChur, Switzerland

Burgdorf, Switzerland Adelaide, Australia

Zoetermeer, The NetherlandsFrankfurt, Germany

Borlänge, Sweden

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Our Partners: Consultancies

Wallisellen, Switzerland

Winterthur, Switzerland

Berlin & Erlangen, Germany

Berlin, Germany

Zurich, Switzerland

Zurich, Switzerland

Berlin, Germany

Dresden, Germany

Lisbon, Portugal

Monselice, ItalyZurich, Switzerland

Zurich, Switzerland

Sydney, Australia

Birmingham, United KingdomMünchen, Germany

Utrecht, The Netherlands

London, United Kingdom

Root-Lengenbold, Switzerland

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Input Output

Diagrams

Train Graph

22032201 2205

(111)

(112)

221

222

(113)

Track 1

Track 2

Track 3

08:00 08:30 09:00

0

10

20

30

40

08:00 09:00 10:00

km/h

100

50

00 10 20 4030 km

km

Occupations

Statistics

s

200

100

0

PE

W

ZE

T

OB

E

WE

D

ZE

T

WE

D

IGG

PE

W

8000

8000

2001

2003

8002

111

103

8002

Course ID Station Arrival Departure Wait

HH:MM:SS 08:20:00 0IGGIC 5000

08:24:00 08:25:00 60YPSIC 5000

HH:MM:SS HH:MM:SS 0PEWIC 5000

HH:MM:SS HH:MM:SS 0GRSIC 5000

HH:MM:SS 08:38:00 60AATIC 5000

HH:MM:SS 08:31:00 30OBEIC 5000

08:55:00 HH:MM:SS 60WEDIC 5000

Station A

S2

S5S3

S4

S1

S6

S7

S8

Rolling Stock

Infrastructure

Timetable

Simulation

RE 8002

IC 101

150

50

0

100 200

250

300

km/h220.0

Animation

Interactivity

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Input Data: Rolling Stock

50 100 150 [km/h]

0

50

100

150

200

250

300

350

[kN]

bad

normal

good

BR 189

AC 15kV / 25 kV

DC 3.0 kV

DC 1.5 kV

Tractive Effort / Speed - DiagramsBR 189 of DB AG

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Input Data: Infrastructure

S2

S1 S3

S4

S5

S6

W1 W2

S8

S7 S9

S10

S11

W3K1 K2

Knoten Kante

nachbar

2 0..2

Topologieelement

Signal

*

1

1

1

Betriebsstelle

* 0, 1

Stations-querschnitt

betriebsstellengebiet

bezeichnung

sucheFahrwege()

länge

steigung

kilometrierung

radius

querschnitt

ausrüstung

geoinformationen

eigentümer

ausrüstung

infoAusbreitung

typ

öffnen()

schliessen()

Mehrfachsignal

Hauptsignal

wechsleInfo()

spurweite

Strecken-geschwindigkeit

1..* 1..*Signalinformation

aktu

elle

Info

rmation

1..*

1

{sub

set}

erlaubeFahrt()

verhindereFahrt()

KontinuierlichesSignal

Station

/nachbarKnoten

/nachbarStationen

{abstrakt}

/belegung

richtung

geschwindigkeit

Mathematical Model: Double Vertex Graph

Data Model: UML (e.g. Class Diagram)

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Model / Animation: Infrastructure

355

354

352

351

569

.

353

! !

08

FR10000

RE10003

IC200

Olten

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Output: Diagrams (Speed, Acc. / Distance)

S-Bahn Zurich

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Output: Diagrams (Time/Distance)

S-Bahn Zurich(Moving Block)

Time / Distance

13:10 13:20 13:30 13:40 Time

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

[km]

Zetthausen

Aathal

Ypslikon

Iggswil

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Output: Timetable / Train Graph

TH

GW

SP

RE

IK

WE

N

FR

FR

SP

FR

D

ST

GE

VI

BR

SG

AA

IS VA

R

MO

GN

PR

E

DO

DO

II

10.00 10.00

.10 .10

.20 .20

.30 .30

.40 .40

.50 .50

11.00 11.00

.10 .10

.20 .20

.30 .30

.40 .40

.50 .50

12.00 12.00

53837

2133

3945

43065

9653

51452

4383551439

2154

1827

4748

53836

51362

1825

826

1826

43855

3846

951

94038

4747

941

43045

940

3965

2144

4737

835

44148

44043

1941

2143

51342

51459

833

1828

53944

4923

51349

4924

4926

43946831

1829

9664

830

53045

950

44058

53857

53025

44063

4758

53856

43966

1822

43854

1942

1952

38

43834 4921

37

4415336

44168

1951

53964

44038

832

53065

1824

BLS AlptransitNew Base Tunnel

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Output: Train Graph / Blocking Time Stairway Station Z

Station Y

Station T

Station U

Station V

08.00

08.00

.10

.10

.20

.20

.30

.30

.40

.40

.50

.50

09.00

09.00

.10

.10

.20

.20

.30

.30

.40

.40

.50

.50

10.00

10.00

IC4007

IC4006

IC4005

IC4004

IC4003

FR

35001

IC4001

IC4000

SE

60000

RE

10003

RE

10002

RE

10001

RE

10000

FR

35003

10

FR

35002

IC4002

FR

35000

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Output: Timetable (planned vs. actual)STATZ

STATY

STATT

STATU

STATV

08.00

08.00

.10

.10

.20

.20

.30

.30

.40

.40

.50

.50

09.00

09.00

IC4003

FR

35001

IC4001

IC4000

FR

40002

FR

40001

FR

40000

RE

10001

RE

10000

IC4002

FR

35000

FR

40003

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Output: Delay Statistics

0

100

200

300

400

500

[s]

PEW

PEW

IGG

IGG

IGG

IGG

PEW

PEW

YPS

YPS

8003

8001

20002

20000

8002

8000

20003

20001

20000

20002

0

100

200

300

400

500

[s]

8003

8001

20002

20000

8002

8000

20003

20001

all Delays

average Delay per Train

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Simulation of Incidents and Failures

Definition of Failures and Incidents

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Simulation of Incidents and Failures

Simulation Results

Sch

ipo

l

RA

No

rth

RA

So

uth

Ro

tte

rda

m

07.00 07.00

.10 .10

.20 .20

.30 .30

.40 .40

.50 .50

08.00 08.00

.10 .10

.20 .20

.30 .30

.40 .40

.50 .50

09.00 09.00 DR5

IN9

DR6

IN8

IN12

IL6

IN7

IN6

IL5

IN11

IN5

DR3

IN4

IN10

DC5

DR4

DC4

IL4

DC3

IL3 DC2

DR1

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OpenTrack: Advantages

• Easy to use and understand

• Accurately simulates railway operations

•Wide variety of output formats and data

• Can be easily customized for particular user needs

• RailML compatibility

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OpenTrack: Applications

• Strategic

• Tactical

• Operational

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OpenTrack: Stategic Planning Example

• Objective: Optimize infrastructure in Basel region to take full advantage of new St. Gotthard Pass Basis Tunnel.

• Analyze: Infrastructure plans and development scenarios; Operational changes (e.g. train length); Schedule changes.

Basel Region Evaluation

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OpenTrack: Tactical/Operational Planning Example

• Objective: Develop plan for major infrastructure renewal project.

• Cross Country Route (Birmingham – Sheffield)

• Operations analysis (over 2,000 trains/3 hour period)

• Analyze: Impact of track possessions; Optimize work plans for each possessions; Develop contingency plans.

Network Rail Route Modernization (Great Britain)

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OpenTrack: Questions / More Information

http://www.opentrack.ch

[email protected]

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Projects 1 (Switzerland)

• Capacity Study of the Zurich Region

• Simulation S-Bahn Berne

• Line Basel - Olten

• Line Olten - Lucerne (ETCS Level 2)

• New SBB-Line Mattstetten-Rothrist (ETCS Level 2)

• Simulation of the Bruenig-Line (Rackrail)

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Projects 2 (Europe)

• Simulation of the Lübeck Region (Germany)

• Simulation of the Basle Region (Germany)

• Maglev: Ruhrgebiet (Germany)

• Vattenfall Europe Mining Network (Germany)

• Simulation of the Freight Terminal Graz (Austria)

• Liaison Rapide Normandie Val de Seine (France)

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Projects 3 (Europe)

• Carillion Newport South Wales (UK)

• Simulation Amey Rail (UK)

• Manchester Metrolink (UK)

• Simulation HSL Zuid (The Netherlands)

• Portuguese Main Line Lisbon-Porto (Portugal)

• Light Rail System (Turkey)

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Projects 4 (Asia, Australia, South America)

• Fast Rail Project Victoria: Ballarat Line (Australia)

• Simulation of the Latrobe Valley (Australia)

• Express Rail Link Kuala Lumpur (Malaysia)

• MRTA Bangkok (Thailand)

• Shanghai Metro - Light Rail System (China)

• Metro Maracaibo (Venezuela)

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Q&A