Performance Comparison Between the Dutch and European Signalling System at Bottlenecks
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Performance comparison between the Dutch and European signalling system at bottlenecks Final report Graduation Thesis Nico Huurman, January 2013 Performance comparison between the Dutch and European signalling system at bottlenecks Graduation Thesis MSc in Civil Engineering Student Name: Nico (N.T.J.) Huurman Student number: 1275437 E-mail: [email protected] University Delft University of Technology (Technische Universiteit Delft) Faculty of Civil Engineering and Geosciences Department of Transport & Planning Company ARCADIS Nederland BV Divisie Mobiliteit Marktgroep Rail Team Railverkeerstechniek Graduation committee Prof. dr. ir. Bart (B.) van Arem TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Department Transport & Planning Prof. dr. ir. Rolf (R.P.B.J.) Dollevoet TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Section Road & Railway Engineering Dr. Rob (R.M.P.) Goverde TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Department Transport & Planning Prof.Dr.-Ing. Ingo (I.A.) Hansen TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Department Transport & Planning Ing. Rikus (H.) Koops Arcadis, Adviseur/Specialist Railverkeerstechniek & Railverkeerskunde Ir. Paul (P.B.L.) Wiggenraad TU Delft, Faculty of Civil Engineering and Geosciences, Department Transport & Planning ii Preface This document sketches the results of my graduation thesis research on the comparison of minimum headway times at bottleneck situations between the Dutch and the European train protection system. The aim of this MSc thesis research is to compare the found headway times for the current NS’54 block system with ATB-EG train protection and the ETCS L2 train protection system. The research will search for improved positioning of signals and block limit for both systems to enable a smaller time headway at common conflict points. The research has been done in cooperation with the engineering company Arcadis. In practice, the research has been performed at the team of Railverkeerstechniek in the period starting from July 2012 until January 2013. This team specialises in the early stages of the design of railway extensions and refurbishments. In this early phase, the focus is on high and medium-level design choices and their influence on the capacity and flexibility of a line. The issue of improved running and headway times as a result of better signal positioning is of high interest for this department. The results of this research can be used as reference in future signal designs at conflict points. I would like to express my gratitude to my supervisor at Arcadis, Rikus Koops. He has been the person that proposed the possibility to research the chosen subject at the team of Railverkeerstechniek at Arcadis. During the research, he has given valuable feedback to improve the practical value of the research results for the company Arcadis. I would like thank all members of my graduation committee from the TU Delft. Especially the very constructive feedback from Rob Goverde has sharpened my view on the subject and improved my use of the academic terminology in the research field. Also the remarks and suggestions of the other committee members have helped me to improve the structure and clarity of this report. I would like to underline my appreciation of the pleasant and productive working atmosphere with the colleagues at the Arcadis office in Amersfoort. I would like to specifically mention my direct neighbours, Giovanni Landman and Robbert van Vooren. In many cases their quick and adequate answers to my questions have sped up my research. Also the many discussions I had with different Arcadis colleagues on current topics in the Dutch rail practice broadened my view and contributed to my general knowledge in this field. Nico Huurman iii Abstract In this research a comparison has been made between on one side the Dutch signalling system with ATB-EG train protection and on the other side the European signalling system ETCS Level 2. The minimum feasible headway times at bottlenecks for both systems have been compared. A selection has been made of the 22 most relevant train sequences on six often occurring infrastructure layouts. For each layout, the positioning of signals (for ATB) or block limits (for ETCS) has been sought that leads to the lowest feasible headway time for between one and four train sequences. To enable fast calculation and comparison of the headway times at different signal positionings a spreadsheet calculation model has been developed for both signalling systems. In 15 of the 22 train sequences, the European system ETCS L2 yielded a shorter headway time than the Dutch system ATB-EG. The improvements ranged from 1,1s to 21,3s, which corresponds to savings of up to 21%. In the other 7 train sequences, the headway times found in this research for ETCS L2 were higher than those that could be reached in the Dutch signalling system when applying the appropriate signal positions. When averaged over all 22 train sequences, ETCS L2 gives a 4,5% reduction of the headway time. When only averaging the 16 train sequences that don’t involve freight trains, the reduction more than doubles to an average of 9,3%. The main differences between the two signalling systems that contribute to the better performance of the European system are the fact that the braking curves are block-independent, train-dependant and speed-dependant and that there is a very low minimum block length. The research presented three types of limitations that could prevent signals from being placed on the exact location where they would be needed (level crossings, overhead section breaks and neutral overhead section breaks) and investigated the sensitivity of the found minimum headway times, which showed that the values found for ETCS L2 are much more robust and that the required block limit positionings contain much more flexibility. The results from the research were applied on the corridor Weesp – Almere Oostvaarders, showing again that ETCS would bring more buffer time increases and require less infrastructure adaptations. To improve the accuracy of future studies comparing the Dutch and European signalling systems, focus should be put on obtaining more certainty about the ETCS braking curves of the representative Dutch passenger rolling stock. iv Samenvatting De Nederlandse overheid, ProRail en de Nederlandse Spoorwegen hebben de gezamenlijke ambitie om de basisfrequentie van Intercity en Sprinter treinen te verhogen van vier naar zes keer per uur op de belangrijkste corridors van het Nederlandse spoornetwerk. Deze hogere frequentie van passagierstreinen dient gecombineerd te worden met een robuuste routering van meer treinpaden voor goederentreinen. De gezamenlijke ambitie staat beschreven in het Programma Hoogfrequent Spoor (PHS). De toegenomen hoeveelheid passagiers- en goederentreinen zal een nog grotere belasting vormen op het al intensief gebruikte netwerk. Om extra capaciteit te creëren bij kritieke flessenhalzen zouden extra sporen en ongelijkvloerse kruisingen kunnen worden gebouwd, maar dit vergt aanzienlijke investeringen. Een andere manier om de capaciteit te vergroten is het aanpassen van het seinsysteem dat zorgt voor een veilige afwikkeling van de treinen. Om een grotere capaciteit te bereiken bij flessenhalzen zonder de aanleg van extra sporen dienen de treinen korter achter elkaar te gaan rijden. Dit moet uiteraard mogelijk worden gemaakt zonder in te leveren op het bestaande veiligheidsniveau. Het seinsysteem heeft als taak om te allen tijde een veilige afstand tussen de treinen te garanderen. Aanpassingen aan dit systeem kunnen leiden tot een situatie waarin treinen elkaar op kortere afstand kunnen volgen zonder dat de veiligheid vermindert. Dit onderzoek bekijkt en vergelijkt twee hoofdrichtingen waarin het seinsysteem kan worden aangepast. De eerste richting is een aanpassing van de posities van de seinen in het bestaande Nederlandse seinsysteem, bestaande uit het NS’54 lichtseinstelsel en Automatische TreinBeïnvloeding – Eerste Generatie. De tweede richting is het toepassen van het Europese seinsysteem ERTMS, meer specifiek de variant ETCS Level 2. Een verbeterde plaatsing van de seinen in het Nederlandse seinsysteem, waarin meer gebruik wordt gemaakt van korte bloksecties, kan leiden tot een hogere capaciteit door de bloktijd van de kritieke bloksecties en daarmee ook de minimale opvolgtijd tussen kritieke treinparen te verminderen. Het Europese seinsysteem heeft aan andere werkwijze, het maakt gebruik van treinafhankelijke remcurves en radiocommunicatie in plaats van lichtseinen, wat ook kan leiden tot kortere opvolgtijden tussen kritieke treinparen. Dit onderzoek heeft als doel het vinden van een verbeterde seinplaatsing voor het Nederlandse seinsysteem voor een set van gebruikelijke flessenhalssituaties. Het doel is om de besparingen in de opvolgtijden die op die manier bereikt kunnen worden te kwantificeren en om de optimale locatie van de kritieke seinen en de plaatsingsvrijheid van de minder kritieke seinen te bepalen. Voor dezelfde set flessenhalssituaties worden de opvolgtijden die haalbaar zijn met het Europese cabineseinsysteem ETCS L2 gekwantificeerd. De opvolgtijd wordt berekend voor in totaal 22 treinopvolgingen op een selectie van zes representatieve gebruikelijke flessenhalssituaties, drie situaties met een uittakkend wissel en de drie gespiegelde situaties met een intakkend wissel. Voor zowel het Europese als het Nederlandse seinsysteem worden de seinposities (in geval van ETCS “blokgrensposities”