Suomen rautatieverkoston robustisuus aiheesittely Samu Kilpinen 23 02

Suomen rautatieverkoston robustisuus (aihe-esittely) Samu Kilpinen 23. 02. 2015 Ohjaaja: Eeva Vilkkumaa Valvoja: Ahti Salo Työn saa tallentaa ja julkistaa Aalto-yliopiston avoimilla verkkosivuilla. Muilta osin kaikki oikeudet pidätetään.

Rautatieverkosto • Rautatie on erinomainen tapa kuljettaa suuria ihmis- ja hyödykemääriä – Käyttöä etenkin poikkeustilanteissa • Rautatieverkoston suorituskykyä voidaan mitata sen maksimikapasiteetilla – Kuinka paljon matkustajia / hyödykkeitä verkon läpi voidaan enintään kuljettaa?

Vikaantumiset rautatieverkostossa • Rautatieverkosto voidaan mallintaa verkkona, jossa solmut (asemat) on liitetty toisiinsa kaarilla (rataosuuksilla) • Verkon solmut ja kaaret voivat vikaantua esim. sääolosuhteiden tai hyökkäyksen takia • On tärkeää tunnistaa ne verkon osat, joiden vikaantuminen alentaa verkon suorituskykyä eniten Yhdysvaltojen ilmavoimille tehty mallinnus Neuvostoliiton rautatieverkostosta (Ford & Fulkerson 1954)

Maksimivirtaustehtävä • Rautatieverkon maksimikapasiteetin määrittäminen voidaan muotoilla maksimivirtaustehtävänä • Ongelmana etsiä mahdollisimman suuri virtaus lähteestä nieluun s. e. kapasiteetteja ei ylitetä Virtaus maksimissa / kapasiteetti 4 20/20 10/10 Lähde 30/40 Nielu 20/20 10/10 20/30 2 0/40 3 20/20 Esimerkin maksimivirtaus on 60

Vikaantumisten vaikutus suorituskykyyn • Tilanne mallinnetaan poistamalla vikaantuneet osat ja ratkaisemalla uuden tehtävän maksimivirtaus Virtaus maksimissa / kapasiteetti 4 10/20 10/10 Lähde 20/40 Nielu 20/20 0/0 20/30 2 0/40 3 20/20 Maksimivirtaus=50 vrt. ehjän verkoston 60, ≈17% ero suorituskyvyssä

Työn tavoitteet • Työssä tutkitaan Suomen rautatieverkoston robustisuutta eli sietokykyä vikaantumisille – Mikä on verkon odotusarvoinen suorituskyky eri osien vikaantumistodennäköisyyksien valossa? – Minkä verkon osien vikaantuminen alentaa suorituskykyä eniten? – Mitä riskienhallintatoimenpiteitä olisi syytä harkita verkon robustisuuden parantamiseksi? Liikenneviraston Suomen rautatietilasto 2013

Menetelmät ja työkalut • Rataverkon mallinnus ja rataosuuksien maksimikapasiteettien likimääräinen arviointi Liikenneviraston datan perusteella • Maksimivirtaustehtävän muodostaminen ja ratkaisu R: n igraph-kirjaston avulla • Riskienhallintatoimenpiteiden tarkastelu päätösanalyyttisin menetelmin (Kangaspunta & Salo 2014)

Aikataulu • • Aihe-esittely 2/15 Menetelmiin syventyminen ja mallin rakentaminen 3/15 Kirjoittaminen 4/15 Valmis työ 20. 4. 2015

Tietolähteet • A. N. Tolstoi: Transportation Planning, Volume I, Transpechat NKPS, 1930 • L. R. Ford, Jr, D. R. Fulkerson: A Simple Algorithm for finding Maximal Network Flows and an Application to the Hitchcock Problem, Research Memorandum RM-1604, The Rand Corporation, 1954 • A. Schrijver: On the history of the transportation and maximum flow problems, Mathematical Programming, 2002 • J. Kangaspunta, A. Salo: A Resource Allocation Model for Improving the Resilience of Critical Transportation Systems, Manuscript, 2014