Z tego rozdziału dowiesz się:

• Dlaczego w ramach planowania transportu korzysta się z modeli matematycznych?
• Czym jest Pasażerski Model Transportowy i w jaki sposób się wykorzystuje?
• Kto może korzystać z PMT?

Ogólnie przyjętym i stosowanym w wielu krajach standardem w obszarze planowania transportu jest modelowanie popytu za pomocą zaawansowanych modeli matematycznych. W tym celu wykorzystuje się rozbudowane narzędzia informatyczne, które pozwalają na przetwarzanie różnorodnych danych w celu określenia ile osób i ładunków będzie w przyszłości poruszać się z wykorzystaniem istniejącej i planowanej infrastruktury. W przypadku inwestycji prowadzonych na istniejącej infrastrukturze, w szczególności dla przypadków mało złożonych, historycznie stosowane były tzw. wskaźnikowe metody prognozowania ruchu, oparte zasadniczo o badanie ruchu w stanie istniejącym i jego przetworzenie z wykorzystaniem różnych współczynników przeliczeniowych (np. ich zmiana wskaźnikowa w powiązaniu np. z dynamiką PKB). Stosowanie metod wskaźnikowych nie jest jednak możliwe w przypadku bardziej skomplikowanych systemów infrastrukturalnych. Metody wskaźnikowe nie sprawdzą się również w przypadku budowy infrastruktury transportowej w nowym śladzie (czyli poza istniejącymi korytarzami), dlatego że w stanie istniejącym po prostu nie istnieje na niej ruch (jest równy 0). Dlatego współczesnym standardem w ramach prognozowania ruchu kolejowego w Polsce jest, że są one wykonywane z wykorzystaniem modeli makrosymulacyjnych opracowanych w specjalistycznym oprogramowaniu.

Model ruchu jest matematycznym odwzorowaniem obrazu przemieszczeń osób i/lub towarów w założonym obszarze (np. kraj, województwo, aglomeracja) w przyjętej jednostce czasu (np. doba, godzina szczytu). Model ruchu to narzędzie informatyczno-inżynierskie mające wkład z badań socjologicznych, które za pomocą odpowiednich formuł matematycznych odwzorowuje procesy zachodzące w systemie transportowym. Model ruchu w swojej podstawowej formie przedstawiany jest jako obraz natężeń ruchu występujących na obszarze sieci infrastruktury w transporcie indywidualnym i zbiorowym. Pozwala on na odwzorowanie przemieszczeń z wykorzystaniem różnych środków transportu, np. samochodów osobowych, ciężarowych, autobusów, pociągów, statków powietrznych, statków żeglugi śródlądowej i morskiej. W porównaniu z bardziej szczegółową mikrosymulacją model ten umożliwia całościowe spojrzenie na sposób funkcjonowania systemu transportowego, zdiagnozowanie jego istniejących oraz przyszłych problemów, a także ocenę efektywności różnych wariantów planowanych przedsięwzięć inwestycyjnych w transporcie. Dzięki temu planowanie i projektowanie systemu transportowego może odbywać się w sposób rzetelny, efektywny i świadomy.

W ramach projektu HRJ do wykonania analiz i prognoz wykorzystano Pasażerski Model Transportowy, który jest 4-stopniowym modelem międzygałęziowym, a więc obejmującym różne środki transportu co daje możliwość uwzględniania ich komplementarności. Z drugiej strony, pozwala na analizy konkurencyjności transportu kolejowego wobec transportu drogowego czy też lotniczego. Dzięki temu, istotną cechą modelu jest możliwość analizy przepływów pasażerskich w transporcie zbiorowym w porównaniu z prognozowanym natężeniem indywidualnego ruchu drogowego. Pasażerski Model Transportowy został zbudowany w środowisku PTV VISUM, które jest wykorzystywane przez wielu wiodących przewoźników i zarządców infrastruktury (m.in.: w Niemczech, Austrii, Szwajcarii, Holandii, Czechach, Hiszpanii, we Włoszech czy krajach bałtyckich). Prace są realizowane wewnętrznie przez ekspertów CPK od 2019 roku. Bazą dla modelu PMT były prace rozpoczęte w ramach projektu Model Ruchu PKP PLK, które miały miejsce w latach 2014-2019.

Model PMT został podzielony na rejony komunikacyjne (czyli rejony, z i do których poruszają się ludzie) z dokładnością do gmin, przy czym niektóre duże miasta są dodatkowo podzielone na więcej rejonów w celu zwiększenia dokładności odwzorowania źródeł i celów podróży. Zasięg przestrzenny PMT obejmuje terytorium Polski oraz obszary przygraniczne, na co składa się łącznie 2800 rejonów komunikacyjnych. Konieczność objęcia modelem obszarów przygranicznych wynika z potrzeby odwzorowania podróży transgranicznych.

W zakresie warstwy podażowej modelu w PMT wykorzystano różnorodne dane wejściowe, takie jak charakterystyka sieci transportu drogowego i kolejowego, rozkłady jazdy w transporcie autobusowym i kolejowym czy dane o przewozach w transporcie lotniczym. Jednymi z bardziej istotnych danych, jakie umożliwiają prowadzenie analiz z wykorzystaniem modelu, są tzw. zmienne objaśniające. Są to wszystkie dane i wskaźniki społeczno-ekonomiczne oraz charakterystyki związane z zagospodarowaniem przestrzennym analizowanych obszarów, które mają wpływ na wielkość ich potencjałów ruchotwórczych, a co za tym idzie – na wyniki analiz i prognoz ruchu generowanych przez model.

Są to, m.in:

• dane demograficzne obejmujące m.in. liczbę mieszkańców, ich rozmieszczenie wraz ze zjawiskami migracyjnymi, strukturę wiekową itp.
• prognozy dynamiki PKB
• wskaźniki motoryzacji
• liczba miejsc pracy
• powierzchnie biurowe
• powierzchnie noclegowe

Jednym z kluczowych elementów PMT jest model popytu, który został opracowany na podstawie wyników badań zachowań komunikacyjnych ludności (czyli tego, w jaki sposób ludzie korzystają z transportu). Pozyskane dane pochodzą z siedemnastu przeprowadzonych badań lokalnych oraz pozyskanych od GUS wyników badania ogólnokrajowego. Przekłada się to na próbę badania zachowań komunikacyjnych dla ok. 183 tys. osób (ok. 80 tys. gospodarstw domowych). Uwzględnienie powyższych danych pozwoliło na zbudowanie modelu efektywnego, elastycznego i przyjaznego w aktualizacji.

W PMT zawarto dane dla szeregu horyzontów czasowych, obejmujących lata 2019, 2025, 2028, 2030, 2035, 2040, 2050 i 2060.

Model dla roku 2019 (jako ostatni miarodajny okres przed wybuchem pandemii COVID-19 oraz wojny na terytorium Ukrainy) określany jest jako model stanu istniejącego, którego wyniki zostały zweryfikowane na podstawie dostępnych historycznych danych o ruchu w transporcie drogowym, kolejowym i lotniczym. Osiągnięto wysokie miary dopasowania wartości obliczonych przez model w stosunku do danych rzeczywistych, co pozwala stwierdzić, że model wiernie odwzorowuje rzeczywistość.

Dzięki temu wyniki obliczeń PMT dla przyszłych horyzontów czasowych można traktować jako wiarygodne źródło prognoz ruchu na potrzeby analiz transportowych pozwalających ocenić efektywność planowanych inwestycji.

W zakresie modelu sieci kolejowej w PMT odwzorowano szczegółowe parametry infrastruktury kolejowej dla stanu istniejącego (zarówno infrastruktury liniowej, jak i węzłów przesiadkowych) oraz założenia dla horyzontów prognostycznych takie, jak dopuszczalna prędkość, liczba torów, elektryfikacja itp. Precyzyjnie odzwierciedlono lokalizację istniejących oraz planowanych punktów obsługi pasażerów wraz z zakładanymi latami realizacji poszczególnych inwestycji. W PMT zaimplementowano również dedykowany algorytm, który – bazując na szczegółowych parametrach dynamicznych taboru przypisanego do obsługi połączeń oraz zakładanej prędkości – pozwala na oszacowanie czasu przejazdu pociągów po sieci kolejowej w poszczególnych horyzontach czasowych.

W PMT uwzględniono także infrastrukturę transportu lotniczego, wraz z projektowanym portem między Warszawą i Łodzią, planowane nowe linie kolejowe oraz połączenia drogowe przewidziane do realizacji w ciągu najbliższych lat. Prognozowany ruch drogowy rozłożono na planowaną sieć dla roku 2050 (zgodnie z Rządowym Programem Budowy Dróg Krajowych i założeniami dotyczącymi rozwoju sieci drogowej dla dalszych horyzontów czasowych).

Dzięki możliwości prognozowania liczby pasażerów nie tylko na liniach i stacjach kolejowych, ale także w poszczególnych liniach komunikacyjnych, model PMT jest podstawowym narzędziem używanym w pracach nad HRJ. Umożliwia bowiem określanie struktury połączeń oraz częstotliwości i liczby pociągów wymaganych do obsługi prognozowanego zapotrzebowania na przewozy.

Zasady udostępniania PMT

CPK udostępnia nieodpłatnie:

• Raport techniczny szczegółowo opisujący zawartość modelu i sposób jego budowy.
• Pasażerski Model Transportowy wraz z procedurami i zawartymi danymi

Model może być wykorzystywany przez zainteresowane instytucje takie jak: jednostki samorządu terytorialnego, profesjonalne podmioty (firmy konsultingowo-projektowe), przewoźnicy kolejowi czy organizatorzy transportu dla potrzeb planistycznych. W szczególności uwzględnienie uwarunkowań kolejowych zawartych w PMT w działalności planistycznej pozwoli na zharmonizowanie działań służących rozwojowi transportu.

Udostępnienie Pasażerskiego Modelu Transportowego wymaga jedynie zawarcia umowy licencyjnej z CPK.

Szczegółowe informacje dot. Udostępniania PMT zawarte są na stronie internetowej CPK: www.cpk.pl/pl/inwestycja/kolej/pasazerski-model-transportowy.

Z tego rozdziału dowiesz się:

• Po co jest wykonywana analiza ekonomiczna linii komunikacyjnych?
• W jaki sposób weryfikowany był potencjał komercyjny linii komunikacyjnych?

Podstawowym celem analizy ekonomicznej jest podział linii komunikacyjnych na te, które mogą wymagać dopłaty ze strony organizatora przewozów i te, które mogą funkcjonować jako w pełni komercyjne (niewymagające dofinansowania). Uzyskane wyniki są zatem jednym z kluczowych produktów projektu, które na etapie konsultacji rynkowych zostanie przedstawiony i przekazany potencjalnym przewoźnikom. Ponadto analizy takie pomogą oszacować poziom rekompensaty dla połączeń przewidzianych do uruchamiania w ramach umowy o świadczenie usług publicznych (tzw. umowa PSC).

Dane do analizy ekonomicznej linii komunikacyjnych pochodzą z Pasażerskiego Modelu Transportowego.

W jaki sposób weryfikowany był potencjał komercyjny linii komunikacyjnych?

1. Mierniki podstawowe

a) Liczba pasażerów

Pasażer jako jednostka miary transportu to jednostka wyrażająca liczbę osób podróżujących danym pociągiem na danej trasie początek – koniec (origin – destination) w wybranym okresie (np. w dobie/w ciągu roku) bez przesiadek.

b) Praca przewozowa (RPK – Revenue Passenger Kilometers)

Praca przewozowa wyrażana w pasażerokilometrach to podstawowa jednostka miary w transporcie pasażerskim. Jest ona sumą dystansów pokonywanych przez każdego przynoszącego przychód pasażera (RPK – Revenue Passenger Kilometers) i może być przedstawiana w kontekście zarówno pojedynczego pociągu jak i w skali całej sieci.

c) Praca eksploatacyjna

Jest to długość trasy przebyta przez dany skład wyrażona w pociągokilometrach.
Stanowi podstawowy miernik w zakresie eksploatacji.

2. Mierniki związane z podażą

a) Liczba foteli

Liczba foteli to jednostka wyrażająca wielkość oferty (np. w pojedynczym pociągu, w skali całej linii komunikacyjnej lub na całej sieci kolejowej) wystawionej na sprzedaż.

b) Fotelokilometr (ASK – Available Seat Kilometers)

Fotelokilometr (ASK – Available Seat Kilometers) jest iloczynem liczby miejsc w danym pociągu oraz dystansu pokonywanego przez dany pociąg. Jest to jedna z podstawowych jednostek wydajności (zarówno w transporcie kolejowym jak i lotniczym) i jest przedstawiana najczęściej w odniesieniu do całościowej oferty (w tym wypadku może to być linia komunikacyjna bądź cała sieć).

c) Obłożenie: Seat Factor (SF) oraz Load Factor (LF)

Obłożenie może być określone na dwa sposoby. Pierwszym ze sposobów jest wskaźnik SF (ang. Seat Factor) będący ilorazem liczby pasażerów podróżujących na wybranym odcinku oraz całkowitej liczby foteli znajdujących się na pokładzie. Nie jest on jednak bardzo reprezentatywny, gdyż jeden fotel może być wykorzystany więcej niż raz w trakcie jednego kursu. W celu uzyskania bardziej obiektywnej informacji na temat zależności między popytem a podażą stosuje się wskaźnik LF (ang. Load Factor), będący ilorazem pracy przewozowej (wykonanej przez wszystkich pasażerów na danym kursie) i liczby oferowanych fotelokilometrów.

d) Średnia liczba pasażerów w pociągu

Jest to liczba pasażerów, którzy średnio znajdują się w pociągu. Oblicza się ją, dzieląc liczbę pasażerokilometrów przez liczbę kilometrów przebytych przez pociąg (praca przewozowa/praca eksploatacyjna). Może być ona podawana w ujęciu pojedynczego pociągu bądź w skali całej sieci.

3. Mierniki związane z kosztami

a) Koszt uruchomienia pociągu

Kosztem uruchomienia pociągu nazywamy iloczyn kosztów przypadających na 1 pockm i pracy eksploatacyjnej realizowanej we wskazanym okresie. Został on obliczony dla każdej z planowanej linii komunikacyjnych.

b) Koszt za fotelokilometr (CASK – Cost per Available Seat Kilometre) oraz przychód za fotelokilometr (RASK)

Koszt za fotelokilometr (ang. CASK – Cost per Available Seat Kilometre) to podstawowy ekonomiczny wskaźnik kosztowy. Otrzymuje się go w wyniku ilorazu kosztów uruchomienia pociągu i liczby fotelokilometrów w danym pociągu, w danej linii komunikacyjnej lub w skali całego przedsiębiorstwa.

Na kolejnych etapach Projektu, wskaźnik ten zestawiony z przychodem za fotelokilometr (RASK) – pozwoli ocenić rentowność całej linii komunikacyjnej bądź pojedynczego połączenia.

c) Yield

Średnia kwota przychodu uzyskana na jednego płacącego pasażera, który przejechał jeden kilometr. Obliczana jako iloraz przychodów z działalności operacyjnej oraz pracy przewozowej.

d) Minimalna cena biletu (granica rentowności)

Minimalną ceną biletu określono iloraz kosztów uruchomienia pociągu i liczby pasażerów przewożonych danym pociągiem. W ten sposób otrzymano hipotetyczną średnią cenę biletu, którą musiałby zapłacić każdy z pasażerów, aby pokryć poniesione koszty. Oczywiście im ona niższa, tym lepiej, jednakże nie zawsze jest ona wystarczająco obiektywnym wskaźnikiem – trasy krótsze siłą rzeczy powinny wymagać wprowadzenia tańszych biletów.

e) Koszt za 1 km

Pierwszym sposobem, aby spróbować rozwiązać wskazany powyżej problem jest wprowadzenie wskaźnika cena za km, który jest ilorazem granicy rentowności oraz długości danej linii komunikacyjnej. Podobnie jak w przypadku poprzedniego wskaźnika, im niniejszy wskaźnik jest niższy, tym lepiej. Jego mankamentem jest natomiast to, że w przypadku linii komunikacyjnych pokonujących bardzo długie dystanse może być on wyraźnie zaniżony.

f) Efektywność kosztowa

Wskaźnik ten jest ilorazem minimalnej ceny biletu oraz średniej liczby pasażerów w pociągu. Jest próbą szacunku uzyskania rentowności – im ów wskaźnik jest mniejszy, tym większa jest szansa na pokrycie kosztów.

Z tego rozdziału dowiesz się:

• Jaka jest rola ZMR w Projekcie HRJ?
• Czym jest ZMR i jak jest zbudowany?
• Jak wykonywane są prognozy w ZMR?
• Jakie są zasady udostępniania ZMR?

ZMR w Projekcie HRJ

Zasadnicze prace koncepcyjne i analityczne nad rozkładami jazdami prowadzone są w Pasażerskim Modelu Transportowym CPK. Zintegrowany Model Ruchu w projekcie HRJ służy ewaluacji (weryfikacji) kolejowych rozkładów jazdy i zapewnieniu spójności z planowaniem strategicznym w zakresie infrastruktury transportowej. Rozkłady jazdy wypracowane iteracyjnie w toku prac w PMT zostają zaimportowane do modelu ZMR w celu weryfikacji założeń ofertowych i oceny spójności wyników między modelami.

Czym jest ZMR i jak jest zbudowany?

Zintegrowany Model Ruchu (ZMR) jest narzędziem wsparcia procesu planowania strategicznego oraz istotnym elementem wspierającym wypełnienie warunku podstawowego Komisji Europejskiej określonego dla perspektywy finansowej 2021-2027, w ramach której Polska planuje pozyskać środki na dalszy rozwój infrastruktury transportowej.

ZMR jest modelem zbudowanym, utrzymywanym i rozwijanym przez Centrum Unijnych Projektów Transportowych (CUPT) – państwową jednostkę budżetową kompleksowo wspierającą beneficjentów w procesie przygotowania i realizacji inwestycji transportowych.

ZMR jest pasażerskim modelem multimodalnym, który odwzorowuje Średni Dobowy Ruch Roczny (ŚDRR) pomiędzy wszystkimi gminami w Polsce w podziale na transport indywidualny i zbiorowy, który obejmuje połączenia kolejowe oraz autobusowe. W trakcie procesu obliczeniowego uwzględnia się wzajemne oddziaływanie konkurencyjnych środków transportu. Jest to kluczowy element z punktu widzenia prognoz ruchu, gdzie możliwe jest równoległe uwzględnienie inwestycji drogowych oraz kolejowych.

W procesie wzajemnego oddziaływania poszczególnych środków transportu brane pod uwagę są kluczowe aspekty jakimi kierują się podróżni, czyli:

• odległość podróży,
• czas podróży,
• poniesione koszty pieniężne.

Model jako narzedzie w szczególności:

• wspiera podejmowanie decyzji o programach strategicznych i ich optymalizacji,
• odwzorowuje punkt widzenia pasażera i reakcje na dany stan sieci transportowych,
• pozwala na analizę wyników ruchu pasażerów na założonej sieci prognostycznej,
• służy do testowania scenariuszy rozwoju sieci transportowej oraz zmian socjo-demograficznych.

ZMR zbudowany jest z warstwy podaży i warstwy popytu.

Na warstwę podaży składa się sieć drogowa oraz kolejowa wraz z siatką połączeń publicznego transportu zbiorowego tzn. przystankami komunikacji zbiorowej, liniami kolejowymi i autobusowymi wraz z sekwencją przystanków i czasami przejazdu pomiędzy nimi. W ZMR rozkład ruchu na sieć w transporcie zbiorowym oparty jest o tzw. częstotliwość kursowania danej trasy tzn., że nie są w nim używane dokładne czasy odjazdu z przystanku, a częstotliwość kursowania czyli średni interwał pomiędzy kursami, co pozwala łatwiej wprowadzać zmiany i planować nowe połączenia w przyszłości

Sieć drogowa odzwierciedla drogi w Polsce – od autostrad, poprzez drogi szybkiego ruchu, krajowe, wojewódzkie, powiatowe i gminne. Odcinki drogowe opisane są m.in. klasą, zarządcą, przekrojem, a co najważniejsze prędkością w ruchu swobodnym.

Analogicznie, sieć kolejowa odzwierciedla linie kolejowe w Polsce. Odcinki zostały sparametryzowane pod względem maksymalnych prędkości przejazdu. Również w kwestii odcinków kolejowych zakodowane są też te planowane zgodnie z planami strategicznymi. Inwestycje te opisane są nazwą, rokiem oddania oraz maksymalną prędkością jaką pociąg będzie mógł uzyskać na danym odcinku kolejowym. Sieć kolejowa w modelu ZMR importowana jest wprost z Pasażerskiego Modelu Transportowego CPK.

Linie zbiorowej komunikacji publicznej jakie zostały zakodowane na odcinkach drogowych i kolejowych to autobusy lokalne, autobusy dalekobieżne, kolej dalekobieżna oraz kolej regionalna.

W modelu wyszczególnionych zostało 2875 rejonów komunikacyjnych takich jak:

• Gminy, w tym wybrane miasta zostały dodatkowo podzielone
• Rejony punktowe:
  • Lotniska
  • Porty Morskie
  • Terminale Intermodalne
  • Przejścia graniczne

Rejony komunikacyjne opisane są zmiennymi objaśniającymi takimi jak:

• Liczba ludności (przedprodukcyjni, produkcyjni, poprodukcyjni),
• Liczba miejsc pracy (handel i usługi, pozostałe),
• Liczba miejsc w szkołach i uczelniach,
• Liczba miejsc noclegowych,
• Liczba gospodarstw domowych,
• Udział zmotoryzowanych.

W liczbie ludności zarówno dla roku bazowego, jak i lat prognostycznych uwzględniono migrantów, którzy są sporym odsetkiem ludności w Polsce, a co za tym idzie również obciążają naszą sieć transportową.

Model popytu jest odzwierciedleniem zapotrzebowania na podróże w obrębie Polski w średni dzień w roku. Za pomocą przyjętych odpowiednich założeń dla formuł matematycznych można przedstawić ilość podróży oraz kierunki w podziale na dostępne środki transportu. Ważnym elementem modelu popytu są także wskaźniki ruchliwości, które określają średnią dobową liczbę podróży na osobę.

Model popytu został zbudowany w oparciu o podejście czterostopniowe, które proces podejmowania decyzji o podróży rozdziela na 4 etapy, czyli:

• Generację podróży – potrzeba odbycia podróży,
• Rozkład przestrzenny podróży – wybór kierunku i miejsca docelowego podróży
• Podział zadań przewozowych – wybór środka transportu,
• Rozkład ruchu na sieć – wybór trasy przejazdu.

Prognozy w Zintegrowanym Modelu Ruchu

W modelach prognostycznych przeniesione są zachowania transportowe, skalibrowane podczas budowy modelu bazowego, co pozwala pokazać reakcje na zmiany podażowe oraz zmiany wynikające ze zmian socjo-demograficznych jak np. starzejące się społeczeństwo.

To na ich podstawie można zakładać i analizować nowe warianty inwestycji i z ich pomocą dobrze planować strategiczny rozwój kraju pod kątem transportowym.

Modele prognostyczne ZMR zostały przede wszystkim przygotowane na lata 2030, 2040 oraz 2050 i odpowiadają na pytania „Co by było gdyby?”. Lecz możliwe jest stworzenie wariantu prognostycznego dla dowolnego roku oraz założeń rozwoju sieci transportowej.  Poniżej przedstawiony został przykład takiego pytania w kontekście komponentu kolejowego.

Wyniki modelu ZMR przedstawia poniższy rysunek – natężenie ruchu na rok 2023 oraz 2050 w podziale na kategorie pojazdów.

Zasady udostępniania ZMR

ZMR powstał ze środków publicznych w tym z wykorzystaniem dofinasowania UE. Zarówno model bazowy na rok 2023 jak i modele prognostyczne 2030, 2040 i 2050 wraz z raportem technicznym są dostępne nieodpłatnie dla zainteresowanych podmiotów na zasadzie umowy licencyjnej. Więcej informacji o ZMR można znaleźć na stronie www.cupt.gov.pl/centrum-unijnych-projektow-transportowych/zintegrowany-model-ruchu/.

Z tego rozdziału dowiesz się:

• Czym jest Kolejowy Model Mikrosymulacyjny?
• Jakie analizy mogą być wykonywane w ramach Kolejowego Modelu Mikrosymulacyjnego?

Kolejowy Model Mikrosymulacyjny (KMM) to zaawansowane narzędzie cyfrowe umożliwiające szczegółowe odzwierciedlenie ruchu kolejowego. Rolą narzędzia jest wspomaganie procesu decyzyjnego w zagadnieniach związanych z ruchem kolejowym. KMM służy do analiz ruchu kolejowego z uwzględnieniem czynników wpływających na ruch pociągów, co odróżnia go od innych narzędzi analitycznych wykorzystywanych w ramach projektu Horyzontalnego Rozkładu Jazdy (HRJ).

KMM jest tworzony przez Centralny Port Komunikacyjny sp. z o. o. (CPK) oraz PKP Polskie Linie Kolejowe S.A. (PLK S.A.). W ramach prac nad HRJ model będzie wykorzystany do uszczegółowienia założeń rozkładowych przygotowanych wstępnie z użyciem Pasażerskiego Modelu Transportowego (PMT). Umożliwia on szczegółową weryfikację rozkładu jazdy, m.in.: sprawdzenie czy nie występują kolizje ruchowe, zbadanie poziomu wykorzystywania infrastruktury i zdolności przepustowej czy analizy odporności na zakłócenia ruchowe. Produktem tych prac jest rozkład jazdy, który dzięki kompleksowemu sprawdzeniu przy wykorzystaniu metod symulacyjnych jest wolny od wad utrudniających lub wręcz uniemożliwiających jego rzeczywistą realizację.

Układając rozkład jazdy szczególną uwagę należy poświęcić węzłom kolejowym, które często stanowią „wąskie gardła” z powodu zwiększonego natężenia ruchu pociągów, a także faktu, że zbiegają się w nich relacje z różnych kierunków. W aktualnej fazie prac (drugi kwartał 2024) model odwzorowuje największe węzły kolejowe kraju.. Dzięki temu możliwe jest skoordynowane układanie rozkładu jazdy, z uwzględnieniem ograniczeń występujących w rejonie węzłów, które w modelu makroskopowym (PMT) mogą okazać się nieuchwytne. W drugiej fazie prac model obejmie swoim zasięgiem kluczowe odcinki sieci, po których będą przewidziane dalekobieżne pociągi pasażerskie i towarowe. Docelowo KMM obejmie swoim zakresem całą sieć kolejową Polski, stając się jej cyfrowym bliźniakiem. Wraz z opracowywaniem kolejnych wersji HRJ, model KMM będzie stale podlegał modyfikacjom, polegającym na aktualizacji parametrów infrastruktury oraz modelowaniu nowoprojektowanych odcinków.

KMM składa się z dwóch podstawowych, ściśle ze sobą powiązanych warstw:

• warstwy infrastrukturalnej,
• warstwy rozkładowo-analitycznej.

Warstwa Infrastrukturalna to cyfrowe odwzorowanie infrastruktury kolejowej dla obszaru, na którym przeprowadzana będzie symulacja ruchu kolejowego. Charakteryzuje się ona bardzo wysokim stopniem szczegółowości. Odwzorowywane są tory kolejowe wraz z opisującymi je parametrami takimi jak: prędkości maksymalne, układ geometryczny, elektryfikacja i jej rodzaj. Modelowane są również układy torowe stacji oraz posterunków ruchu – z uwzględnieniem każdego toru, rozjazdu, peronu czy semafora. Wreszcie, co chyba najistotniejsze z perspektywy funkcji warstwy infrastrukturalnej, modelowany jest cały układ logicznych zależności pomiędzy elementami infrastruktury. Należy to rozumieć jako szeroki zbiór reguł i zasad opisujących sposoby prowadzenia ruchu kolejowego – w warstwie infrastrukturalnej definiowane są na przykład czasy działania urządzeń sterowania ruchem kolejowym.

Odwzorowana w warstwie infrastruktury sieć kolejowa jest bazą, na którą w warstwie rozkładowo-analitycznej nakładany jest rozkład jazdy pociągów. Do konstrukcji rozkładu jazdy niezbędne są również rzeczywiste charakterystyki taboru kolejowego. Na podstawie tych dwóch elementów, przy wykorzystaniu równań ruchu pociągów, kalkulowane są czasy jazdy poszczególnych pociągów uwzględniające niezbędne rezerwy technologiczne. Co istotne, na bazie jednego wariantu warstwy infrastrukturalnej możliwe jest stworzenie wielu niezależnych od siebie wersji rozkładów jazdy.

KMM umożliwi wykonywanie m.in. następujących analiz, które pozwolą na weryfikację proponowanego rozkładu jazdy:

1. Konstrukcja rozkładu jazdy

Pierwszą i najbardziej podstawową analizą, jest próba ułożenia rozkładu jazdy na zamodelowanej w warstwie infrastrukturalnej sieci kolejowej. Konstrukcja rozkładu jazdy pozwala zweryfikować, czy infrastruktura jest w stanie przyjąć planowany ruch kolejowy. Celem jest uzyskanie wykresu ruchu bez konfliktów ruchowych między poszczególnymi trasami pociągów.

2. Obliczanie poziomu wykorzystania zdolności przepustowej

Kolejną analizą jest sprawdzenie poziomu wykorzystania zdolności przepustowej poprzez dogęszczenie pociągów. Polega ono na wypełnieniu pustych przestrzeni na wykresie ruchu dodatkowymi pociągami przy zachowaniu wymaganych rezerw i logiki prowadzenia ruchu. Dogęszczenie ma na celu określenie, ile dodatkowych pociągów jest w stanie przenieść badana infrastruktura przy zachowaniu płynności ruchu i wymaganego stopnia odporności na zakłócenia rozkładu jazdy.

3. Analiza wykorzystania elementów infrastruktury kolejowej

Dzięki tej analizie możliwe jest wskazanie stopnia wykorzystania poszczególnych elementów infrastruktury kolejowej. Pozwala ona wskazać w sposób jednoznaczny, elementy które są najbardziej obciążone przez ruch pociągów w ramach analizowanego rozkładu jazdy. Wiedza ta pozwala na podejmowanie decyzji operacyjnych przy konstrukcji rozkładu jazdy, m.in.: w zakresie trasowania pociągów w rejonie węzłów, przydzielania im krawędzi peronowych na stacjach. Analiza ta umożliwia także wskazanie krytycznego elementu, który w przypadku wystąpienia zakłóceń, może powodować dalsze zwiększanie opóźnień wtórnych. Identyfikacja punktów krytycznych może stanowić podstawę do wdrożenia kompleksowych rozwiązań infrastrukturalnych mających na celu ich likwidację.

4. Symulacja ruchu z opóźnieniami

Unikalną funkcjonalnością, którą oferuje KMM jest symulacja scenariuszy rozkładu jazdy w „sytuacjach awaryjnych”. Wykorzystywany jest do tego rozkład losowy zdefiniowanych opóźnień. Symulację niedeterministyczną powtarza się kilkukrotnie zmieniając wejściowe parametry opóźnień. Wraz z upływem czasu trwania symulacji, badana jest dalsza propagacja bądź tłumienie zadanych opóźnień. Pozwala to określić, czy w wyniku wystąpienia opóźnień pierwotnie przewidziane skomunikowania pociągów zostaną zachowane. Wprowadzając niewielkie opóźnienia odzwierciedlane się drobne zdarzenia, np. problem z zamknięciem drzwi pociągu lub wydłużony czas lokowania podróżnych. Zwiększanie tych wartości ma na celu zbadanie rozkładu jazdy w przypadku poważnych, wielogodzinnych opóźnień spowodowanych zdarzeniem losowym, którego skutkiem jest np. zamknięcie toru lub brak możliwości kontynuowania jazdy pociągu. Pozwala to na odzwierciedlenie możliwej do wystąpienia na sieci kolejowej rzeczywistej sytuacji i zbadanie rozkładu jazdy w środowisku symulacyjnym przed jego wdrożeniem w życie, by zminimalizować negatywne skutki sytuacji nieplanowych.