From delays to dynamics: multi-state modeling in suburban rail transport

Train delays are a persistent issue in railway systems, particularly in suburban networks where operational complexity is heightened by frequent services and high passenger volumes. Traditional delay models often overlook the temporal and structural dynamics of real-world delay propagation. This thesis applies continuous-time multi-state models to analyze delay evolution on the S5 suburban line in Lombardy, Italy. Using detailed operational, meteorological, and contextual data, the study models delay transitions while accounting for both observable and latent heterogeneity. The findings reveal how delay dynamics vary by travel direction, time slot, and route segment. Covariates such as station saturation and passenger load are shown to significantly affect the risk of delay escalation or recovery. The study offers both methodological advancements and practical results for improving the reliability of rail services.

I ritardi dei treni reppresentano una problematica ricorrente nei sistemi ferroviari, in particolare in quelli suburbani dove la complessità operativa è accentuata dall'elevata frequenza dei servizi e dall'intensità dei flussi di passeggeri. I modelli tradizionali spesso non riescono a cogliere appieno la dimensione temporale e la dinamica strutturale della propagazione dei ritardi reali. Questa tesi utilizza modelli multistato in tempo continuo per analizzare l'evoluzione dei ritardi sulla linea suburbana S5 in Lombardia, Italia. Grazie a un ampio insieme di dati operativi, meteorologici e contestuali, vengono modellate le transizioni tra diversi stati di ritardo, tenendo conto sia delle eterogeneità osservabili che di quelle latenti. I risultati evidenziano come la dinamica dei ritardi vari in base alla direzione di viaggio, alla fascia oraria e al segmento di linea. Variabili come la saturazione delle stazioni e il carico di passeggeri influenzano significativamente il rischio di peggioramento o recupero del ritardo. Il lavoro fornisce contributi sia metodologici sia pratici, utili al miglioramento dell'affidabilità del servizio ferroviario.