Evaluation de performance d’une ligne ferroviaire suburbaine partiellement équipée d’un automatisme CBTC

Performance of a suburban railway line partially equipped with a CBTC system

• Auteur / Autrice : Juliette Pochet
• Direction : Guillaume Sandou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 12/01/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : CentraleSupélec (2015-....)
• Jury : Président / Présidente : Sihem Tebbani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sylvain Baro, Evguenia Dmitrieva Prokofieva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Joaquin Rodriguez, François Delmotte

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande prédictive

Algorithmes génétiques

Infrastructures ferroviaires

Mots clés libres

Régulation

Ferroviaire

CBTC

Algorithme génétique

Rescheduling

Railway

CBTC

Genetic algorithm

Résumé

En zone dense, la croissance actuelle du trafic sur les lignes ferroviaires suburbaines conduit les exploitants à déployer des systèmes de contrôle-commande avancés des trains, tels que les systèmes dits « CBTC » (Communication Based Train Control) jusque-là réservés aux systèmes de métro. Les systèmes CBTC mettent en œuvre un pilotage automatique des trains et permettent une amélioration significative des performances. Par ailleurs, ils peuvent inclure un module de supervision de la ligne en charge de réguler la marche des trains en cas d’aléa, améliorant ainsi la robustesse du trafic. Face au problème de régulation, la recherche opérationnelle a produit un certain nombre de méthodes permettant de répondre efficacement aux perturbations, d’une part dans le secteur métro et d’autre part dans le secteur ferroviaire lourd. En tirant profit de l’état de l’art et des avancées faites dans les deux secteurs, les travaux présentés dans ce manuscrit cherchent à contribuer à l’adaptation des fonctions de régulation des systèmes CBTC pour l’exploitation de lignes ferroviaires suburbaines. L’approche du problème débute par la construction de l’architecture fonctionnelle d’un module de supervision pour un système CBTC standard. Nous proposons ensuite une méthode de régulation basée sur une stratégie de commande prédictive et sur une optimisation multi-objectif des consignes des trains automatiques. Afin d’être en mesure d’évaluer précisément les performances d’une ligne ferroviaire suburbaine équipée d’un automatisme CBTC, il est nécessaire de s’équiper d’un outil de simulation microscopique adapté. Nous présentons dans ce manuscrit l’outil SNCF nommé SIMONE qui permet une simulation réaliste du point de vue fonctionnel et dynamique d’un système ferroviaire incluant un système CBTC. Les objectifs des travaux de thèse nous ont naturellement conduits à prendre part, avec l’équipe SNCF, à la spécification, à la conception et à l’implémentation de cet outil. Finalement, grâce à l’outil SIMONE, nous avons pu tester la méthode de régulation proposée sur des scénarios impliquant des perturbations. Afin d’évaluer la qualité des solutions, la méthode multi-objectif proposée a été comparée à une méthode de régulation individuelle basée sur une heuristique simple. La méthode de régulation multi-objectif propose de bonnes solutions au problème, dans la majorité des cas plus satisfaisantes que celles proposées par la régulation individuelle, et avec un temps de calcul jugé acceptable. Le manuscrit se termine par des perspectives de recherche intéressantes.

In high-density area, the demand for railway transportation is continuously increasing. Operating companies turn to new intelligent signaling and control systems, such as Communication Based Train Control (CBTC) systems previously deployed on underground systems only. CBTC systems operate trains in automatic pilot and lead to increase the line capacity without expensive modification of infrastructures. They can also include a supervision module in charge of adapting train behavior according to operating objectives and to disturbances, increasing line robustness. In the literature of real-time traffic management, various methods have been proposed to supervise and reschedule trains, on the one hand for underground systems, on the other hand for railway systems. Making the most of the state-of-the-art in both fields, the presented work intend to contribute to the design of supervision and rescheduling functions of CBTC systems operating suburban railway systems. Our approach starts by designing a supervision module for a standard CBTC system. Then, we propose a rescheduling method based on a model predictive control approach and a multi-objective optimization of automatic train commands. In order to evaluate the performances of a railway system, it is necessary to use a microscopic simulation tool including a CBTC model. In this thesis, we present the tool developed by SNCF and named SIMONE. It allows realistic simulation of a railway system and a CBTC system, in terms of functional architecture and dynamics. The presented work has been directly involved in the design and implementation of the tool. Eventually, the proposed rescheduling method was tested with the tool SIMONE on disturbed scenarios. The proposed method was compared to a simple heuristic strategy intending to recover delays. The proposed multi-objective method is able to provide good solutions to the rescheduling problem and over-performs the simple strategy in most cases, with an acceptable process time. We conclude with interesting perspectives for future work.