Contributions d'un modèle microscopique à la résolution du problème de construction d'une grille horaire et à la planification des activités de maintenance de l'infrastructure ferroviaire

Contributions on microscopic approaches to solve the train timetabling problem and its integration to the performance of infrastructure maintenance activities

• Auteur / Autrice : Luis Diego Arenas Pimentel
• Direction : Joaquin Rodriguez, Saïd Hanafi, Abdelhakim Artiba
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 14/12/2016
• Etablissement(s) : Valenciennes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, de mécanique et d'informatique industrielles et humaines (Valenciennes, Nord ; 1994-...)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Évaluation des systèmes de transports automatisés et de leur sécurité (ESTAS)
• Partenaire(s) de recherche : Institut ou établissement de recherche : Institut de recherche technologique de la filière ferroviaire (Valenciennes, Nord)
• Jury : Président / Présidente : Sourour Elloumi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joaquin Rodriguez, Saïd Hanafi, Abdelhakim Artiba, Dominique Feillet, Raffaele Pesenti, Rémy Chevrier, Paola Pellegrini
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Dominique Feillet, Raffaele Pesenti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Planification

Transports ferroviaires

Problèmes de transport (programmation)

Mots clés libres

Grilles horaires des trains

Redéfinition des grilles horaires

Représentations microscopiques

Maintenance de l'infrastructure

Limitations temporaires de vitesse

Programmation linéaire en nombres entiers (PLNE)

Train timetabling

Timetable rearrangement

Microscopic representation

Infrastructure maintenance

Temporary speed limitation

Mixed-Integer linear programming (MILP)

Résumé

La plupart des systèmes ferroviaires subissent une demande croissante de capacité. Pour y faire face, il faut construire de nouvelles infrastructures ou exploiter plus efficacement celles existantes, notamment en définissant des grilles horaires optimisées. Dans la littérature, la plupart des approches de construction des grilles sont basées sur des représentations macroscopiques de l'infrastructure, ce qui peut conduireà des solutions infaisables ou inefficaces. En revanche, les approches microscopiques reposent sur une modélisation réaliste du système ferroviaire, ce qui garantit la faisabilité et l'efficacité des résultats. Néanmoins, en raison de leur complexité, l'utilisation de ces approches est généralement limitée à une seule gare. Malgré l'optimisation de la grille horaire, les travaux de maintenance peuvent avoir un fort impact sur les circulations des trains. En présence de maintenances, il peut donc être nécessaire de redéfinir la grille horaire pour assurer une exploitation efficace de la capacité. Nous présentons deux contributions principales sous forme de deux approches microscopiques : une pour la conception de grilles horaires et l'autre pour leur redéfinition en cas de maintenance. La deuxième est la première approche microscopique qui apparaît dans la littérature pour aborder ce problème tout en considérant des aspects comme les limitations temporaires de vitesse. Nous démontrons la validité de nos approches et leur applicabilité dans des scénarios réels. De plus, nous montrons que les approches microscopiques peuvent être utilisées pour traiter des zones de l'infrastructure contenant plusieurs gares.

Most railway systems experience a growing demand of railway capacity. To face this demand, either new infrastructure must be built or a more efficient exploitation of the existing one must be attained. Timetables play a determinant role in the efficient capacity exploitation. Most timetabling approaches in the literature are based on macroscopic representations of the infrastructure. This may lead to inefficient and in some cases, impractical solutions. Instead, microscopic approaches are based on more realistic modelling of the elements of the railway system. This guarantees the feasibility of the timetables while promoting an efficient capacity exploitation. However, due to their complexity, the scope of microscopic approaches is typically restricted to main stations. Despite the optimization of timetables, the performance of infrastructure maintenance may severely impact the trains' circulations in the network. Therefore, the timetable may have to be rearranged to ensure an efficient capacity exploitation. We present two main contributions in this thesis: first, a microscopic approach for timetable design. Second, a microscopic approach for timetable rearrangement to cope with maintenance. This is the first microscopic approach in the literature to tackle this problem while also considering specific aspects as temporary speed limitations. After a thorough experimental analysis, we demonstrate the validity of our approaches and their practical applicability in real life scenarios. In particular, we show that microscopic approaches can be used to tackle large areas of the infrastructure, including several stations.