Planification adaptative des ressources ferroviaires

Adaptive planning of railway ressources

• Auteur / Autrice : Rémi Lucas
• Direction : Sourour Elloumi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées
• Date : Soutenance le 25/09/2020
• Etablissement(s) : Institut polytechnique de Paris
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques Hadamard (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École nationale supérieure de techniques avancées (Palaiseau, Essonne ; 1970-....) - Optimisation et Commande
• Jury : Président / Présidente : Safia Kedad Sidhoum
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Zacharie Ales, Olivier Hudry, Paola Pellegrini, Rémy Chevrier, François Ramond
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Dauzère-Pérès, Anass Nagih

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation linéaire

Programmation en nombres entiers

Recherche opérationnelle

Chemins de fer -- Matériel roulant

Transport -- Planification

Mots clés libres

Planification ferroviaire

Optimisation

Matériel roulant

Recherche opérationnelle

Programmation linéaire en nombres entiers

Railway planning

Optimization

Rolling stock

Operations Research

Mixed Integer Programming

Résumé

La planification ferroviaire consiste à établir en amont des circulations un plan de transport spécifiant l’emploi du temps de chaque ressource : les sillons, qui correspondent aux horaires des trains, les matériels roulants devant assurer leur circulation, ainsi que les agents à bord de ces trains. Compte tenu de la complexité du système ferroviaire, cette planification est effectuée potentiellement plusieurs années à l’avance, où un plan de transport précis est établi.Or, une fois qu’une ressource a été planifiée, il est parfois nécessaire d’adapter le plan de transport et donc de le changer. Les raisons peuvent être multiples : changement horaire pour causes de travaux, infrastructure partiellement endommagée, demande d’une rame supplémentaire pour un train, avarie sur un type de matériel roulant… Ainsi, le plan de transport est parfois adapté à plusieurs reprises entre sa conception potentiellement plusieurs années à l’avance et son exécution le jour des circulations. Dès lors, il est légitime de se demander si la conception d’un plan de transport précis avec des échelles de temps aussi importantes est raisonnable.Dans cette thèse, nous envisageons d’ajouter de la flexibilité dans le processus de planification, afin que les efforts déployés pour adapter le plan de transport lorsque cela est nécessaire soient réduits. Nous introduisons la notion de coûts d’adaptation du plan de transport, et nous proposons d’expliciter ces coûts d’adaptation pour le matériel roulant. Nous précisons notamment les coûts d’adaptation structurels, qui permettent de quantifier les similitudes entre deux planifications différentes du matériel roulant. La planification adaptative telle que nous l'envisageons consiste alors à anticiper dès la phase de conception les futures adaptations possibles du plan de transport. Plusieurs modèles de Programmation Linéaire en Nombres Entiers sont introduits et des résultats expérimentaux sont proposés sur des instances réelles issues de SNCF. L'approche de planification adaptative a pu être comparée à l'approche actuelle, et on montre que les coûts d'adaptation du plan de transport peuvent être effectivement réduits en adoptant cette nouvelle façon de planifier.

Railway planning consists of drawing up a transportation plan before operational time, specifying a planning for each resource: the train paths, which correspond to the schedules, the rolling stock that will be used to move the trains, and the crew on board the trains. Given the complexity of the railway system, this transportation plan is carried out potentially several years in advance, when a precise transportation plan is drawn up.However, once a resource has been planned, it is sometimes necessary to adapt the transportation plan and therefore change it. There may be many reasons for this: schedule changes due to work, partially damaged infrastructure, request for an additional train set for a train, damage to a type of rolling stock, etc. Thus, the transportation plan may sometimes be adapted several times between its design, potentially several years in advance, and its execution on the day of traffic. It is therefore legitimate to ask whether the design of a precise transport plan with such large time scales is reasonable.In this thesis, we consider the adding of flexibility to the planning process so that the effort to adapt the transportation plan when necessary is reduced. We introduce the notion of transportation plan adaptation costs, and we propose to make these adaptation costs explicit for the rolling stock resource. In particular, we specify the structural adaptation costs, which make it possible to quantify the similarities between two different rolling stock plannings. Adaptive planning consists in anticipating possible future adaptations of the transport plan as early as the design phase. Several Integer Linear Programs are introduced and experimental results are proposed on real SNCF instances. The adaptive planning approach can be compared with the current approach, and it is shown that the adaptation costs can be effectively reduced by adopting this new way of planning.