Construction d'une méthodologie et d'un outil associé pour la conception et la planification d'un réseau de bus

Construction of a methodology and associated tool for the design and planning of a bus network

• Auteur / Autrice : Hector Gatt
• Direction : Fabien Lehuédé
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique
• Date : Soutenance le 21/03/2023
• Etablissement(s) : Ecole nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et le numérique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Modélisation, Optimisation et DEcision pour la Logistique, l'Industrie et les Services - Département Automatique, Productique et Informatique - Laboratoire des Sciences du Numérique de Nantes
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Lumiplan (44800 Saint-Herblain, France)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Alfandari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Lehuédé, Luce Brotcorne, Dominique Feillet, Aurélien Froger, Arnaud Laurent, Thomas Yeung
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Luce Brotcorne, Dominique Feillet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation (mathématiques)

Transport -- Planification

Transports publics

Mots clés libres

Conception de réseau de bus

Planification de lignes

Détermination de fréquences

Affectation de passagers

Génération de colonnes

Niveau de service

Mobilité

Programmation bi-Niveaux

Bus network design

Line planning

Frequency setting

Passenger assignment

Column generation

Service-level

Mobility

Bi-level programming

Résumé

L'entreprise Lumiplan propose actuellement le logiciel Heurès aux entreprises de transport public pour soutenir leurs opérations de planification des services matériels et conducteurs. Basé sur un partenariat entre IMT Atlantique et la société Lumiplan, ces travaux s'inscrivent dans une volonté de l'entreprise Lumiplan de proposer, en complément du logiciel Heurès, un outil d'optimisation des réseaux de bus au niveau des étapes de conception de lignes et de détermination des fréquences. Cette thèse aborde les deux premières étapes du processus global de planification des bus : le problème de planification des lignes et la fixation des fréquences. Le problème de planification des lignes vise à concevoir le réseau de bus pour une large période de temps tandis que le problème de fixation des fréquences vise à définir les fréquences des lignes de bus du réseau pour différentes périodes de temps d'une journée. L'étape de fixation des fréquences complète donc la planification des lignes avec des estimations plus précises de la demande, des types de bus nécessaires et du comportement des passagers. Pour l'étape de planification des lignes, nous étendons un modèle existant de la littérature avec des caractéristiques réalistes comme les intervalles de fréquence des lignes et le nombre maximum de lignes, utiles pour les sociétés de transport public. Le problème est résolu par un processus innovant combinant des méthodes de génération et d'énumération de colonnes. Nous minimisons les coûts kilométriques tout en respectant de nouveaux paramètres de niveau de service pour les passagers. De plus, une comparaison entre nos résultats pour le problème de planification de lignes et ceux de la littérature sur deux instances existantes est effectuée. Pour l'étape de fixation des fréquences, nous minimisons les coûts d'exploitation de l'opérateur tout en respectant les contraintes de niveau de service, en se basant sur les prédictions du choix du trajet effectué par les passagers. Le problème de fixation des fréquences est résolu par un processus facilement implémentable et une étude de cas basée sur un réseau réel est présentée pour montrer l'efficacité de notre méthode. Enfin, une étude de cas basée sur un réseau réel est également réalisée pour prouver l'efficacité de nos méthodes. Quelques expériences sont donc réalisées pour comparer les réseaux créés et les fréquences obtenues pour différentes valeurs de paramètres.

Lumiplan currently offers Heurès software to public transport companies to support their vehicle and driver scheduling operations. Based on a partnership between IMT Atlantique and Lumiplan, this work is part of Lumiplan's desire to offer, in addition to the Heurès software, a tool for optimizing bus networks at the network design and frequency setting stages. This thesis addresses the two first steps of the global process of bus planning: the line planning problem and the frequency setting. The line planning problem aims at designing the bus network for a large time period while the frequency setting problem aims at defining the frequencies of the bus lines of the network for different time periods of a day. The frequency setting step hence complements the line planning with moreaccurate estimations of the demand, necessary bus types and passengers behaviors. For the line planning step, we extend an existing model from the literature with realistic characteristics like line frequency intervals and maximum number of lines, useful for public transportation companies. The problem is solved by an innovative process combining column generation and column enumeration methods. We minimize the kilometric costs while respecting new service-level parameters for passengers. Furthermore, a comparison between our results for the line planning problem and those of the literature on two existing instances is made.For the frequency setting step, we minimize the operator’s exploitation costs while respecting service-levels constraints, based on the predictions of the path choice made by the passengers. The frequency settingproblem is solved by an easily implementable process and a case study based on a real network is presented to show the efficiency of our method. Finally, a case study based on a real network is also performed to prove the efficiency of our methods. Some experiments are hence carried out to compare the created networks and the obtained frequencies for different parameter values.