Programmation par contraintes pour la gestion du trafic ferroviaire
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- Maxime Gauvin
- il y a 8 ans
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1 Programmation par contraintes pour la gestion du trafic ferroviaire Joaquin Rodriguez INRETS Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.1/39
2 Plan de la présentation Système ferroviaire Signalisation ferroviaire Problème Modélisation PPC Résultats Conclusions/Perspectives Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.2/39
3 Système ferroviaire Niveaux de décisions Stratégique (long terme) Tactique (moyen terme) Opérationnel (court terme) Infrastructures, Personnel, Matériel roulant, Offre de transport Horaires, Roulements du personnel, et du matériel Gestion des dépôts, Circulations des lignes, des gares et des bifurcations Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.3/39
4 Système ferroviaire Gestion opérationnelle : Sites de gestion Poste de commandement (PC) Permanence Ressources Dépôts Ateliers Postes de régulation Gares Trains Postes d aiguillages Signaux Aiguillages Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.4/39
5 Quelques risques ferroviaires : Rattrapage Système ferroviaire Convergence Cisaillement Nez à nez Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.5/39
6 Système ferroviaire Contrôle/commande ferroviaire : Distance d arrêt Distance de visibilité Pas de «conduite à vue» Transmettre des ordres au mécanicien Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.6/39
7 Système ferroviaire Gestion des circulations : Se protéger des risques Planning des circulations Opérateur Système de signalisation Conducteur Train Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.7/39
8 Signalisation ferroviaire But : Se protéger contre certains risques Moyens : Principe d espacement des trains Principes d enclenchements Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.8/39
9 Signalisation ferroviaire Principe d espacement des trains : Distance entre deux trains successifs distance d arrêt Réalisation (Block system) : 1. Détecter la présence des trains 2. Diviser la voie en «cantons» 3. Donner des consignes de vitesse à l entrée de chaque canton qui vérifient en toutes circonstances le principe d espacement Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.9/39
10 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 1. Détecter la présence des trains vitesse 120 Courbe de freinage L L Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.10/39
11 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 1. Détecter la présence des trains : «zones» vitesse 120 Courbe de freinage L L Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.10/39
12 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 1. Détecter la présence des trains : «zones» RV Courant + Feu vert de voie libre Récepteur Feu rouge d arrêt + Générateur Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.11/39
13 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 1. Détecter la présence des trains : «zones» Essieu (shunt) RV Courant + Feu vert de voie libre Récepteur Feu rouge d arrêt + Générateur Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.12/39
14 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 2. Diviser la voie en «cantons» vitesse 120 Courbe de freinage L L Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.13/39
15 Signalisation ferroviaire Réalisation du principe d espacement : 3. Donner des consignes de vitesse vitesse 120 Courbe de freinage L L Incidence Signalisation/Débit (cas 3 aspects) : L Intervalle minimum entre deux trains Vitesse maximale Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.14/39
16 Signalisation ferroviaire Augmenter le débit augmenter le nombre d aspects vitesse 120 Courbe de freinage L L Incidence Signalisation/Débit (cas 3 aspects) : L Intervalle minimum entre deux trains Vitesse maximale Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.14/39
17 Signalisation ferroviaire Augmenter le débit augmenter le nombre d aspects 4 aspects de signalisation : vitesse 120 Courbe de freinage l l l l Intervalle minimum entre deux trains Vitesse maximale Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.15/39
18 Signalisation ferroviaire Rôle des enclenchements : Imposer des conditions aux manoeuvres des appareils de voie à l ouverture des signaux de protection Tracer des «itinéraires» Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.16/39
19 Exemple : Signalisation ferroviaire Le signal protégeant un aiguillage ne peut être ouvert tant que l aiguille n a pas une position convenable B z13 z12 Aiguille Signal «Carré» de protection Train 1 direction A z03 z04 z05 z06 z09 z07 z08 Train 2 direction B A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.17/39
20 Exemple : Signalisation ferroviaire La position de l aiguille enclenche la position fermée du signal de protection B z13 enclenche z12 Train 1 direction A z03 z04 z05 z06 z09 z07 Train 2 direction B z08 A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.18/39
21 Signalisation ferroviaire Exemple : 1. Libération de la dernière zone commune 2. Manoeuvre des aiguilles 3. Ouverture du signal de protection B z13 z12 Train 1 direction A z03 z04 z05 z06 z09 z07 Train 2 direction B z08 A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.19/39
22 Signalisation ferroviaire Exemple : Séquences sans conflit? B z13 z12 Train 1 direction A z03 z04 z05 z06 z09 z07 Train 2 direction B z08 A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.19/39
23 Signalisation ferroviaire Exemple : Séquences sans conflit? B z13 z12 z01 z02 z03 z04 z05 z06 z09 z10 z11 Train 1 direction A z07 Train 2 direction B z08 A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.20/39
24 Signalisation ferroviaire Exemple : Séquences sans conflit? 1. Train1 avant Train2 Train2.(occupation de z09) 2. Train1 après Train2 Train1.(occupation de z03) Train1.(libération de z06) Train2.(libération de z04) B z13 z12 z01 z02 z03 z04 z05 z06 z09 z10 z11 Train 1 direction A z07 Train 2 direction B z08 A Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.20/39
25 Problème Gestionaire : Agent de Circulation (AC) Parcours du noeud = séquence d itinéraires Plan initial : train parcours Modifications des parcours causées par : non-respect des horaires (retard/avance) pannes d installations ou du matériel roulant mouvements supplémentaires/modifiés Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.21/39
26 Problème Tâches de l aiguilleur (AC) : Anticiper les conflits de circulation, Evaluer les coûts, Exploiter des parcours alternatifs, Etablir tardivement les itinéraires. Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.22/39
27 Problème Site d application : Noeud de Pierrefitte-Gonesse km durée = 5..7mn Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.23/39
28 PRCI Paris-Nord (Poste tout Relais à Commande Informatique) Problème Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.24/39
29 Modélisation PPC Modélisation : Gestion des circulations Problème d ordonnancement i.e. Affecter des activités (tâches) à des ressources dans le temps. Définir : activités ressources contraintes de ressources (capacité, utilisation) contraintes temporelles Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.25/39
30 Modélisation PPC 3 niveaux de décomposition : itinéraire, canton, zone Modéliser le niveau le plus précis Ressources Activités Zones (capacité = 1) Mouvements élémentaires Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.26/39
31 Modélisation PPC Exemple d infrastructure : Origine :S1 Destination :S4 S2 S4 z3 S3 z5 P1 P2 S1 z1 z2 z4 z6 P1 (4 zones), P2 : (5 zones) Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.27/39
32 Modélisation PPC Exemple d infrastructure : Activités Ressources Origine :S1 Destination :S4 S2 S4 z3 z5 Train z1 S3 Activité 1 z2 P1 P2 S1 z1 z2 z4 z6 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Activité 5? z3 z4 z5 z6 z5 P1 (4 zones), P2 : (5 zones) 5 Activités Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.27/39
33 Modélisation PPC Exemple d infrastructure : Activités Ressources Origine :S1 Destination :S4 S2 S4 z3 S3 z5 Train Activité 1 z1 z2 P1 P2 S1 z1 z2 z4 z6 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Activité 5? z3 z4 z* z6 z5 P1 (4 zones), P2 : (5 zones) Zone fictive z* Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.27/39
34 Contrainte temporelle : «Recouvrement» Exemple parcours P2 : Modélisation PPC Diagramme de gantt marche tendue dégagement S1 S3 z1 z2 z4 z6 z5 S4 durée de l activité : signal :Occupation de la zone Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.28/39
35 Contrainte temporelle : «Synchronisation» Modélisation PPC Exemple parcours P2 (2 aspects de signalisation) : marche tendue dégagement S1 S3 z1 z2 z4 z6 z5 S4 durée de l activité : signal :Occupation de la zone Réservation de la zone Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.29/39
36 Contrainte temporelle : «Synchronisation» Modélisation PPC Exemple parcours P2 (3 aspects de signalisation) : marche tendue dégagement S1 S3 z1 z2 z4 z6 z5 S4 durée de l activité : signal :Occupation de la zone Réservation de la zone Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.30/39
37 Modélisation PPC Méthode de résolution : Problème d affectation Énumération / Propagation - Heuristiques de choix de variables : plus petit domaine, plus de conflits potentiels,... - Heuristique de choix de valeurs : premier choix sur le parcours planifié Problème d ordonnancement Règle d arbitrage : «premier arrivé, premier servi» Implémentation : Bibliothèque C++ Ilog Solver, Scheduler, Views Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.31/39
38 Modélisation PPC Processus de validation : Simulateur ferroviaire SYSIFE(SNCF) Simulateur Modèle PPC Simulateur Temps de parcours des zones Parcours, Sequencement, Heures d entrée Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.32/39
39 Résultats Scénario test d exploitation réelle : Modèle PPC : - Nombre de d activités par train : [20,36] - Nombre de contraintes : Nombre de variables : 3019 Problème d affectation (6 trains) : solutions Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.33/39
40 Resultats Simulation du scénario à 6 trains (SYSIFE-SNCF) Comparaison Scenario reel / Voie libre absolue scenreel.dat voielibreabs.dat T42439 T76731 T T9032 T7177 T Diagramme espace-temps Somme des retards = 1210s Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.34/39
41 Resultats Meilleure solution à 6 trains (Temps CPU = 32s) Comparaison Voie libre absolue / solution CSP critere = scensolver1_01c20.dat voielibreabsc20.dat T76731 T T T9032 T7177 T Diagramme espace-temps Somme des retards = 20s Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.35/39
42 Simulation de la meilleure solution à 6 trains Resultats Comparaison Voie libre absolue / solution simulee CSP critere = simusolver1_01c20.dat voielibreabsc20.dat T76731 T T T9032 T7177 T Diagramme espace-temps Somme des retards = 300s Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.36/39
43 Resultats Simulation de la meilleure solution à 6 trains avec retard à l entrée Comparaison Voie libre absolue / solution simulee CSP critere = 28 + fluidification (1mn retard injection) essaifluidc28.dat voielibreabsc28.dat T76731 T T T9032 T7177 T Diagramme espace-temps Somme des retards = 80s Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.37/39
44 Copie d écran des outils graphiques Resultats Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.38/39
45 Conclusions/ Perspectives Conclusions : Modèle détaillé et générique : - Données d entrée : infrastructures, temps de marche sur les zones - Paramétrage de la signalisation - Pas de description préalable des conflits potentiels Scénarios 6-10 trains : solutions de bonne qualité / temps de traitements Perspectives : Amélioration des heuristiques de recherche Approches mixtes : PPC, Programmation mathématique, Metaheuristiques Pré-traitements de simplifications du modèle Application à l analyse de la capacité ferroviaire - Problème de faisabilité - Problème de saturation d horaires Forum "Systèmes & logiciels pour les NTIC dans le transport" - Seminaire Planification & Transports - 30 Mai 2002 p.39/39
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