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Cette thématique est composée de trois actions de recherche.

1 - Algorithmes d’optimisation pour l’efficacité du système ferroviaire

Les travaux de cette action s’articulent autour de la proposition et l’analyse de techniques d’optimisation dans différents processus au cœur du système ferroviaire, pour en rechercher l’augmentation d’efficacité. Notamment, la majeure partie des recherches visent l’exploitation de la capacité des infrastructures et l’amélioration du niveau de service.

Dans cette action de recherche, nous traitons, par exemple, les problèmes suivants : la saturation d’un réseau ferroviaire, la gestion opérationnelle du trafic, la génération de grille horaires et la définition de profils de conduite économes en énergie. Les technologies traditionnelles ainsi que les dernières tendances de modernisation du système ferroviaire (e.g., canton mobile, conduite automatique) sont considérées dans les travaux de recherche.

Les techniques proposées pour résoudre ces problèmes relèvent de la recherche opérationnelle et de l’intelligence artificielle.

Ces recherches sont réalisées dans le cadre du développement de la plateforme RECIFE (REcherche sur la Capacité des Infrastructure FErroviaires). Cette plateforme a été développée à partir des années 1990 et est en constante évolution pour répondre aux besoins du secteur.

La plateforme RECIFE inclut une collection de cas d’étude et intègre des outils de simulation et d’optimisation à des instruments d’analyse et d’interface homme-machine.

Plusieurs spécificités de cette plateforme permettent de la distinguer de la plupart des outils utilisés dans la communauté scientifique.

Modèle microscopique d’infrastructures et mouvements des trains

Dans RECIFE, la modélisation du système ferroviaire est basée sur l’observation microscopique de ses caractéristiques et de son fonctionnement. La presque totalité des approches proposées et des études effectuées considèrent une telle modélisation.

Cela implique un effort considérable de traitement des données et un impératif d’efficacité des algorithmes qui doivent être capables de traiter ces grandes quantités de données.

En contrepartie de ces défis, les solutions fournies par les algorithmes peuvent exploiter entièrement la capacité réelle du système et peuvent être directement déployées.

Intégration de simulation et optimisation

Dans RECIFE, les algorithmes proposés et développés par l’équipe du laboratoire ESTAS sont régulièrement mis en interface avec des simulateurs microscopiques de trafic ferroviaire, pour en étudier les comportement et performance en faisant abstraction des hypothèses de modélisation posées. Notamment, dans les études, la simulation remplace la réalité, en permettant des expérimentations se rapprochant au maximum d’un effectif déploiement.

Des exemples d’applications dans ce sens sont les travaux effectués dans le cadre des projets SIGIFRET et ONTIME. Dans ces deux projets, l’objet d’étude est la gestion opérationnelle du trafic ferroviarie. Dans SIGIFRET, l’algorithme d’optimisation RECIFE-MILP a été connecté au simulateur Opentrack. Dans ONTIME, il a été inclus dans une boucle fermée avec le simulateur Hermes.

Dans une application récente, une approche d’auto-organisation du trafic est incluse dans une boucle fermée avec le simulateur Opentrack, après avoir agrémenté ce dernier d’une simulation microscopique du flux des passagers. Cette application est développée dans le cadre du projet SORTEDMOBILITY.

Cohérence de modélisation

Dans RECIFE, le processus de création du plan de transport est considéré dans son entièreté, en prenant en compte plusieurs problèmes qui émergent à différent moment.

Ces problèmes sont traités en proposant des modélisations proches, pour que les décisions prises soient cohérentes aux différents niveaux et pour exploiter la fertilisation croisée des connaissances.

Quand cela est possible, plusieurs problèmes traditionnellement traités séparément dans la littérature sont résolus conjointement pour améliorer les performances globales du système. Par exemple, la résolution conjointe des problèmes de planification de ligne et de grille horaire a été étudié avec succès.

2 - Services d’information et systèmes de mobilité

Cette action traite les questions suivantes :

• Quelle est la valeur ajoutée du numérique dans les services d’information ?

• Quels services innovants proposer au citoyen pour qu’il s’oriente vers une mobilité durable ?

• Comment développer une offre complémentaire à l’automobile et aux transports collectifs ?

Les travaux de recherche de cette action proposent d’analyser les demandes émanant des différentes parties prenantes (Autorité organisatrice, exploitant, client) du système technique et organisationnel des mobilités, de construire des solutions innovantes de services sur la base des technologies de l’information et de la communication, de les explorer par l’expérimentation et l’évaluation.

Dans le domaine de l’informatique, le fil conducteur se concrétise par la personnalisation du Système d’Information Multimodale (SIM). Ce concept prend en compte l’information sur les transports publics, l’information routière, mais également les modes « doux » : le vélo, la marche à pied et toutes les autres formes de mobilités, comme l’auto-partage et le co-voiturage.

Le SIM constitue le support de traitement de ces informations, depuis leur recueil jusqu’à leur diffusion. L’utilisation du terme « système » renvoie non seulement aux aspects techniques et numériques, mais également aux schémas d’organisation qui accompagnent sa mise en œuvre. Pour un déplacement donné, le système d’information multimodale les fonctions suivantes :

• Éclairer le choix modal i.e. proposer toutes les offres de mobilité pour un itinéraire donné.

• Faciliter l’usage des réseaux, i.e. aider, guider et assister de bout en bout le voyageur.

• Amender les services de mobilité, i.e. intégrer l’usage(r) dans l’offre et les services d’aide à la mobilité.

Le SIM est aujourd’hui passé dans le domaine opérationnel, grâce aux travaux de la Prédim. Le ministre des Transports a annoncé la création d’un « SIM national français » par l’AFIMB (Agence Française Information Multimodale et Billettique).

Les travaux sur les systèmes d’information ont permis de répondre à la problématique de la personnalisation de l’information à la fois en interface et en calcul d’itinéraire, ces travaux ont été complétés par de l’évaluation et du développement de modèles informatiques reproductibles.

Dans le domaine des systèmes de mobilité, le vélo doit être développé comme moyen de déplacement dans la ville. Mais il ne possède pas encore le véritable statut de système de transport qui nécessite des infrastructures, des stations et des services. En 2012, s’est terminé le projet VIC Ville Cycle, financé par l’ANR, coordonné par le CEA, et en partenariat avec deux industriels Oxylane, Altinnova, ainsi qu’un bureau d’études WT2I.

Dans les systèmes de mobilité, les Systèmes de Transports Intelligents (STI) reposent sur l’utilisation des technologies de l’information et de la communication en vue d’une optimisation des infrastructures existantes et de la fluidification de l’exploitation des systèmes de transport individuel et collectif. Le projet européen SCOOP@F coordonné par le laboratoire ESTAS porte sur les systèmes coopératifs permettant le dialogue entre l’infrastructure et les véhicules.

Un projet de living lab est en cours dans l’éco-quartier de l’Union sur Lille Métropole. Un dossier est en cours en liaison avec la plate-forme i-viaTIC, la recherche devra y apporter des méthodologies d’évaluation.

3 - Amélioration de la régularité, de la ponctualité et des correspondances dans les réseaux des transports collectifs urbains

Cette action de recherche vise en premier lieu à minimiser la durée du trajet, ce qui se traduit par une très bonne régulation de trafic et une diminution du temps d’attente et de correspondances dans les arrêts. Elle vise aussi à améliorer l’accessibilité aux personnes à mobilité réduite, à agir sur les paramètres qui font baisser le sentiment d’insécurité, à améliorer le confort. C’est vers cet objectif global de l’amélioration de la qualité et de l’exploitation des systèmes de transport que ces travaux de recherche sont orientés. Le modèle développé a été validé sur plusieurs instances de problèmes et a bénéficié de nombreuses améliorations qui ont porté aussi bien sur le modèle que sur les techniques de résolution. Ces travaux reposent sur les théories scientifiques de l’Intelligence Artificielle comme les sous-ensembles flous, les réseaux de neurones et les systèmes multi-agents. La faisabilité d’un système d’aide à la décision « SAD » pour assister les régulateurs de trafic des réseaux de transport collectif a été démontrée. Ces travaux ont été effectués dans le cadre du projet GRRT : SART « Système d’aide à la régulation de trafic des réseaux de transport collectif de Valenciennes ».es