GENERACIÓN AUTOMÁTICA DE HORARIOS EN FERROCARRILES METROPOLITANOS. Autor: Lechuga Martos, Juan de Dios. Directores: Fernández Cardador, Antonio; Cucala García, Paloma. Entidad colaboradora: ICAI Universidad Pontificia de Comillas. RESUMEN DEL PROYECTO. Las líneas ferroviarias metropolitanas se pueden explotar de acuerdo con unos horarios prefijados de trenes en estaciones, o tratando de cumplir un intervalo de paso entre trenes. Los sistemas de regulación automática de tráfico en líneas de metro tienen como objetivo mantener el servicio ofertado, ya sea horario o intervalo, controlando la velocidad de los trenes y los tiempos de parada en estación. Uno de los principales problemas de la regulación de tráfico en líneas de metro es el de los transitorios de encierre y reposición de material. Los encierres se realizan en los transitorios de hora punta a hora valle, retirando trenes de circulación. Las reposiciones se realizan en los transitorios de hora valle a hora punta incorporando trenes. La entrada o retirada de trenes altera fuertemente la regularidad de los intervalos de circulación entre trenes, afectando por tanto a la calidad del servicio. El objetivo principal de este proyecto es desarrollar un modelo capaz de generar en tiempo real horarios de trenes los transitorios, que optimicen la calidad del servicio ofrecido de acuerdo con los criterios del explotador. Para ello, se definirá una función objetivo que recoja dichos criterios, y se optimizará a lo largo de un horizonte temporal suficientemente largo como para cubrir todo el transitorio. Los horarios así generados pueden ser utilizados por los sistemas de regulación de tráfico como horario de referencia durante el transitorio, tanto para explotación por intervalo como por horario. Este proyecto fin de carrera se enmarca dentro de la línea de investigación de regulación ferroviaria de líneas de metro. Se trabajará partiendo de material proveniente de las investigaciones de los directores del proyecto, en concreto del modelo de control de tráfico ferroviario descrito en un artículo de los mismos, y que ha sido implementado en un prototipo utilizando programación VBA-Excel y optimización mediante la
herramienta GAMS. En este modelo de regulación, las actuaciones sobre los trenes (mandos) se calculan como resultado de minimizar en tiempo real una función objetivo que contiene el comportamiento de los trenes en las siguientes estaciones (control predictivo) en función de los posibles mandos. En este proyecto por tanto se ampliará el modelo de optimización de tráfico disponible en el IIT para permitir tratar transitorios de encierre y reposición. Para ello, es necesario modificar el modelo para permitir horizontes de optimización largos, de más de una vuelta, y variaciones en el número de trenes en circulación. Estas características no son necesarias en regulación mientras se mantiene el número de trenes en línea, pero resultan imprescindibles para abordar el problema de los transitorios den encierre y reposición. El objetivo del proyecto es desarrollar un modelo de optimización capaz de generar automáticamente en tiempo de operación horarios de trenes en líneas de metro. El modelo parte de la situación actual de los trenes en una línea de metro, y debe calcular los horarios futuros de cada tren que optimizan los criterios de calidad del servicio definidos por el explotador de la línea. Para conseguir este objetivo final se han llevado a cabo los siguientes pasos: 1.-Implementación en lenguaje C de un generador de escenarios de tráfico perturbados, mediante un simulador que permita introducir retrasos y propagarlos partiendo de una situación de tráfico regular. 2.-Implementación en lenguaje C de un interfaz entre el generador de escenarios de tráfico y el modelo de optimización de horarios en GAMS. Este interfaz debe generar los ficheros de entrada al modelo de optimización de horarios en GAMS, con toda la información necesaria para construir el modelo asociado a una situación concreta de tráfico. El resultado de la optimización se escribirá en un fichero de salida que se cargará en Excel para su análisis y presentación de resultados. 3.-Ampliación del modelo de optimización de horarios proporcionado por el IIT para que pueda manejar horizontes de optimización mayores de una vuelta a la línea. De esta forma se podrán considerar transitorios de regulación de tráfico largos, que actualmente no soporta el modelo disponible. 4.-Ampliación del modelo de optimización de horarios proporcionado por el IIT para que pueda considerar un número de trenes variable en el horizonte de optimización. De
esta forma se podrán considerar transitorios de encierre y reposición de trenes en la transición de horas punta a valle y viceversa. 5.-Pruebas de funcionamiento y conclusiones. Se utilizará el simulador de tráfico para generar escenarios iniciales perturbados, que serán utilizados como casos de prueba del modelo de generación de horarios, junto con escenarios de encierre y reposición de trenes para horizontes inferiores y superiores a la vuelta. Por último se recogen las conclusiones de los gráficos obtenidos al realizar los distintos casos de simulación comprobando el correcto funcionamiento del regulador de tráfico.
AUTOMATIC GENERATION OF SCHEDULES IN METROPOLITAN RAILROADS. Metropolitan railway lines can be exploited according to previously set timetables of the trains in the stations, or trying to carry out an interval of passage among trains. The systems of automatic traffic regulation in underground lines aim to keep the offered service, either timetable or interval, controlling the trains speed and the stopping times in each station. One of the main problems of traffic regulation in underground lines is the one of transitory trains of enclosure and those of replacement of material. Enclosures are carried out in the transitories from rush hour to non-peak hour. Replacements are carried out in the transitories from non-peak hour to rush hour adding trains. The entry or withdrawal of trains alters strongly the regularity of the intervals of traffic among trains, affecting so the quality of the service. The main objective of this project is to develop a model capable of generating timetables of transitory trains in real time, which optimize the quality of the service offered according to the criteria of the company that runs the underground. For that, it will be defined an objective function which can include those criteria, and it will be optimized along a temporal horizon long enough to cover the whole transitory. The timetables generated that way can be used by the systems of traffic regulation as reference during the transitory, both for exploitation for interval and for timetable. This end of studies project is set within the line of investigation of railway regulation in underground lines. We will work taking material from investigations of the directors of the project as a starting point, particularly, the model of railway traffic control described in an article by them and which has been implemented in a prototype using programming VBA-Excel and optimization through the tool GAMS. In this model of regulation, the
performances on the trains (controls) are calculated as a result of minimizing in real time an objective function which contains the performance of the trains in the next stations ( predictable control ) according to possible controls. So in this project the model of optimization of traffic available in the ITT will be expanded to deal with transitories of enclosure and replacement. For that, it is necessary to modify the model to allow long horizons of optimization, of more than a turn, and variations in the number of trains in movement. These features are not necessary in regularion whereas the number of trains in line is kept, but they are indispensable to tackle the problem of the transitory of enclosure and replacement. The objective of the project is to develop a model of optimization capable of generating automatically and in time of operation timetables for trains in underground lines. The model starts from the present situation of the trains in an underground line and must calculate the future timetables of each train which optimize the quality criteria of the service defined by the company which runs the line. To get this final objective the following steps have been carried out: 1.- Implementation in language C of a generator of altered traffic scenes, through a simulator which allows to introduce delays and to propagate them starting from a regular traffic situation. 2.- Implementation in language C of an interface between the generator of traffic scenes and the model of optimization of timetables in GAMS. This interface must generate the input files to the model of optimization of timetables in GAMS, with all the information necessary to build the model associated to a particular traffic situation. The result of the optimization will be written in an output file which will be loaded in Excel for its analysis and the presentation of results. 3.- Extension of the model of timetables optimization supplied by the ITT so that it can manage horizons of optimization larger than one turn to the line. So,
long transitories of traffic regulation could be considered which the present model cannot stand. 4.- Extension of the model of timetables optimization supplied by the ITT so that it can consider a number of trains changeable in the horizon of optimization. So, it could be considered transitories of enclosure and replacement of trains in the transition from rush hour to non-peak hour and vice versa. 5.- Working tests and conclusions. A traffic simulator will be used to generate altered initial scenes, which will be used as proof cases of the model of timetable generation, with scenes of enclosure and replacement of trains for lower of higher horizons than one turn. Finally the conclusions of the graphics obtained after carrying out the different cases of simulation are brought together checking the correct work of the traffic regulator.