Simulation de Réseaux Ferroviaires

Simulation de Réseaux Ferroviaires
Le projet de recherche Modélisation orientée objets dans le domaine ferroviaire a été conduit
par l’Institut des Transports et de Construction Routière et Ferroviaire (IVT, Institut für Verkehrsplanung, Transporttechnik, Strassen- und Eisenbahnbau) de l’École Polytechnique
Fédérale de Zurich. Le but est le développement d’une application conviviale exécutable sur
différentes plates-formes informatiques capable de simuler l’exploitation ferroviaire de
manière complète et précise, ceci afin de disposer d’un outil de décision polyvalent.
Cette recherche a conduit au produit « OpenTrack – Simulation de Réseaux Ferroviaires » qui
est aujourd’hui utilisé par des entreprises de chemins de fer, l’industrie ferroviaire, des
bureaux d’ingénieurs et des instituts universitaires.
Les composants de l’outil de simulation son représentés à la figure 1. Des trains prédéfinis se
déplacent sur une voie ferrée définie en respectant les conditions de bord dues à l’horaire.
Input
Matériel
roulant
Simulation
Output
Diagrammes
Interactivité
Horaire
Graphique
Installations
ferroviaires
Horaire
Occupation
des voies
Animation
Statistiques
Fig. 1: composantes de l’outil de simulation
OpenTrack
Simulation de Réseaux Ferroviaires
2
La simulation calcule les mouvements de tous les trains à la seconde près et reproduit le comportement exact des installations de sécurité. Les données du processus collectées pendant
l’exécution de la simulation peuvent être visualisées sous les représentations classiques du
domaine ferroviaire, telles qu’horaires graphiques, diagrammes d’occupation des voies, statistiques de retard, etc.
Matériel roulant
Chaque engin de traction est décrit par ses données techniques telles que la motorisation, le
poids, la longueur, etc. Une banque de données appelée « Dépôt » gère les locomoteurs.
A chaque train circulant pendant une simulation sont attribués un ou plusieurs engins d’un
dépôt, ainsi que les voitures ou wagons à remorquer. Les convois ainsi définis, également disponibles dans une banque de données du même type (par exemple une locomotive Re 460, 13
voitures unifiées IV et une voiture pilote pour les trains « InterCity » suisses), peuvent ensuite
être utilisés à volonté et pour différents types de circulations.
Données de la voie ferrée
La voie ferrée est représentée sous la forme d’un graphe mathématique – un ensemble de
nœuds et d’arêtes. Sa topologie peut être saisie et gérée graphiquement à l’aide d’un éditeur de
plan de voies. Les différents éléments du graphe peuvent ensuite être dotés d’attributs. Les
arêtes possèdent, par exemple, une longueur, une déclivité et des vitesses de circulation admissibles selon les différents types de trains. Outre les nœuds et les arêtes, d’autres éléments de
l’infrastructure sont créés et gérés à l’aide de l’éditeur de plan de voies. La figure 2 montre un
extrait d’un plan de voies d’une gare simple.
Project Olten
FR10000
RE10003
.
355
354
IC200
08
353
352
Olten
351
569
Olten.opentrack
Fig 2: topologie des voies d’une gare
OpenTrack
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3
Horaire
Les données des mouvements à simuler sont gérées à l’aide d’une banque de données de
l’horaire. On y définit entre autres les départs planifiés des trains aux points d’arrêt, les durées
d’arrêt minimum et les correspondances.
Simulation
Pendant la simulation, les trains tentent de remplir leurs missions dans les temps définis à
l’horaire. Le mouvement des trains est calculé par résolution de l’équation fondamentale du
mouvement : l’accélération maximale possible pour chaque pas de temps est déterminé à partir de l’effort de traction à disposition, des résistances à l’avancement et des paramètres de la
voie ferrée. La vitesse du train est obtenue en intégrant la fonction d’accélération, puis une
deuxième intégration fournit la distance parcourue.
7
47
48
.50
44
14
8
.10
22
2 4
83 51
52
8
43
53
1941
8
05
44
47
3
11.00
1952
47
26
44
06
.10
43
9
2154
5
23
5
95
0
4
966
36
2
.30
26
6 .40
96
43
.50
16
44
28
65
12.00
830
1951
39
18
58
51
8
.50
47
18
29
5
9
06
45
53
38
4
96
53
49
2143
51
.40
.20
49
06
51
83
.30
.40
.50
.10
.20
.20
54 .30
6
85
46
38
37
18
11.00
DOII
DO
PRE
VAR
IS
SGAA
BR
VI
STGE
MOGN
10.00
35
7
85
2133
438
53
96
53
514 4 6
39
43 9
3
49
.40
5
21444404
5
51 3
2
18
18
39
4 44
5359
24
83
3
94
0
4 4
8304
831342
57
49
43
FRD
WEN
FR
FRSP
REIK
SP
9
5
53
1942
18
2
85
6
36 831
21
.30
43
41
83
8
38
940 403
4
49
.20
53
826
45
5
02
.10
530
53
44 182
15 4
3
37
10.00
47
TH
GW
Les postes d’aiguillages, qui assurent le fonctionnement correct des installations et assurent la
sécurité (« couvrent ») des mouvements des trains, ont une influence additionnelle sur l’avancement des véhicules, par exemple dans le cas de sections d’itinéraires occupées ou de signaux
fermés.
12.00
Fig 3: diagramme espace/temps (horaire graphique)
Pendant le déroulement de la simulation, les données du processus telles que position, vitesse,
accélération, etc., sont mémorisées pour chaque train sur l’ensemble de son parcours, permettant d’effectuer ensuite différentes évaluations.
OpenTrack
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La simulation peut se dérouler en mode animé, permettant à l’utilisateur de voir les trains en
mouvement sur l’infrastructure, de visualiser les sections occupées ou réservées des itinéraires
ainsi que l’état des signaux.
Évaluations
OpenTrack offre une multitude de moyens pour l’évaluation des résultats de la simulation,
qu’il est possible de représenter par train, par section de ligne ou par gare. Pour chaque train
on peut par exemple visualiser l’évolution de l’accélération ou de la vitesse sur la distance parcourue (fig. 4), les gênes occasionnées par des signaux fermés ou des correspondances tardives, etc. Concernant les lignes, les horaires graphiques (fig. 3) et l’occupation des cantons
peuvent être affichés. Dans les gares sont enregistrés les heures de passage, les horaires effectifs, l’occupation des voies (fig. 5) ou les retards.
[km/h]
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
[km]
Station V
Stop Q
Station Z
20
Station P
10
Station Y
0
Fig 4: diagramme espace/vitesse
SE60000
RE10001
10
FR35000
STATU GL2
RE10000
FR35001
STATU GL3
SE60000
STATY GL1
IC4001
RE10001 10
IC4003
FR35001
10
STATY GL2
RE10000
IC4000
FR35000
IC4002
STATY GL3
08:00
08:10
08:20
08:30
08:40
08:50
09:00 Time
Fig 5: occupation des voies d’une gare
OpenTrack
Simulation de Réseaux Ferroviaires
5
Application OpenTrack
OpenTrack est disponible pour les environnements Windows (2000, XP, Vista, 7, 8), MacOS X
Server et MacOS X.
L’application est disponible en deux variantes. La version complète d’OpenTrack permet la
circulation d’un nombre illimité de trains pour chaque simulation exécutée. La version OpenTrack Light, prévue essentiellement pour des calculs de temps de parcours, limite le nombre
de trains à deux pour chaque simulation.
La figure 6 montre un exemple de l’application au cours de l’exécution d’une simulation.
Les trains en circulation peuvent être visualisés sur le plan topologique des voies.
Fig 6: Screenshot (OpenTrack pour Windows XP)
OpenTrack
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6
Informations complémentaires
OpenTrack Railway Technology Ltd.
Gubelstr. 28
CH - 8050 Zurich
Switzerland
Tel:
Fax:
E-Mail:
WWW:
OpenTrack
+ 41 -44- 310 19 90
+ 41 -86 - 044 310 19 90
[email protected]
http://www.opentrack.ch
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