Fonctionnalité

L’introduction d’horaires cadencés coordonnés a entraîné la possibilité, mais aussi la nécessité, de représenter à la fois les horaires des trains et le réseau de manière géographique. C’est ainsi qu’est né l’horaire réticulaire.

Chaque circulation planifiée (et la circulation correspondante en sens inverse) est représentée sous la forme d’un trait reliant les gares traversées, avec l’indication des minutes de départ et d’arrivée pour chacune de ces gares.

Le caractère répétitif de l’horaire signifie qu’une famille de trains cadencée à l’heure peut être représentée par un seul trait sur le graphique. Les durées de correspondance dans les gares sont visibles d’un seul coup d’oeil, ce qui fournit au planificateur un instrument extrêmement puissant pour améliorer la coordination et les correspondances entre trains.

Viriato fut le premier outil de planification à associer avec succès l’horaire réticulaire, les horaires graphiques et les horaires tableaux, formant ainsi un outil véritablement intégré.

Les horaires graphiques sont le moyen traditionnel de représentation de l’exploitation ferroviaire. Ils restent essentiels pour comprendre les interactions entre les différents trains sur une ligne ou un réseau et permettre aussi une première estimation des besoins probables en matériel roulant pour une ligne.

Un planificateur expérimenté peut juger de la faisabilité d’un horaire et identifier les conflits, tels un espacement insuffisant entre trains successifs ou des circulations incompatibles, simplement en regardant un horaire graphique.

La fonction horaire graphique de Viriato, entièrement configurable, laisse à l’utilisateur le choix de représenter les trains selon ses besoins. Par exemple, des couleurs différentes peuvent être utilisées pour représenter différents types de trains (catégorie de train ou numéro de ligne), tandis que l’épaisseur du trait pourra indiquer le caractère express ou régional d’une circulation.

Grâce à cette flexibilité, le planificateur produit des horaires graphiques faciles à lire, lui permettant d’identifier plus rapidement les améliorations possibles.

L’horaire tableau est la représentation traditionnelle de l’horaire sur une ligne de chemin de fer. Dans cette représentation, type de trains, validité, fréquence et politique d’arrêt peuvent être lus facilement. Combiné à l’utilisation d’autres fonctions, comme par exemple l’horaire graphique, il peut aussi donner accès rapidement aux aspects plus techniques d’un horaire.

Les détails de configuration d’un horaire tableau peuvent fortement dépendre des objectifs de son utilisation. Viriato fournit des possibilités de filtrage et des formats de présentation flexibles afin que les utilisateurs puissent représenter facilement l’information qu’ils souhaitent précisément visualiser.

Viriato inclut aussi une interface qui permet d’analyser ou de mettre en forme les horaires tableaux dans MS Excel.

L’horloge des correspondances représente graphiquement les relations entre les trains circulant dans une gare, de sorte que le planificateur puisse en gérer efficacement les horaires d’arrivée et départ. En optimisant ainsi les correspondances entre les trains, le nombre de liaisons attractives pour les usagers augmente. L’affichage des minutes d’arrivée et départ sur un cadran horaire permet une analyse rapide de la situation dans la gare considérée. L’affichage détaillé permet une réflexion encore plus précise en fonction de la voie attribué en gare pour chaque train.

Pour planifier des horaires exacts, il est nécessaire de connaître précisément le temps de parcours technique (« la marche ») qu’un train peut atteindre. La possibilité de recalculer de manière dynamique le temps de parcours en cours de planification est également essentielle, car elle permet l’affectation d’un autre matériel roulant ou la prise en compte de modifications d’infrastructure, telles les limitations temporaires de vitesse, au fil de la planification horaire. Viriato permet de calculer des marches très précises en tenant compte de nombreux paramètres techniques et opérationnels.

Le calculateur de marche de Viriato utilise l’algorithme développé pour les Chemins de Fer Fédéraux suisses (CFF) et Infrabel. Ce calculateur permet une combinaison illimitée de matériels roulants et de valeurs concernant la traction, la résistance dynamique à l’avancement et les courbes de freinage pour produire des temps de parcours très précis, validés par les CFF dans leur exploitation quotidienne.

Les caractéristiques de l’infrastructure telles que les rampes, pentes, courbes et limitations de vitesse sont introduites pour obtenir une modélisation détaillée.

Le calculateur de marche de Viriato permet à l’utilisateur de définir facilement ses propres types de matériel roulant selon leurs caractéristiques de performances. Complètement intégré au processus de planification, les résultats du calcul de marche de Viriato sont repris instantanément dans les temps de parcours du train.

La planification de roulements efficaces du matériel roulant est une activité clé qui influence la performance économique d’un chemin de fer. Le coût d’investissement du matériel roulant est élevé. Par conséquent, les défis liés au respect de l’offre de service envers les voyageurs et les autorités, tout en conservant une marge suffisante pour les activités de maintenance, nécessitent une approche de planification coordonnée.

Le module de roulement du matériel de Viriato est conçu pour être entièrement intégré avec fonctionnalités de planification horaire de Viriato. Il permet la création de plans de roulements du matériel au cours du processus de planification horaire.

Le long du cycle de vie d’un horaire, les exigences relatives au roulement du matériel évoluent, et le module de roulement du matériel de Viriato fournit les fonctionnalités nécessaires pour couvrir l’ensemble de ce processus.

Au cours du processus initial de planification stratégique à long terme, l’utilisateur peut se concentrer sur l’évaluation de la taille de la flotte de véhicules nécessaire pour assurer le schéma de desserte. À mesure que les détails augmentent, les roulements peuvent être affinés afin d’inclure des informations précises sur le matériel roulant, les activités de maintenance et les circulations à vide.

Les gares sont au coeur de l’exploitation ferroviaire. Les lignes y convergent, les trains y arrivent et en repartent, les voyageurs montent, descendent ou changent de train, certaines compositions sont amenées au dépôt pour le nettoyage et la maintenance. L’introduction d’horaires cadencés et le développement de noeuds de correspondance impactent l’exploitation et augmentent les enjeux de capacité dans les gares.

La complexité de l’exploitation dans les gares rend nécessaire une planification soignée. C’est pourquoi l’analyse des minutes de départ et d’arrivée, de l’affectation des voies et de leur occupation forme un élément central du processus de planification de l’horaire.

Les questions qui se posent alors sont par exemple les suivantes : Le nombre de voies à quai est-il suffisant pour réaliser le concept d’offre proposé ?

Quelles voies ou aiguillages supplémentaires permettraient d’augmenter l’offre ? Le module de graphique d’occupation des voies de Viriato fournit à l’utilisateur un outil à la fois simple et puissant pour planifier, évaluer et produire des graphiques d’occupation des voies en gare. Le planificateur peut déplacer simplement les trains d’une voie à l’autre avec la souris et vérifier instantanément les circulations en conflit.

Viriato permet à l’utilisateur de créer des plans d’exploitation en gare sans conflits en s’appuyant sur le module optionnel de détection de conflit. Celuici détecte les cas de non-respects des règles d’exploitation définies et les conflits entre les trains qui arrivent et partent des différentes voies en gare.

Un horaire de chemin de fer doit tenir compte de nombreuses contraintes liées notamment à l’infrastructure (espacements entre trains, système de signalisation, etc.), au matériel roulant (performance, type de train, etc.) et aux caractéristiques de l’offre (politique d’arrêts, correspondances, etc.). Si le système ferroviaire est complexe ou s’il est exploité près de ses limites de capacité, ces contraintes doivent être considérées avec d’autant plus d’attention.

Lorsque la complexité est élevée, il peut être difficile de vérifier que l’ensemble des contraintes ont bien été prises en compte et que l’horaire proposé est sans conflit.

Le module de détection des conflits de Viriato identifie et met en évidence les conflits sur l’horaire graphique de manière instantanée. Si l’utilisateur déplace un train sur le graphique avec sa souris les conflits sont automatiquement actualisés.

Viriato produit également un résumé sous forme de tableau des conflits et de leur durée, ce qui permet au planificateur de les résoudre rapidement.

Viriato peut aussi détecter les conflits en gare. L’algorithme de Viriato détecte les conflits de manière rigoureuse et alerte l’utilisateur si l’horaire n’est pas réalisable, un avertissement d’autant plus précieux qu’il intervient tôt dans le processus de planification.

La construction d’horaires est un processus itératif qui doit tenir compte de beaucoup de contraintes et d’objectifs parfois opposés. Les contraintes d’exploitation ont souvent des impacts pour les trajets des voyageurs qui ne sont pas visibles au premier coup d’oeil. Les conséquences d’une modification locale de l’horaire sur l’ensemble du système sont également difficiles à déceler à l’échelle d’un réseau complexe et étendu.

Le module d’analyse des durées de voyage de Viriato permet aux planificateurs d’horaire de comparer les variantes d’horaire et d’analyser la qualité de l’horaire et de l’offre. Dans un premier temps, il identifie toutes les relations utiles pour l’usager sur la base des données d’horaire, des temps de parcours et des temps de correspondance optimaux définis par l’utilisateur. Une fois les relations trouvées, Viriato calcule les caractéristiques principales de l’horaire du point de vue du voyageur et de l’exploitation.

L’affichage des résultats dans Viriato et leur export sous forme de tableurs permettent une évaluation rapide des forces et faiblesses des horaires construits. Un module annexe de Viriato permet également une représentation géographique attrayante des données dans une grande variété de formats graphiques. Les relations proposées par le nouvel horaire peuvent ainsi être aisément mises en valeur et communiquées aux clients du chemin de fer.

La mise en place d’un nouvel horaire ou d’un nouveau service a souvent des répercussions sur les choix de déplacement des passagers. Le module d’analyse des durées de voyage de Viriato permet d’obtenir le temps de parcours pour les itinéraires empruntés par les passagers en incluant le temps des correspondances. Le module d’affectation de la demande va au-delà. Il intègre la demande des passagers avec l’analyse des durées de voyage et permet d’estimer le nombre de passagers voyageant sur chaque train.

L’interaction entre les nouveaux concepts d’offre et leurs impacts en termes de flux des passagers est le résultat d’un processus itératif dans Viriato clairement appréhendable par l’utilisateur, qui perçoit ainsi les effets des modifications d’un service sur la demande.

L’algorithme répartit la demande sur le principe de distribution du courant dans les circuits électriques en parallèle. La demande de chaque couple origine-destination est alors affectée simultanément dans les trains selon la « conductivité » relative de chaque relation, c’est-à-dire leur attractivité évaluée en fonction du temps de parcours et du nombre de correspondances nécessaires.

Viriato calcule méthodiquement ou considère explicitement les courbes de distribution journalières contenant les fractions d’usagers voulant voyager heure par heure entre deux gares. Ces distributions permettent la modélisation des heures de pointe et des flux pendulaires vers et depuis les centres urbains.

Dans le cadre du processus itératif de production d’horaires, l’évaluation des scénarios horaires joue un rôle important. La robustesse d’un horaire est un aspect particulièrement difficile à évaluer. Lorsqu’il s’agit d’un grand réseau, établir un lien de cause à effet d’un élément d’infrastructure ou d’un changement horaire sur la robustesse de l’ensemble du système est une tâche particulièrement difficile même pour un planificateur expérimenté.

Le module d’analyse de robustesse permet de valider la stabilité d’un horaire et de comparer la performance de variantes d’horaire. L’utilisateur définit des scénarios de retard comprenant un ensemble d’incidents contre lesquels il souhaite tester un horaire, en tenant compte des restrictions capacitaires. Viriato simule la propagation de ces retards initiaux en essayant d’atteindre un réalignement avec schéma de desserte nominal. Le calcul peut fait de manière unitaire ou sous forme de simulation de Monte-Carlo afin d’estimer la robustesse pour un tirage stochastique d’incidents. Une fois le calcul terminé, Viriato produit des statistiques et l’horaire perturbé peut être enregistré en tant que scénario de trains.

Le résultat de la propagation des retards peut être analysé en utilisant Viriato et comporte des statistiques telles que le temps nécessaire à l’absorption du retard par l’horaire et le total de minutes de retard dues aux perturbations. Ces statistiques peuvent être exportées et utilisées pour des analyses plus détaillées et pour la présentation des résultats. Il est ainsi possible de mesurer la robustesse de nouveaux horaires et d’en communiquer aisément les résultats.

Parallèlement à la gestion de la capacité et du trafic, le développement, le renouvellement et la maintenance du réseau sont des activités importantes du gestionnaire d’infrastructure. Sans celles-ci, la continuité et l’extension des services sont mises en péril et l’état du réseau se dégrade.

Même si les gestionnaires d’infrastructure s’efforcent de minimiser les conséquences des travaux sur les activités de leurs clients, certains impacts sur les circulations sont difficiles à éviter et mènent à des adaptions au plan de transport de base.

Le module de prise en compte des travaux permet de créer des restrictions capacitaires et d’analyser leurs interactions avec les trains planifiés. Les restrictions capacitaires peuvent être regroupées dans des scénarios. L’utilisateur peut ainsi structurer et filtrer des sous-ensembles de restrictions selon ses propres critères. Il est également possible d’importer et d’exporter des restrictions capacitaires au format standard TCR pour un échange avec d’autres systèmes.

Afin d’avoir une vue stratégique sur un plan de travaux, Il est possible d’exporter le calendrier des restrictions pour une période horaire donnée. Cette vue calendaire synthétise l’ensemble des restrictions présentes sur les sections du réseau selon une typologie simplifiée : fermeture complète ou partielle, fermeture en ligne, en gare ou combinée, fermeture de jour, de nuit ou continue, etc. Elle permet une identification rapide des liens entre les restrictions, de leur impact conjoint sur l’horaire et de la disponibilité d’itinéraires alternatifs.

De nombreuses étapes doivent être franchies entre les premières ébauches de concepts d’offre et le concept d’horaires opérationnel. Les délais peuvent même être très longs. Trouver l’horaire qui offre le meilleur équilibre entre les besoins de l’exploitation et les contraintes économiques nécessite de nombreuses itérations.

La flexibilité de Viriato lui permet d’assister le planificateur à toutes les étapes du processus de développement. Malgré cela, l’échange de données est inévitable durant le processus, les données d’horaire devant être utilisées soit en parallèle, soit successivement par plusieurs systèmes. Dans le processus d’échange de données, l’essentiel est d’assurer un transfert efficace de celle-ci, sans ressaisies, toujours lentes et sources d’erreur. Le défi consiste à relier différentes applications entre elles par des interfaces intelligentes et standardisées.

L’initiative RailML (www.railml.org) a été créée afin d’améliorer les processus d’échange de données entre applications informatiques ferroviaires en définissant des standards communs. Son objectif est de permettre de relier différentes applications à travers la création d’interfaces entre les services de planification des horaires et l’exploitation du chemin de fer, notamment par la définition de plateformes standardisées basées sur le format XML. SMA et associés SA a été un des membres fondateurs de l’initiative RailML et participe toujours activement à son développement.

L’import et l’export de données horaires de Viriato sont certifiées par railML.org comme conformes aux schémas railML 2.2 et 2.5.

Pour la transmission de données vers des systèmes destinés aux usagers, Viriato inclut un export au format GTFS ; un export optionnel au format NeTEx, actuellement limité à l’implémentation suisse, est également disponible. Un module optionnel permet aussi d’exporter des données horaires vers IVU.rail.

Pour analyser dans des systèmes tiers les données produites à l’aide de Viriato, un export des horaires en format XML est disponible ; il inclut les données horaires et les données de base associées. Cette complétude permet d’effectuer des analyses et des post-traitements détaillés.

Le module Recherche de Sillons de Viriato génère et insère automatiquement des sillons sans conflit dans un horaire existant. À partir d’un sillon existant utilisé comme modèle, Viriato recherche des horaires réalisables qui respectent les contraintes d’infrastructure, les règles d’espacement et les exigences de séparation, tout en minimisant l’écart par rapport au schéma d’exploitation souhaité.

L’approche mathématique repose sur la programmation linéaire en nombres entiers mixtes (MILP) et peut être utilisée pour l’élaboration d’horaires, l’analyse de la capacité et l’évaluation de la capacité résiduelle du réseau. Une licence du solveur Gurobi est requise.

La Microscopie à la demande (« MoD ») désigne une architecture logicielle conceptuelle développée par SMA au cours des dernières années. Ce concept permet de passer facilement du modèle macroscopique au modèle microscopique, c’est-à-dire très détaillé, à toutes les étapes du processus de planification. Les tâches de base que sont la planification de l’offre, la vérification de la faisabilité, notamment le calcul des temps de parcours, le calcul d’occupation des blocs et la détection des conflits, peuvent désormais être réalisées par le biais de la MoD avec l’outil microscopique le plus approprié. De plus, il est ainsi possible d’analyser d’un concept d’offre de transport existant sous les angles de la stabilité, de l’utilisation de la capacité ou de la circulation du matériel roulant. Grâce à l’intégration des services externes de recherche d’itinéraire, de calcul des temps de parcours et de détection des conflits provenant d’outils tiers, l’utilisateur peut bénéficier dans Viriato à la fois de l’efficacité macroscopique et de la précision microscopique dans la planification horaire. Il existe désormais des implémentations de la MoD complètes pour les systèmes microscopiques nationaux d’Allemagne et de France, et une implémentation partielle pour un système générique couvrant l’infrastructure et la recherche d’itinéraire.

Un enjeu important de la planification d’un horaire consiste à quantifier la capacité restant disponible afin de laisser une marge suffisante pour exploiter l’horaire, sans qu’une part excessive reste inutilisée. Le module d’analyse capacitaire du réseau contient plusieurs algorithmes permettant de quantifier la quantité de capacité consommée et résiduelle par une intention de service donnée.

La première méthode mesure la capacité pratique. Il s’agit d’un algorithme de compression de l’horaire dans lequel les services planifiés sont rapprochés autant que possible sans enfreindre les temps d’espacement et de séparation sur une section ou dans un nœud. Cette méthode fournit une mesure directe de la capacité consommée. Par exemple, il peut être montré que des services correspondant à une heure d’exploitation pourraient être assurés en 45 minutes ; cet horaire présente donc un taux potentiel de consommation de la capacité de 75 %.

La deuxième méthode est le calcul de la capacité résiduelle. Dans cette méthode, l’horaire existant reste fixé et des trains supplémentaires sont insérés jusqu’à ce qu’aucun service ne puisse être ajouté. À ce stade, l’horaire est considéré comme « saturé » et le planificateur connaît alors la limite théorique du nombre de trains supplémentaires pouvant circuler. Une licence du solveur Gurobi est requise pour cet algorithme.

Pour les deux méthodes, des rapports fournissent des informations détaillées sur la capacité consommée et sur celle qui reste disponible dans l’horaire.