Programación lineal entera aplicada al problema de reprogramación del cronograma ferroviario ante grandes interrupciones

• Autores: Mosteiro, AgustÍn
• Año de publicación: 2017
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis de grado
• Colaborador/a o director/a de tesis: Miranda Bront, Juan José; Pousa, Federico Javier
• Materia: GESTION DE INTERRUPCIONES; REPROGRAMACION DE CRONOGRAMA FERROVIARIO; PROGRAMACION LINEAL ENTERA; FORMULACION POR INDICE DE TIEMPO; DISRUPTION MANAGEMENT; RAILWAY TIMETABLE RESCHEDULING; INTEGER PROGRAMMING; TIME INDEX FORMULATION
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Las operaciones del transporte ferroviario son influenciadas diariamente por eventos no planeados que afectan, por ejemplo, el material rodante o la infraestructura y pueden producir demoras e interrupciones en la red. Como consecuencia, hay un alto impacto en la calidad del servicio percibida por los pasajeros. Bajo estos escenarios, una de las claves es construir un nuevo cronograma para recuperarse de la interrupción e informar a los pasajeros lo más rápido posible, usualmente en unos pocos minutos. Debido a su complejidad, el problema general es usualmente dividido en tres etapas secuenciales, a saber reprogramación de cronograma, reprogramación de material rodante y reprogramación de tripulación. Uno de los principales desafíos involucra la factibilidad de la solución obtenida en una etapa respecto de las restricciones impuestas por la etapa próxima. Luego, el modelo intenta incluir, al menos de una manera relajada, algunas de las restricciones de las posteriores etapas con el fin de obtener una solución más robusta. En los últimos años, ha habido una tendencia en la literatura a considerar modelos de PLEM como prototipos de sistemas automatizados de decisión para hacer frente a este tipo de situaciones. Esta investigación se basa principalmente en los trabajos de Louwerse y Huisman [9] y Veelenturf et al. [12] para el problema de reprogramación de cronograma. En ambos modelos, a pesar de las diferencias en las características particulares modeladas, el problema es formulado por medio de una red evento-actividad que luego se traduce a la formulación de PLEM, con el objetivo de obtener el nuevo cronograma. También consideran algunos aspectos generales del material rodante en la etapa del armado del cronograma. En ambos casos, los resultados muestran que se producen soluciones de buena calidad en tiempos de cómputo razonables. En particular, el trabajo de Veelenturf et al. [12] hace algunas extensiones al problema original y también tiene en cuenta el ida y vuelta desde el nuevo cronograma hacia el cronograma original, lo que es una cuestión clave para poder implementar la solución en la práctica. En base a nuestro conocimiento, la mayor parte de la investigación relativa al problema de reprogramación de cronograma se dedica a incorporar nuevas características al modelo, mientras que pocos trabajos se enfocan en algoritmos exactos alternativos (ver Cacchiani et al. [3] para una revisión actualizada). Mejoras en los algoritmos permitirían considerar redes de mayor tamaño como así también ciertos escenarios en los cuales los tiempos de cómputo exceden los tiempos disponibles. Nuestra contribución apunta en esa dirección. Extendemos el trabajo de Veelenturf et al. [12], proponiendo una formulación PLEM alternativa basada en la llamada Formulación por Índice de Tiempo considerada en Dash et al. [4] para el Problema del Viajante de Comercio con Ventanas de Tiempo. Mostramos que la formulación propuesta tiene una relajación LP más ajustada. También presentamos resultados computacionales, incluyendo comparaciones respecto a los tiempos de cómputo y a la calidad de las relajaciones LP. Finalmente discutimos futuras direcciones de investigación.
Normal railway operations are often influenced by unexpected situations that affect, for example, the rolling stock and the infrastructure and may cause delays and disruptions in the network. As a consequence, there is a heavy impact on the quality of service perceived by the passengers. Under these scenarios, one of the key issues is to construct a new disposition timetable to recover from the disruption and to inform the passengers as fast as possible, usually within a few minutes. Due to its complexity, the overall problem is usually divided into three phases which are solved sequentially, namely timetable rescheduling, rolling stock rescheduling and crew rescheduling. One of the major issues involves the feasibility of the solution obtained in one phase regarding the constraints imposed by the following one. Therefore, the models try to include, at least in a relaxed fashion, some of the constraints involved in successive phases in order to provide a more robust solution. There has been a trend in the literature in the last few years to consider MILP as prototypes for automated decision systems to tackle this kind of situations. This research builds mainly upon the works by Louwerse and Huisman [9] and Veelenturf et al. [12] for the timetable rescheduling problem. In both models, despite the differences regarding the particular characteristics modeled, the problem is formulated by means of an eventactivity network which is later translated into an MILP formulation, aiming to obtain the disposition timetable. They also consider some general aspects of the rolling stock rescheduling in the timetabling phase. In both cases, the results show that the approach produces good quality solutions in reasonable computing times. In particular, the work by Veelenturf et al. [12] makes some extensions to the original problem and also takes into account the back and forth from the disposition timetable to the original timetable, which is a key issue in order to implement the solution in practice. To the best of our knowledge, most of the research regarding timetable rescheduling is devoted to incorporate new modeling characteristics, but there is limited research focusing on alternative exact algorithms for the problem (see Cacchiani et al. [3] for an updated review). Improvements in the algorithms could allow to consider larger railway networks as well as to consider certain scenarios where computing times exceed the available time. Our contribution aims in that direction. We extend the work by Veelenturf et al. [12], proposing an alternative MILP formulation based on the so-called Time-Index Formulation considered in Dash et al. [4] for the Traveling Salesman Problem with Time Windows. We show that the proposed formulation has a tighter LP relaxation. We further present computational results, including a comparison regarding the overall computing times and quality of the LP relaxations, and discuss future research directions.
Fil: Mosteiro, AgustÍn. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.