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This diploma thesis analyzes the problem of line planning in urban public transport as an object of Operations Research. It is based on the Theory of Graphs, building specific model network referring to a real existing network. Each line represents the flow through part of this network, respecting additional constraints. The goal is to optimize existing routing by decreasing the number of lines in service and making the routing easier to understand and remember. On the contrary to casual models, this one has been designed to perfectly describe a real existing network, tramway service in Prague, Czech Republic. Furthermore, no set of lines is given in advance. The flow is newly computed by optimizing software to fit the demand and the capacity of each branch. So the output should give the user a concrete route of each line in operation.

[pt] A mobilidade urbana tem sido objeto de manifestações e estudos por parte de leigos, acadêmicos, políticos e planejadores urbanos. Nos centros já densamente povoados, o metrô é o único modal capaz de escoar o grande volume de pessoas que necessitam se deslocar nos horários de pico. Entretanto, o retardamento na execução da rede de metrô, no município do Rio de Janeiro, é agravado pelas alterações nos projetos que expõem a carência na utilização das ferramentas de logística disponíveis na tomada de decisão pelos gestores públicos. Os traçados devem reduzir o tempo necessário ao deslocamento e otimizar a redistribuição do fluxo de passageiros. No caso em estudo, essa otimização pode ser obtida com a ligação das estações Uruguai e Gávea/Jóquei, conforme projeto licitado em 1998. Em particular, esta tese avalia uma das linhas de expansão do Metropolitano do Rio de Janeiro, a linha 4, por forma a inferir da sua adequação para melhorar a mobilidade urbana daqueles que se deslocam da Zona Oeste para o Centro, via Zona Sul. A linha 4 será avaliada por oposição a uma linha alternativa que liga as estações Uruguai e Gávea/Jóquei, conforme projeto licitado em 1998 e que permitiria definir uma rede circular. / [en] In recent years, urban mobility has been a major topic of debate among general public, academics, politicians and urban planners. Despite public policy programmes on mobility kick-started by the City Statute (Estatuto das Cidades), the resources invested in Brazil have not produced significant improvement in the quality of public transport in metropolitan areas, culminating instead in mass public demonstrations in June 2013. According to calculations made by the Federation of Industries of the State of Rio de Janeiro (FIRJAN), taking into account loss of production and additional expenditure on fuel, among other variables, the cost of traffic congestion in Rio de Janeiro metropolitan area amounted to 29 billion reais in 2013, the equivalent of 8.2 percent of the area s GDP and higher than the GDP of the states of Piaui and Tocantins. Against this background of increasing urban immobility, investment in public transport, as against private transport, has become a priority.

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La conception d’un plan de transport d’un service ferroviaire est un processus qui se réalise entre deux ans et six mois avant la mise en service de celui-ci. Les principales phases de la conception sont la définition des dessertes, le calcul de la grille horaire et enfin l’organisation des roulements de rames et des conducteurs. La manière dont le plan de transport est conçu peut avoir de nombreuses conséquences sur la qualité de service : fréquence en gare insuffisante qui peut entrainer une perte de clients, robustesse de la grille horaire face à de petits incidents... En zone dense, tous ces éléments sont à prendre en compte, dès la conception de la grille horaire.Aujourd’hui, SNCF Transilien conçoit ses plans de transport en prenant d’abord en compte l’optimisation des ressources de production (sillons, rames et agents de conduite). Toutefois, l’augmentation des ressources mises en œuvre n’améliore plus l’adéquation du plan de transport à la demande des voyageurs. Ce mode de conception ne permet donc plus de faire face à l’augmentation de la demande de mobilité. C’est pourquoi il faut repenser la conception du plan de transport en intégrant immédiatement la dimension voyageuse.Nos travaux se concentrent sur les problématiques de conception de dessertes et de grille horaire, en prenant en compte le point de vue des voyageurs. Nous présentons un modèle multiobjectif de conception de dessertes, puis nous présentons un modèle de conception de grille horaire intégrant le choix d’itinéraire des voyageurs. Ensuite, nous présentons une méthode cherchant à intégrer ces deux modèles. Enfin, nous présentons une évaluation de nos résultats grâce à des indicateurs de fiabilité / The design of a railway transportation plan is a process achieved between two years and six months before it is put into service. The main phases in the design of a transportation plan are the line planning, the timetabling, the rolling stock and the crew scheduling.The design of the transportation plan can have many consequences on the quality of service: an inadequate frequency in station can cause a loss of passengers, sufficient number of seated places, robustness of the timetable in the face of small incidents... In dense area, as in the Ile-de-France region, all these elements must be taken into account as the transportation plan is designed.Today, SNCF Transilien designs its transportation plans by first taking into account the optimization of production resources (train paths, rolling stock units and drivers). However, today, the increase in resources implemented no longer improves the adequacy of the transportation plan to passengers’ demand. This design method no longer makes it possible to cope with the increase in the demand for mobility (+3% each year since 2000). This is why we must rethink the design of the transport plan by immediately integrating the passenger dimension. Our work focuses on issues of line planning and timetabling in a passenger-oriented approach. First, we present a multi-objective model for line planning. Then, we present a model of timetabling incorporating passenger route choice. Then, we initiate a method to integrate these two models. Finally, we present an evaluation of our results thanks to reliability indicators from the literature and a macroscopic simulation of the timetables

Für die Trassierung von Straßenverkehrsanlagen hat sich neben anderen Methoden die Verwendung von Biegelinealen als vorteilhaft erwiesen und vor über 50 Jahren etabliert. Inzwischen hat der Einsatz moderner Entwurfssoftware in den Straßenbauverwaltungen und Planungsbüros das Biegelineal trotz seiner Vorteile aus der Praxis verdrängt. Keines der Entwurfsprogramme legt das strukturmechanische Prinzip des Biegelineals zugrunde, da die Verformungen des zu Trassierungszwecken ausgelegten Biegelineals nicht exakt berechnet werden können. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an, sie umgeht das Problem auf numerischem Wege unter Anwendung der Finiten Elemente Methode (FEM). So lassen sich über Strukturanalysen die Verformungen einer um seine Hauptträgheitsachsen punktuell ausgelenkten, prismatischen Balkenstruktur mit doppeltsymmetrischem Querschnitt berechnen. Mit der Analyseantwort ergeben sich insbesondere die dreidimensionalen Koordinaten einer Punktfolge, welche die Biegelinie quasiexakt repräsentiert. Die dreidimensionale Biegelinie setzt sich aus einer Achse und einer Gradiente zusammen und ist im Rahmen der Vorplanung geeignet, eine richtliniengerechte Straßenverkehrsanlage zu erzeugen. Das Untersuchungsergebnis stellt eine neuartige Grundlage für ein dreidimensionales Trassierungsverfahren dar, bei dem ein mathematisch modelliertes Biegelineal im Digitalen Geländemodell (DGM) verformt wird.

Für die Trassierung von Straßenverkehrsanlagen hat sich neben anderen Methoden die Verwendung von Biegelinealen als vorteilhaft erwiesen und vor über 50 Jahren etabliert. Inzwischen hat der Einsatz moderner Entwurfssoftware in den Straßenbauverwaltungen und Planungsbüros das Biegelineal trotz seiner Vorteile aus der Praxis verdrängt. Keines der Entwurfsprogramme legt das strukturmechanische Prinzip des Biegelineals zugrunde, da die Verformungen des zu Trassierungszwecken ausgelegten Biegelineals nicht exakt berechnet werden können. An diesem Punkt setzt die vorliegende Arbeit an, sie umgeht das Problem auf numerischem Wege unter Anwendung der Finiten Elemente Methode (FEM). So lassen sich über Strukturanalysen die Verformungen einer um seine Hauptträgheitsachsen punktuell ausgelenkten, prismatischen Balkenstruktur mit doppeltsymmetrischem Querschnitt berechnen. Mit der Analyseantwort ergeben sich insbesondere die dreidimensionalen Koordinaten einer Punktfolge, welche die Biegelinie quasiexakt repräsentiert. Die dreidimensionale Biegelinie setzt sich aus einer Achse und einer Gradiente zusammen und ist im Rahmen der Vorplanung geeignet, eine richtliniengerechte Straßenverkehrsanlage zu erzeugen. Das Untersuchungsergebnis stellt eine neuartige Grundlage für ein dreidimensionales Trassierungsverfahren dar, bei dem ein mathematisch modelliertes Biegelineal im Digitalen Geländemodell (DGM) verformt wird.