Mit steigender Komplexität heterogener, verteilter Systeme nehmen auch die Anforderungen an deren Validierung zu. In dieser Arbeit wird ein Konzept vorgestellt, mit dem eine bestimmte Klasse komplexer Systeme, so genannte Dienstbereitstellende Systeme, durch automatisiertes Testen validiert werden kann. Mit Hilfe heterogener Klienten, bspw. eingebetteter Systeme, wird die Systemfunktionalität getestet. Hierzu wird das zu testende System auf die nach außen zur Verfügung gestellten Dienste reduziert und die Nutzung dieser Dienste durch Klienten mit einer Last quantifiziert. Eine Validierung wird durch die Vorgabe zeitlich veränderlicher Lasten für jeden Dienst definiert. Diese Lasten werden zielgerichtet den verfügbaren Klienten zugeteilt und durch diese im zu testenden System erzeugt. Zur praktikablen Anwendung dieses Konzeptes ist eine Automatisierung des Validierungsprozesses notwendig. In der Arbeit wird die Architektur einer Testbench vorgestellt, die zum einen die Heterogenität der Klienten berücksichtigt und zum anderen Einflüsse durch die Dynamik der Klienten während der Laufzeit der Validierung ausgleicht. Das hierbei zu lösende algorithmische Problem der Dynamischen Testpartitionierung wird ebenso definiert, wie ein Modell zur Beschreibung aller notwendigen Parameter. Die Testpartitionierung kann mittels einer eigens entwickelten Heuristik in Polynomialzeit gelöst werden. Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit des entwickelten Verfahrens wird die Heuristik aufwendigen Untersuchungen unterzogen. Am Beispiel eines zu testenden Mobilfunknetzwerkes wird die beschriebene Testbench umgesetzt und Kernparameter mittels Simulation ermittelt. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein Konzept zur Systemvalidierung, das generisch auf jede Art von dienstbereitstellenden Systemen angewandt werden kann und damit zur Verbesserung des Entwicklungsprozesses von komplexen verteilten Systemen beiträgt.

The routing and scheduling problem is a complex task and a critical challenge in the railway sector, given the involvement of various railway infrastructural and operational characteristics. Moreover, this problem has a direct impact on the costs of railway services due to the routes trains are taking, and the environmental impact caused by the length of their journeys. Although numerous studies have addressed the routing and scheduling of passenger trains, fewer have focused on the routing and scheduling of freight trains. Therefore, the primary objective of this study is to enhance the utilization of rail freight routes by reducing the travel time of freight trains. To determine the optimal train routing and transit durations, as well as to identify the pivotal operational and infrastructural variables that impact the travel time of freight trains, a mixed-integer linear optimization model has been developed. Furthermore, enhancing the efficiency of rail freight entails leveraging automation and digitalization in rail freight transportation to improve rail performance, multimodal services, and end-user satisfaction due to an improvement in the utilization of the network. The AnyLogic simulation software tool has been employed to evaluate the influence of digital automatic coupling (DAC) on marshalling yard train processing time and yard capacity. DAC is seen as an enabling technology for automation in yards and the use of longer and faster trains on the line. The marshalling yard of Hallsberg will be used as a case study. The initial findings indicate that an increase in train length from 700 meters to 800 meters has a negligible impact on train schedules. In comparison to the prevailing scenario, the implementation of technologies that facilitate reduced inter-train spacing and halving of block separation enhances the capacity of the railway network. It is similarly important to accelerate train speeds by 10% in order to enhance the utilization of rail freight routes, which results in a more homogeneous traffic flow on the line due to a speed closer to that of passenger trains, thereby increasing the capacity of the network. The results of Hallsberg's marshalling yard demonstrate that the introduction of DAC Type 4 has led to an enhanced capacity for handling trains at the arrival, classification, and departure yards. Further capacity gains are possible with the adoption of DAC Type 5, which allows for the production of longer trains in all three parts of the marshalling yard. This is since a greater number of wagons are arriving, thereby enabling the formation of trains to be completed more expeditiously. However, the introduction of longer trains has led to a challenge in terms of the number of trains arriving at the marshalling yard. This is due to the fact that longer trains require a longer uncoupling and classification process. The primary rationale for enhancing capacity from the base to DAC Type 4 and DAC Type 5, in conjunction with the implementation of longer trains across all sections of the marshalling yard, is the reduction in uncoupling times. The integration of findings from the mixed-integer linear optimization model and the AnyLogic model for Hallsberg's marshalling yard serves to emphasize the significance of longer trains and the introduction of DAC Type 4 and DAC Type 5. The total travel time for trains traveling from Stockholm to Gothenburg, with a classification stop at Hallsberg, can be reduced by up to 33% for a single train. / Optimering av rutt- och schemaläggning är en komplex uppgift och en kritisk utmaning inom transport och järnvägssektorn, med tanke på involveringen av olika intressenter och komponenter. Dessutom har detta problem en direkt inverkan på kostnaderna för järnvägstjänster och deras miljöpåverkan. Medan många studier har behandlat rutt- och schemaläggning för persontåg, har färre fokuserat på problemet för godståg. Det primära syftet med denna studie är att förbättra utnyttjandet av rutt- och schemaläggningen av godståg genom minskad restid. En linjär optimeringsmodell med blandade heltal har utvecklats för att bestämma den optimala tågruttläggningen och transporttiden, samt för att identifiera de centrala drifts- och infrastrukturvariabler som påverkar godstågens restid. Att förbättra effektiviteten av järnvägsfrakt innebär dessutom att man utnyttjar automatisering och digitalisering inom järnvägsgodstransporter för att förbättra järnvägsprestanda, multimodala tjänster och service för slutanvändarna. Simuleringsverktyget AnyLogic har använts för att utvärdera inverkan av digital automatisk koppel (DAC) på servicetid på rangerbangård och bangårdskapacitet, särskilt i samband med modellering av Hallsbergs rangerbangård. De första resultaten tyder på att en ökning av tåglängden från 700 meter till 800 meter har en försumbar inverkan på tågtidtabellerna. Jämfört med det rådande scenariot ökar implementeringen av signalteknik som underlättar minskat avstånd mellan tågen och halvering av blockseparationen och därmed kapaciteten i järnvägsnätet. Likaså är det viktigt att öka tåghastigheterna med 10 % för att förbättra utnyttjandet av godsrutter på järnväg. Resultaten för Hallsbergs rangerbangård visar att införandet av DAC Typ 4 leder till en utökad kapacitet för att hantera tåg vid ankomst-, klassificerings- och avgångsbangårdarna. Ytterligare kapacitetsvinster är möjliga med antagandet av DAC Typ 5, som möjliggör automatiserad produktion av längre tåg i alla tre delar av rangerbangården. Detta beror på ett större antal inkommande vagnar, vilket gör att tågbildningen kan slutföras snabbare. Införandet av längre tåg har dock lett till en utmaning när det gäller antalet tåg som kommer till rangerbangården. Detta beror på att längre tåg kräver en längre frånkopplings- och klassificeringsprocess. Det primära skälet till att öka kapaciteten från utgångsbasen till DAC Typ 4 och DAC Typ 5, i samband med implementeringen av längre tåg över alla sektioner av rangerbangården, är minskningen av frånkopplingstider. Integrationen av resultaten från den linjära optimeringsmodellen med blandade heltal och AnyLogicmodellen för Hallsbergs rangerbangård understryker betydelsen av längre tåg och införandet av DAC Typ 4 och DAC Typ 5. Den totala restiden för tåg som reser från Stockholm till Göteborg, med rangerstopp i Hallsberg, kan sänkas med upp till 33 % för ett enskilt tåg. Omvänt, för tåg som reser från Göteborg till Stockholm, är minskningar av total restid med upp till 13 % för det första tåget och 11 % för det andra tåget.

La gestion et la dépollution de sites contaminés peuvent être complexe et demandent un investissement important pour localiser les sources de contaminations, zones émettant les flux de polluants les plus importants. Les travaux réalisés proposent une stratégie pour localiser les sources de pollution à partir de mesures in situ de flux massiques et de modélisation inverse. Ainsi, dans le cadre de l’étude, un outil innovant a d’abord été développé afin de mesurer la vitesse des eaux souterraines dans un puits. L’outil appelé DVT (Direct Velocity Tool) a permis de répondre aux contraintes imposées par les outils existants et de mesurer des vitesses d’écoulement très lentes. Des essais en laboratoire et des tests en site réels ont été réalisés et comparés à d’autres outils de mesure. Le DVT permet aussi indirectement de définir la portion de source conduisant au flux de polluant maximum, en le combinant avec une mesure locale de concentration. L’étude présente ensuite l’utilisation de la modélisation inverse pour localiser une source de contaminant et d’estimer les paramètres définissant les caractéristiques du domaine. Pour cela, l'étude s'est faite sur deux cas synthétiques. Pour adapter les méthodes à une véritable gestion de sites pollués, une stratégie itérative est développée en imposant un ajout limité de nouvelles observations à chaque phase de modélisation, basée sur l’approche de type Data Worth. Les résultats de la position de la source sur les deux cas synthétiques ont permis d’évaluer la méthode mise en place et de juger son applicabilité à une problématique réelle. Cette stratégie de localisation de source est par la suite testée sur un site réel à partir (i) de mesures in situ de flux massiques avec les vitesses au DVT et les concentrations et (ii) la modélisation. Les essais ont permis de cibler les forages à mettre en place sur site aidant à localiser la source. Néanmoins, en analysant plus précisément les résultats, le champ de conductivité hydraulique estimé par l'optimisation ne correspond pas à la réalité. De plus, les flux massiques de contaminants ainsi que le ratio des polluants du site, mettent en valeur deux panaches distincts. Une phase finale de modélisation a donc été lancée afin d'estimer (i) la présence potentielle de deux sources et (ii) la chimie de la zone étudiée. Les résultats de la stratégie sont comparés aux mesures geoprobe qui a pu confirmer la présence d’une des deux sources identifiées. / Contaminated sites management and remediation can be complex and require a significant investment to locate the contaminant source, which delivers the higher pollutant mass fluxes. The study proposes a strategy for contaminant source localisation using in situ measurement and inverse modelling. First, an innovative tool was developed to measure groundwater velocity in a well. The developed tool called DVT (Direct Velocity Tool) made it possible to measure a low Darcy flux. Laboratory and field tests were performed with the DVT and compared to other velocity measurement tools. By combining the DVT with a local concentration measurement, it is possible to calculate the mass fluxes passing through wells. Then the thesis present the inverse modeling used for source localisation and parameters estimation. The study was done on two synthetics cases using the non-linear optimisation method. To adapt the method to a real management of polluted sites, an iterative strategy is developed by imposing a limited addition of new observations to each modeling phase. This strategy is base on the Data Worth approach. Source localisation results on the two synthetic cases made it possible to judge the method applicability to a real site problem. The source localisation strategy is then applied to a real site with (i) mass flux measurement with velocities (DVT) and concentrations and (ii) inverse modeling. The modeling phases made it possible to locate the new wells and helped the source localisation. Nevertheless, by analysing the results more precisely, the hydraulic conductivity field estimated by the optimisation did not correspond to reality. In addition, contaminant mass fluxes highlightes two distinct zones of flux. By analysing the pollutant ratio of the site, it appears that two plumes are potentially present. Thus, another inverse modeling phase has been tested (i) to locate the two potential sources and (ii) to estimate the chemistry of the site. Results of the strategy were compared to the geoprobe campaign which confirmed the second source location.