The issues of performance measurement and efficiency analyses for transit industries have been gaining significance due to severe operating conditions and financial constraints in which these transit agencies provide service. In this research, we present an approach to measure the performance of Urban Transit Networks, specifically, bus routes that comprise the network. We propose a math programming model that evaluates the efficiencies of bus routes taking into consideration, the service providers, the users and the societal perspectives. This model is based on Data Envelopment Analysis (DEA) methodology and derives from Network Theory, Network Modeling in DEA, Goal Programming & Goal-DEA and 'Environmental' Variables. This approach enables the decision maker to determine the performance of its units of operations ('bus routes' in our case), optimally allocate scarce resources and achieve target levels for 'externality' variables for these bus routes and for the whole network. We further recommend modifications to the model, for adaptation to other modes of transportation as well as extend its applicability to other applications/scenarios. / Master of Science

Le bus est le moins cher des transports en commun. En contrepartie, il est beaucoup plus difficile à exploiter que le tramway ou le métro qui sont mieux protégés des influences extérieures. Un exemple typique est l’apparition de trains de bus, groupes de véhicules appartenant à la même ligne et arrivant ensemble à un arrêt. Ce phénomène augmente le temps d’attente moyen des usagers aux arrêts et induit un mauvais usage des bus disponibles. Cette thèse développe les outils permettant de garantir la régularité des lignes. Les recherches menées au cours de cette thèse s’articulent suivant deux directions.Un premier constat est que les modèles de lignes de bus existants ne prennent pas en compte les éléments extérieurs que sont les feux de circulation et le trafic environnant. L’absence d’une modélisation mixte intégrant aussi bien les dynamiques internes des lignes que les influences extérieures contraint fortement la diversité des stratégies de contrôle qui ont été proposées jusqu’ici. En effet, les régulations s’appliquent principalement au niveau des arrêts par l’intermédiaire des conducteurs et ne cherchent jamais à réguler le trafic à l’aide des feux de circulation. Un premier axe de recherche développé dans cette thèse est le raffinement des modèles de bus pour prendre en compte le trafic.Plusieurs méthodes d’estimation de temps de parcours sur un boulevard à feu sont proposées. Elles sont basées sur le modèle LWR, compromis fort satisfaisant entre simplicité d’usage et robustesse pour reproduire des situations réelles.Un second constat est que les stratégies de régulation classiques ne sont que rarement basées sur une prévision à court-terme de l'état du système. Elles sont donc souvent actionnées une fois que la situation est trop dégradée, ce qui les rend parfois inaptes à compenser l'instabilité des lignes. Le deuxième axe de recherche consiste à appliquer les modèles raffinés dans un contexte d’exploitation en temps-réel. Le modèle prévoit l'évolution des lignes de bus à court terme, ce qui permet d’actionner préventivement une stratégie de régulation adaptée. En particulier, une méthode de prévision à court terme est développée et testée sur des données réelles. Elle est ensuite combinée à une méthode récente de contrôle des bus. / Bus is cheaper than other transport modes. However, maintaining optimal operations is harder than for streetcars or subways since buses are surrounded by traffic flows. Sometimes, buses of the same route bunch and travel together instead of keeping constant time headways. This phenomenon increases the average waiting time of passengers. As a result, they may tend to shift to other transport modes. This thesis proposes some methods to keep bus routes regular. Two main lines of research are investigated.First, classical models of bus routes do not account for external events like traffic signals and traffic flows. Due to this gap, existing control strategies only apply on buses through their drivers.Traffic flows are not controlled to favor buses compared to cars. Thus, the first area of research consists in refining bus models to account for external events. Several travel time estimation methods on urban arterials are proposed. They are based on the kinematic wave model (LWR). It is known to be a fine trade-off between simplicity and robustness to properly reproduce traffic dynamics.Second, control strategies are often applied once the bus route is too disrupted to be restored to regularity. Predictions of future bus route states could improve the efficiency of regulations. The second area of research consists in using the refined bus models in real time operations. The model forecasts the evolution of buses on their route for short-term. The predictions are evaluated thanks to real data to guarantee their quality. Then it enables regulations to be applied before bunching. In particular, height holding control methods are presented and compared in simulation.

La tesi descriu dos algorismes relatius al transport públic que actuen en sèrie. El primer genera una xarxa d'autobusos urbans entesa com a un conjunt de línies o be en modifica una de ja existent de forma que minimitzi el temps total de viatge en una ciutat. Es tracta d'un algorisme iteratiu que tracta les línies d'una en una i aquestes al seu torn de nus en nus. El segon algorisme dit d'assignació un cop coneguda la xarxa i la flota d'autobusos minimitza el temps total de viatge per mitja de l'assignació d'autobusos a les línies.

Förutom i Stockholm uppvisar den lokala kollektivtrafiken en nedåtgående trend i trafikutvecklingen, trots en årlig subvention om 10 miljarder kronor. Drift av lokal kollektivtrafik i mindre och medelstora städer baserat på samhällsekonomiska kriterier skulle bl a medföra en prispolitik som kräver en subvention om drygt 50%. Att detta ungefär motsvarar rådande subventioneringsgrad är dock inte ett tecken på att kollektivtrafiken bedrivs på samhällsekonomisk grundval, eftersom det visar sig att prisstrukturen är grovt suboptimal. Vad gäller investeringspolitik framgår det dessutom av en enkätundersökning att trafikhuvudmännen inte använder samhällsekonomisk kalkyl (CBA) vid planering och drift av lokal kollektivtrafik, så syftet med avhandlingen är att visa på de möjligheter till förbättringar av den lokala kollektivtrafiken som skulle uppstå om den bedrevs på samhällsekonomisk grundval. Operationaliseringen av teorin kräver först att några grundfrågor för en tillämpning av allmän välfärdsekonomisk teori på bedrivande av lokal kollektivtrafik benas upp. Det är väsentligt att göra en åtskillnad av utbudet av kollektiva transporttjänster mellan ett grundläggande utbud som är att betrakta som ”merit goods” och övrigt utbud där nyttan på normalt sätt mäts genom konsumenternas betalningsvilja. I en omfattande fallstudie av den lokala kollektivtrafiken i Linköping exemplifieras vad effekten blir, dels av vissa utbudsförändringar, som har sållats fram i strävan mot systemoptimum, dels av ändamålsenlig efterfrågestyrning, och med CBA beräknas vad nettoresultatet kan tänkas bli. Om förbättringar som ger lika stor nettonytta som i Linköping kan göras hos flertalet andra trafikhuvudmän med en samhällsekonomisk ansats, skulle den totala nettonyttan aggregerad över hela Sverige vara betydligt större än vad vissa av de omskrivna jätteprojekten inom kollektivtrafiksektorn kan prestera. / Except in Stockholm, local public transport shows a declining trend in spite of an annual total subsidy from the County councils of 10 billion SEK. This is fair enough. Running local bus services in small and medium sized towns in accordance with welfare economic criteria implies among other things a pricing policy which requires subsidization just above 50%, which happens to be the same as the present degree of tax-financing. However, this is just a coincidence, and not a mark of optimality, because it is found that the structure of fares is clearly suboptimal. As regards investment policy it is furthermore confirmed by a questionnaire survey that neither the principals (the County councils) nor their agents (bus companies) use cost-benefit analysis (CBA) for the design of local public transport systems, so the purpose of the thesis is to demonstrate the potential improvements of public transport in small and medium sized towns run on the basis of welfare economics. The operationalization of the welfare economic foundations requires some theoretical reorientation in the particular case of local public transport. A fundamental division of the supply is made between the “merit goods” part of total supply and the “normal goods” part, where benefit is measured by the individual willingness-to-pay. In a case study of the bus transport system of Linköping a number of generally applicable minor improvements are found by the welfare economic approach, which aggregated to the national level would imply a total net benefit which more spectacular projects in the public transport sector rarely can present.