Story Transcript
VENTAJAS DE LA VIA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE EN PROYECTOS DE ALTA VELOCIDAD
UNIVERSIDAD DE CASTILLA-LA MANCHA
JOSE MARIA MENENDEZ INMACULADA GALLEGO SANTOS SANCHEZ ANA RIVAS
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA
ENRIQUE CASTILLO MARIA NOGAL ZACARIAS GRANDE
17 Julio 2015 Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
2 / 47
Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
2
Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
2 / 47
Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
2
Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander.
3
Planteamiento del problema como un problema matemático de optimización binario mixto.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
2 / 47
Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
2
Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander.
3
Planteamiento del problema como un problema matemático de optimización binario mixto.
4
Software de aplicación de la metodología.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
2 / 47
Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
2
Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander.
3
Planteamiento del problema como un problema matemático de optimización binario mixto.
4
Software de aplicación de la metodología.
5
Colaboración con el Gobierno de Cantabria y el Ministerio de Fomento: Propuesta de actuación en la línea Palencia-Santander.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
2 / 47
Índice
LA VÍA ALTERNADA DOBLE-SIMPLE 1
Motivación, presentación y ventajas de la vía alternada doble-simple.
2
Aplicación de la metodología al caso Palencia-Santander.
3
Planteamiento del problema como un problema matemático de optimización binario mixto.
4
Software de aplicación de la metodología.
5
Colaboración con el Gobierno de Cantabria y el Ministerio de Fomento: Propuesta de actuación en la línea Palencia-Santander.
6
Aplicaciones internacionales.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
2 / 47
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
3 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones:
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
3 / 47
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1
La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
3 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1
La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior.
2
La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
3 / 47
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1
La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior.
2
La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa.
3
Seguidamente y sin rechazar necesariamente la vía única, se requieren nuevas soluciones. Es así como surge la vía alternada doble-simple (ADST) (alternate double-single track).
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
3 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
E VOLUCIÓN
Evolución de la alta velocidad en España
DE LA ALTA VELOCIDAD EN
E SPAÑA
Mientras que en los primeros años, la construcción de líneas de alta velocidad en España estaba dirigida a conectar dos grandes núcleos de población, en la actualidad y en futuras acciones se están proyectando y construyendo nuevas líneas en las que sólo uno de los extremos es de gran población. Esto requiere un planteamiento completamente diferente y ciertas reflexiones: 1
La primera reflexión consiste en darse cuenta de que al tratarse de líneas periféricas el número de usuarios es necesariamente mucho menor, lo que implica una demanda mucho más reducida y una frecuencia de trenes muy inferior.
2
La segunda reflexión debe ir en torno al cuestionamiento de la vía doble, que es muy cara, y a pensar en una nueva alternativa.
3
Seguidamente y sin rechazar necesariamente la vía única, se requieren nuevas soluciones. Es así como surge la vía alternada doble-simple (ADST) (alternate double-single track).
4
Finalmente, se plantea la necesidad de tomar decisiones con criterios de optimización, de donde resulta que es imprescindible una herramienta informática de diseño, pre-proyecto y análisis de soluciones. A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
3 / 47
Evolución de la alta velocidad en España
La vía alternada doble-simple
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
4 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
5 / 47
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
5 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
5 / 47
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
5 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
4
En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
5 / 47
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
4
En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble.
5
Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
5 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
4
En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble.
5
Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella.
6
Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40 %).
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
5 / 47
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
4
En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble.
5
Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella.
6
Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40 %).
7
Reduce notablemente el coste de mantenimiento.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
5 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
¿Q UÉ
Descripción y propiedades
ES LA VÍA ALTERNADA DOBLE - SIMPLE
(ADST)?
La vía alternada doble-simple (alternate double-single track) (ADST) esencialmente consiste en utilizar vía simple en los tramos caros (túneles y viaductos) y vía doble en los baratos (zonas a cielo abierto) y exclusivamente donde haga falta. Hay que señalar muy claramente que: 1
No se trata de vía única.
2
No se trata tampoco de vía doble.
3
En rendimientos está mucho más cerca de la vía doble que de la única.
4
En coste está mucho más cerca de la vía única que de la doble.
5
Consigue prácticamente los mismos rendimientos que la vía doble para la demanda futura esperada e incluso algo superior a ella.
6
Reduce notablemente el coste de construcción (hasta un 40 %).
7
Reduce notablemente el coste de mantenimiento.
8
Finalmente, puede hacer viable ciertas líneas que no lo son en vía doble. A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
5 / 47
Descripción y propiedades
Caso de la Línea Palencia-Santander
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
6 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
D ESCRIPCIÓN
Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado
Ͳ
GEOMÉTRICA DEL ALZADO DE LA LÍNEA
PALENCIA -S ANTANDER
PARÁMETROS
Pendientes:
DE DISEÑO
ї ї Máxima=15 mm/m; excepcional = 18mm/m En túnel: mínimo = 5 mm/m; excepcional = 2 mm/m
(IGP):
Acuerdos ї verticales:
ї km/h, mínima Kv=32000 m. Para V=300
V=250 km/h, mínima Kv=22000 m. Para
L max en máxima pendiente= 3000 m.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
7 / 47
Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado
D ESCRIPCIÓN DE LA PLANTA DE LA LÍNEA PALENCIA -S ANTANDER PalenciaͲSantander VELOCIDADES MÁXIMAS DE DISEÑO: • V =300 km/h Curvas: R5350 m • V=250 km/h Curvas: R3550 m
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
8 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
T RAMOS
Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado
PALENCIA -S ANTANDER PalenciaͲSantander
ELEGIDOS EN LA LÍNEA
VELOCIDADES MÁXIMAS DE DISEÑO: • V =300 km/h Curvas: R5350 m • V=250 km/h Curvas: R3550 m
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
T RAMOS
9 / 47
Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado
ELEGIDOS Y COSTES POR KILÓMETRO
DE LAS DIFERENTES ALTERNATIVAS ŽƐƚĞŽƐƚƌƵĐĐŝſŶƉŽƌŬŝůſŵĞƚƌŽ dƌĂŵŽ
/ŶŝĐŝŽ
&ŝŶ
>ŽŶŐ ;ŽƐŽƌƌĂůĞƐ dŽƌƌĞůĂǀĞŐĂ
ŵƵƐĐŽ ^ĂŶƚŝůůĂŶĂ ƐƉŝŶŽƐĂ ůĂƌ ŐƵŝůĂƌ DĂƚĂƉŽƌƋƵĞƌĂ ZĞŝŶŽƐĂ ^ĂŶƚŝƵƌĚĞ ĂƌĐĞŶĂ >ŽƐŽƌƌĂůĞƐ dŽƌƌĞůĂǀĞŐĂ ^ĂŶƚĂŶĚĞƌ
ϮϬ͕ϮϮ ϭϳ͕ϳϬ ϭϳ͕ϴϬ ϭϳ͕ϴϬ ϭϮ͕ϭϬ ϭϳ͕ϭϴ Ϯϭ͕ϮϮ ϭϬ͕ϳϵ ϭϬ͕ϰϭ ϭϬ͕ϯϱ ϴ͕ϱϱ ϮϮ͕ϮϬ
sŽďůĞ
s^ŝŵƉůĞ
ϲ͕ϴϵ ϲ͕Ϭϯ ϱ͕ϵϲϱ ϲ͕ϯϳ ϮϮ͕ϴϵ ϭϱ͕ϲϳ ϭϰ͕Ϭϵ ϱϮ͕ϵϭ ϯϯ͕ϲϲ ϰϳ͕ϴϲ ϯϰ͕ϳϯ ϴ͕ϴϱ
ϰ͕ϭϮ ϯ͕ϴϳ ϯ͕ϳϵ ϯ͕ϵϮ ϭϰ͕ϱϴ ϵ͕ϴϮ ϵ͕ϰϳ ϯϭ͕ϴϳ Ϯϭ͕ϱϮ Ϯϴ͕ϳϱ ϮϮ͕ϭϳ ϲ͕ϭϰ
s^ŝŵƉůĞLJ ZĞŚĂďŝůŝƚĂĚĂ ZĞŚĂďŝůŝƚĂĚĂ ϰ͕ϰϮ ϰ͕ϭϳ ϰ͕Ϭϵ ϰ͕ϮϮ ϭϰ͕ϴϴ ϭϬ͕ϭϮ ϵ͕ϳϳ ϯϮ͕ϭϳ Ϯϭ͕ϴϮ Ϯϵ͕Ϭϱ ϮϮ͕ϰϳ ϲ͕ϰϰ
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ Ϭ͕ϯ
10 / 47
Introducción La vía alternada doble-simple Caso de la Línea Palencia-Santander
Perfil longitudinal, planta y costes de tramos Diagrama de circulación actual optimizado
La línea se construye para satisfacer a una determinada demanda, que en la actualidad es la que se muestra en el siguiente diagrama de circulación optimizado:
ACTUAL
DIAGRAMA DE CIRCULACIÓN OPTIMIZADO :
S ANTANDER -PALENCIA
Santander Valdecilla NuevaMontana Muriedas MuriedasBahi Maliano Boo Guarnizo Parbayon
200
150
Renedo Renedo Viono Zurita Sierrapando Torrelavega DesvioTorSan Viernoles Caldas Caldas Corrales Lombera Corrales Fraguas Fraguas Arenas SantaCruz SantaCruz Molledo Barcena Barcena Cobejo Cobejo Pujayo Montabliz Montabliz Pesquera Pesquera Lantueno Lantueno Reinosa Rio Reinosa Sopena Pozazal Pozazal DesvioCdRA Desvio Muñeca DesvioCdRB Mataporquera
100
Quintanilla Aguilar TunelMaveA Tunel Villaescus TunelMaveB Mave Mave T4 T4 Alar Herrera T3 Espinosa
50
Osorno T2 Fromista Pina Amusco T1 ElCarrion Monzon
0
Palencia
0
5
10
15
20
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
25
11 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
Papel de la Investigación Operativa. Descripción del modelo matemático de optimización
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
12 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
13 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
2
Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
13 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
2
Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos.
3
Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
13 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
2
Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos.
3
Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura.
4
Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
13 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
2
Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos.
3
Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura.
4
Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
¿P OR
13 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
QUÉ SON NECESARIOS LOS MÉTODOS DE LA I NVESTIGACIÓN OPERATIVA ?
El diseño y gestión de la vía alternada doble-simple es muy complejo, ya que exige: 1
Decidir qué tramos deben construirse en vía única y cuáles en vía doble.
2
Satisfacer las restricciones de seguridad y los horarios de los diferentes servicios para que los tiempos de viaje no aumenten sustancialmente al introducir vía única en algunos tramos.
3
Minimizar los costes y los tiempos de viaje y optimizar la utilización de la infraestructura.
4
Obtener los diagramas de circulación optimizados de todos los trenes.
Dada la complejidad del problema, es necesario utilizar un programa de optimización que cumpla todas las condiciones impuestas por la seguridad y además satisfaga la calidad de los servicios.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
13 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
C ONSIDERACIONES
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE
Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
C ONSIDERACIONES
14 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE
Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje. Por tiempo relativo de viaje entendemos el cociente: Tiempo relativo de viaje =
Tiempo de viaje Tiempo mínimo requerido
(1)
Por tanto, un tiempo relativo 1 significa que viajamos a la velocidad máxima y unos tiempos relativos 1.10 y 1.20 significa que hemos empleado un 10 % y un 20 % más, respectivamente.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
14 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
C ONSIDERACIONES
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
PREVIAS SOBRE LOS TIEMPOS DE VIAJE
Puesto que los tiempos empleados por los diferentes trenes que circulan por una red o una línea pueden ser bastante diferentes y no es lo mismo un retraso de cinco minutos en un viaje de una hora que en un viaje de tres horas, utilizamos en nuestro estudio los tiempos relativos de viaje. Por tiempo relativo de viaje entendemos el cociente: Tiempo relativo de viaje =
Tiempo de viaje Tiempo mínimo requerido
(1)
Por tanto, un tiempo relativo 1 significa que viajamos a la velocidad máxima y unos tiempos relativos 1.10 y 1.20 significa que hemos empleado un 10 % y un 20 % más, respectivamente. Esto tiene la ventaja de poder combinar trenes diferentes corrigiendo el efecto de la duración del viaje.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
P ROBLEMA
14 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
DE OPTIMIZACIÓN
Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1
Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
15 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
P ROBLEMA
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
DE OPTIMIZACIÓN
Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1
Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente.
2
Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
P ROBLEMA
15 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
DE OPTIMIZACIÓN
Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1
Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente.
2
Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo.
3
Las restricciones. No deben olvidarse restricciones importantes.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
15 / 47
El papel de la Investigación Operativa en este problema
P ROBLEMA
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
DE OPTIMIZACIÓN
Todo problema de optimización exige fijar cuatro elementos fundamentales: 1
Los datos. Hay que definirlos cuidadosamente.
2
Las variables. Es crucial elegir bien las variables y su tipo.
3
Las restricciones. No deben olvidarse restricciones importantes.
4
La función objetivo. No es trivial su elección.
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
El papel de la Investigación Operativa en este problema
15 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
DATOS Nuestros datos serán: 1
Los tramos elegidos para decidir cuáles van en vía simple y en doble.
2
Los costes de ambas soluciones en cada tramo.
3
El número de servicios (trenes) diarios a atender y sus prioridades.
4
Horas de salida deseadas r0i para los servicios y sus holguras riℓ , riu .
5
Velocidades máximas en cada tramo.
6
Tiempos mínimos de seguridad a respetar entre trenes consecutivos.
7
Tiempo mínimo t0i de recorrido de su ruta por el tren i.
8
Prioridad γi del tren i (0 < γi ≤ 1).
9
Tiempos de parada en estaciones.
10
Velocidades máximas de los trenes.
11
Pendientes máximas de los tramos. A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
16 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
El papel de la Investigación Operativa en este problema
VARIABLES Variables y su significado Variable binaria que vale 0 si vía simple y 1 si vía doble: Tiempo de entrada del tren i en el segmento j: Tiempo de salida del tren i del segmento j:
bj
ei,j
si,j
Tiempo de recorrido del segmento j por el tren i:
ti,j
Máximo tiempo relativo de recorrido de todos los trenes (ε ≥ 1):
ε
Variable binaria que toma valor 1 si el tren i en el segmento j usa la vía t : Hora de salida del tren i:
qi,j,t
ri
Variable binaria con valor 1 si el tren i1 pasa antes que el i2 por segmento j: Variable con valor 1 si el tren i1 pasa después del i2 por segmento j: Holguras reales en el tiempo de salida del tren i:
xi1 ,i2 ,j
yi1 ,i2 ,j
ηiℓ , ηiu
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
17 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
El papel de la Investigación Operativa en este problema
RESTRICCIONES 1
Horas de salidas coincidentes con entrada en primer tramo si,1
2
(3)
si,k + ti,k , ∀i ∈ I; ∀k ∈ Ki
ti,k
≤ tu i,k ,
(4)
∀i ∈ I; ∀k ∈ Ki
Tiempos de parada en estaciones acotados inferiormente ≥
ei,k−1 + dℓi,k , ∀i ∈ I; ∀k ∈ Ki
(5)
ei,k−1 ; ∀i ∈ I; ∀k ∈ / P AET
(6)
Parada nula si no hay PAET si,k
6
=
≤
si,k 5
(2)
∀i ∈ I
Tiempos de recorrido acotados tℓi,k
4
ri ,
Hora de salida de segmento igual a hora de entrada más tiempo recorrido ei,k
3
=
=
Si no existe segunda vía en segmento j no se puede asignar ésta a ningún tren qij2
≤
bj ; ∀i ∈ I; ∀j ∈ Ki
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA
(7) 18 / 47
Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
El papel de la Investigación Operativa en este problema
7
8
9
Holguras en horarios de salida acotadas superior e inferiormente ri
>
r0i − ηiℓ ; ∀i ∈ I
(8)
ri
<
r0i + ηiu ; ∀i ∈ I
(9)
Tiempo de operación de cada tren acotado superior e inferiormente si,1
≥
tmin ,
∀i ∈ I
(10)
ei,last
≤
tmax ,
∀i ∈ I,
(11)
Tiempos de viaje relativos menores que el máximo ε/γi ε/γi ,
∀i ∈ I,
(12)
Cada tren utiliza una sola vía en cada segmento X qi1 ,j,t = 1, ∀i1 ∈ I,
j ∈ S.
(13)
(ei,last − ri )/t0 i 10
≤
t
11
Presupuesto acotado X
(1 − bj ) ST Cj + bj DT Cj
≤
(14)
B.
j
A LGUNAS SOLUCIONES INNOVADORAS PARA LA ALTA VELOCIDAD FERROVIARIA Necesidad de utilizar un problema de optimización Planteamiento del problema
El papel de la Investigación Operativa en este problema
12
13
14
15
19 / 47
Asegurar tiempos de seguridad entre trenes circulando en sentido contrario si1 ,j − ei2 ,j
≥
h0 j yi1 ,i2 ,j − M (1 − yi1 ,i2 ,j )
(15)
si2 ,j − ei1 ,j
≥
h0 j xi1 ,i2 ,j − M (1 − xi1 ,i2 ,j ); ∀i1 , i2 ∈ I; ∀j
(16)
Asegurar tiempos de seguridad entre trenes circulando en el mismo sentido si2 ,j − si1 ,j
≥ hi1 ,i2 ,j xi1 ,i2 ,j − M (1 − xi1 ,i2 ,j ); ∀i1 , i2 , j
(17)
si1 ,j − si2 ,j
≥ hi1 ,i2 ,j yi1 ,i2 ,j − M (1 − yi1 ,i2 ,j ); ∀i1 , i2 , j
(18)
ei2 ,j − ei1 ,j
≥ h0 j xi1 ,i2 ,j − M (1 − xi1 ,i2 ,j ); ∀i1 , i2 , j
(19)
ei1 ,j − ei2 ,j
≥ h0 j yi1 ,i2 ,j −M (1−yi1 ,i2 ,j ); ∀i1