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Dra. Taomei Zhu, premio extraordinario tesis doctoral de la UPM

Dra. Taomei Zhu, premio extraordinario tesis doctoral de la UPM

Dra. Taomei Zhu, premio extraordinario tesis doctoral de la UPM

El mayor activo de CITEF lo compone el equipo humano, y una buena muestra de ello es la Tesis Doctoral de Dª Taomei Zhu “Traffic Conflict Detection and Resolution (CDR) in ERTMS System”, que le permitió la obtención del título de Doctor en Ingeniería Industrial, y que fue desarrollada en CITEF bajo la dirección de José Manuel Mera Sánchez de Pedro.

Esta tesis acaba de recibir el reconocimiento de la Universidad Politécnica de Madrid – UPM al ser galardonada con el Premio Extraordinario de Tesis Doctoral de la UPM.

La investigación desarrollada en la tesis se dirige a la problemática de conflictos dentro del tráfico ferroviario. Aunque, en nuestros días, la gestión del tráfico ferroviario puede ser parcialmente llevada a cabo por un sistema de control de tráfico, dicho sistema de control es insuficiente para tomar decisiones operacionales una vez que la ocurrencia de perturbaciones se vuelve frecuente, particularmente en los nodos ferroviarios con tráfico significativo. En ERTMS/ETCS, mientras todos los avances son empleados en incrementar la seguridad, la velocidad del tren y reducir el intervalo entre trenes, los desafíos de la resolución de conflictos en tiempo real se incrementan también.

Esta tesis se centra en la realización de métodos para la detección y resolución de conflictos con el objetivo de desarrollar un sistema CDR de apoyo para el control y gestión del tráfico ferroviario.

La investigación desarrollada en la tesis ha dado lugar a las siguientes publicaciones y presentaciones en congresos:

  • Zhu, J.M. Mera, B. Suarez, and J. Maroto. “An agent-based support system for railway station dispatching,” Expert Systems With Applications 61 (2016) 39–52. Factor de impacto JCR: 2.571 Q1
  • Zhu and J.M. Mera. “Railway traffic conflict detection via a state transition prediction approach,” IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems, Volume: 18, Issue: 5, May 2017. Factor de impacto JCR: 3.039 Q1
  • Zhu, J.M. Mera. A 3D simulation approach for railway conflict detection in Traffic Management System layer, Computers in Railways XIV, 2014.
  • Zhu, J.M. Mera, E. Castellote, J. López. Feasibility evaluation and critical factor analysis for subway scheduling, Computers in Railways XV, 2016.

A continuación se detalla el trabajo desarrollado en la Tesis y que ha sido objeto de la distinción de la UPM.

 

Modelaje

 

Para describir el entorno del problema de la detección y resolución de conflictos, el tráfico ferroviario es modelado por medio de modelos de la infraestructura, el material rodante y los horarios programados. Estos modelos parciales están basados en datos.

  • Un horario programado original o actualizado (reprogramado) es representado con el propósito de proporcionar unos objetivos comunes para las entidades involucradas en el sistema ferroviario y organizar los recursos relaciones en el control de tráfico en tiempo real.
  • El modelo del tren consiste de las rutas relativas de los trenes y sus derivadas junto con la información dinámica del movimiento de los trenes, tales como la posición y la velocidad de los trenes, los circuitos de vías ocupados, los tiempos de operación, las autoridades de movimiento, etc…
  • El modelo de la infraestructura es establecido desde un rango de línea (o una red) y un rango regional. El primero es descrito por las estaciones y los corredores entre las estaciones las cuales son nombradas secciones. Y el último es principalmente representado por rutas y segmentos. Los datos de descripción de las vías para el control dinámico del tren es también basado en los estados instantáneos de las rutas y segmentos en el modelo de la infraestructura.

Los signos de conflictos en las fases tempranas de los potenciales conflictos son expresados mediante los modelos propuestos.

 

La detección de conflictos (CD)

 

El procedimiento de detección de conflictos y las aproximaciones factibles son estudiados separadamente (desde aproximaciones de resoluciones de conflictos). Basados en el modelo del tren y de la infraestructura, respectivamente, las aproximaciones de las trayectorias seguidas por los trenes y la transición de estados de la infraestructura son propuestas para predecir el tráfico en cortos periodos y detectar conflictos.

  • En las aproximaciones de las trayectorias de los trenes, la información detallada del movimiento de los mismos es monitorizada. Las correlaciones de cada una de las dos dimensiones son supervisadas cooperativamente. Particularmente, las desviaciones de la distancia, las vías empleadas, y las velocidades son detectadas en los perfiles de trayectorias multidimensionales.
  • La aproximación de las transiciones de estado de la infraestructura está basada en precisos mapas de transición de estado y las correspondientes matrices de relación. Los históricos de segmentos y los estados de las rutas (vectores de estados) son almacenados para obtener mapas de transición empíricos. Estos mapas son aplicados a la detección de anormalidades en el entorno dinámico ferroviario, y a su vez, las restricciones estructurales topológicas de la infraestructura y las incompatibilidades entre rutas son aplicadas a la predicción de potenciales situaciones de conflicto.

Dra Taomei Zhu premio extraordinario tesis doctoral de la UPM 01

Dra Taomei Zhu premio extraordinario tesis doctoral de la UPM 02

 

El procedimiento de detección de conflictos se preocupa de la predicción del tráfico en cortos periodos del horizonte de predicción basado en los datos actuales recogidos. Las dos aproximaciones cooperan para predecir el tráfico y detectar los potenciales conflictos y desviaciones significativas. Los conflictos detectados o los riesgos de los mismos son agrupados según diferentes códigos identificativos, por eso las correspondientes aproximaciones para su resolución pueden ser implementadas para prevenirlos.

 

La resolución de conflictos (CR)

 

Según las categorías de los conflictos detectados y los avisos de conflicto, una metodología de resolución de los conflictos estructurada en dos capas es establecida:

  • Una capa se encuentra resolviendo continuamente el problema de enrutaje dentro del área de estación, cuando potenciales conflictos entre rutas son predichos.
  • En la segunda capa, una aproximación al nivel de reprogramación de los horarios de los trenes es propuesta para prevenir la propagación de potenciales conflictos dentro de un área amplia.

Dra Taomei Zhu premio extraordinario tesis doctoral de la UPM 03

En esta tesis, un conjunto de fórmulas basadas en la programación “mixed integer linear” son expresadas para un enrutaje local y una reprogramación de horarios de ámbito variable. Flexiblemente, es posible añadir nuevas estrategias para el enrutaje local así como nuevos mejorados algoritmos en la reprogramación de horarios, únicamente modificando la correspondiente capa.

 

Sistema de apoyo para la detección y resolución de conflictos basado en Agente

 

Una aproximación de modelaje basada en agente es aplicada al diseño de un sistema de apoyo en la detección y resolución de conflictos para el control y gestión del tráfico ferroviario. Los modelos y aproximaciones propuestas para la detección y resolución de conflictos están integrados dentro del modelo del agente.

El sistema de apoyo CDR (nombrado D-Agent) es de diseño modular. Está formado por seis módulos básicos, que son respectivamente una base de datos local, una base de conocimiento, una base de habilidad, un procesamiento de datos, un mecanismo de razonamiento, y unas interfaces de comunicación. Las aproximaciones de detección y resolución de conflictos están implantadas principalmente como las habilidades fundamentales del D-Agent.

 

Detección y resolución de conflictos en el sistema ERTMS

 

En las aplicaciones dentro del sistema ERTMS/ETCS, la previsibilidad de la influencia sobre las funciones del CDR debidas a los diferentes niveles operacionales de ERTMS y la necesidad de adaptar el CDR a dichos diferentes niveles son discutidas. La conclusión final es que una función de adaptación al nivel operacional del ERTMS puede ser añadida al sistema de apoyo CDR basado en agente para el sistema ERTMS, que permita aproximaciones del CDR apropiadas para ser aplicadas en un especifico nivel ERTMS/ETCS o en las situaciones donde el nivel ERTMS/ETCS es modificado.

 

 

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