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opérée au sein de
Ecole Doctorale N° 488
Sciences, Ingénierie, Santé
Spécialité de doctorat :
Discipline : Informatique
Soutenue publiquement le 12/10/2017, par :
Alexandre Stéphane Gonzalo IGLESIAS
transport multimodalDevant le jury composé de :
Artigues, Christian - Directeur de Recherches - LAAS-CNRS Président Huguet, Marie-José - Professeur INSA-Toulouse - LAAS-CNRS Rapporteur Neron, Emmanuel - Professeur - École Polytechnique Université de Tours Rapporteur Wolfler Calvo, Roberto - Professeur - Université de Paris Nord Examinateur Feillet, Dominique - Professeur - Mines Saint-Etienne Directeur Quadri, Dominique - Maître de conférences HDR - Université Paris Sud Co-directrice Lesens, Franck- Directeur Technique - Cityway Invité industrielABSINabilCRGénie industrielCMP
AUGUSTOVincentCRImage, Vision, SignalCIS
AVRILStéphanePR2Mécanique et ingénierieCIS BADELPierreMA(MDC)Mécanique et ingénierieCISBALBOFlavienPR2InformatiqueFAYOL
BASSEREAUJean-FrançoisPRSciences et génie des matériauxSMS BATTON-HUBERTMireillePR2Sciences et génie de l'environnementFAYOLBEIGBEDERMichelMA(MDC)InformatiqueFAYOL
BOISSIEROlivierPR1InformatiqueFAYOL
BONNEFOYOlivierMA(MDC)Génie des ProcédésSPIN BORBELYAndrasMR(DR2)Sciences et génie des matériauxSMSBOUCHERXavierPR2Génie IndustrielFAYOL
BRODHAGChristianDRSciences et génie de l'environnementFAYOL BRUCHONJulienMA(MDC)Mécanique et ingénierieSMSCAMEIRAOAnaMA(MDC)Génie des ProcédésSPIN
CHRISTIENFrédéricPRScience et génie des matériauxSMSDAUZERE-PERESStéphanePR1Génie IndustrielCMP
DEBAYLEJohanCRSciences des Images et des FormesSPIN DEGEORGEJean-MichelMA(MDC)Génie industrielFayol DELAFOSSEDavidPR0Sciences et génie des matériauxSMSDELORMEXavierMA(MDC)Génie industrielFAYOL
DESRAYAUDChristophePR1Mécanique et ingénierieSMS DJENIZIANThierryPRScience et génie des matériauxCMPDOUCESandrinePR2Sciences de gestionFAYOL
DRAPIERSylvainPR1Mécanique et ingénierieSMS
FAUCHEUJennyMA(MDC)Sciences et génie des matériauxSMSFAVERGEONLoïcCRGénie des ProcédésSPIN
FEILLETDominiquePR1Génie IndustrielCMP
FORESTValérieMA(MDC)Génie des ProcédésCIS FRACZKIEWICZAnnaDRSciences et génie des matériauxSMSGARCIADanielMR(DR2)Sciences de la TerreSPIN
GAVETYannMA(MDC)Sciences des Images et des FormesSPIN GERINGERJeanMA(MDC)Sciences et génie des matériauxCIS GOEURIOTDominiqueDRSciences et génie des matériauxSMS GONDRANNatachaMA(MDC)Sciences et génie de l'environnementFAYOL GONZALEZ FELIUJesusMA(MDC)Sciences économiquesFAYOL GRAILLOTDidierDRSciences et génie de l'environnementSPINGROSSEAUPhilippeDRGénie des ProcédésSPIN
GRUYFrédéricPR1Génie des ProcédésSPINGUYBernardDRSciences de la TerreSPIN
HANWoo-SuckMRMécanique et ingénierieSMS
HERRIJean MichelPR1Génie des ProcédésSPIN KERMOUCHEGuillaumePR2Mécanique et IngénierieSMS KLOCKERHelmutDRSciences et génie des matériauxSMS LAFORESTValérieMR(DR2)Sciences et génie de l'environnementFAYOL LERICHERodolpheCRMécanique et ingénierieFAYOL MOLIMARDJérômePR2Mécanique et ingénierieCISMOUTTEJacquesCRGénie des ProcédésSPIN
NEUBERTGillesFAYOL
NIKOLOVSKIJean-PierreIngénieur de rechercheMécanique et ingénierieCMPNORTIERPatricePR1Génie des ProcédésSPIN
O CONNORRodney PhilipMA(MDC)MicroélectroniqueCMPOWENSRosin MA(MDC)MicroélectroniqueCMP
PERESVéroniqueMRGénie des ProcédésSPINPICARDGauthierMA(MDC)InformatiqueFAYOL
PIJOLATChristophePR0Génie des ProcédésSPIN PINOLIJean CharlesPR0Sciences des Images et des FormesSPIN POURCHEZJérémyMRGénie des ProcédésCIS ROUSTANTOlivierMA(MDC)Mathématiques appliquéesFAYOL STOLARZJacquesCRSciences et génie des matériauxSMS TRIAAssiaIngénieur de rechercheMicroélectroniqueCMP VALDIVIESOFrançoisPR2Sciences et génie des matériauxSMS VIRICELLEJean PaulDRGénie des ProcédésSPIN WOLSKIKrzystofDRSciences et génie des matériauxSMSXIEXiaolanPR1Génie industrielCIS
YUGMAGallianCRGénie industrielCMP
Spécialités doctoralesResponsables:
SCIENCES ET GENIE DES MATERIAUX K. Wolski Directeur de rechercheMECANIQUE ET INGENIERIE S. Drapier, professeur
GENIE DES PROCEDES F. Gruy, Maître de recherche SCIENCES DE LA TERRE B. Guy, Directeur de rechercheD. Graillot, Directeur de recherche
Spécialités doctoralesResponsables
MATHEMATIQUES APPLIQUEESO. Roustant, Maître-assistantINFORMATIQUE O. Boissier, Professeur
SCIENCES DES IMAGES ET DES FORMES JC. Pinoli, ProfesseurGENIE INDUSTRIEL X. Delorme, Maître assistant
MICROELECTRONIQUE Ph. Lalevée, Professeur
Mise à jour : 03/02/2017
A Capucine.
Remerciements
Cette these a ete realisee dans le cadre d'une convention industrielle entre Cityway et l'Ecole Nationale des Mines de Saint-Etienne. Je remercie donc l'ensemble des personnes de ces organismes qui ont rendu possible ces travaux. Je remercie en particulier mon directeur de these Dominique Feillet, directeur du la- boratoire SFL au Centre Georges Charpak de Gardanne, qui a su se rendre disponible malgre ses responsabilites administratives. Travailler avec lui fut un veritable plaisir, et il m'a oriente avec pertinence et beaucoup de competence tout au long de mes travaux de recherche. Mes remerciements vont egalement a Dominique Quadri, ma^tre de confe- rences HDR a Universite Paris Sud, co-directrice de ma these, pour sa gentillesse et sa patience lors des reunions au laboratoire ou a distance et pour ses precieuses relectures du manuscrit. Merci aussi aux rapporteurs de these et au jury de ma soutenance, Marie- Jose Huguet, Emmanuel Neron, Christian Artigues et Roberto Wolfer Calvo pour les remarques pertinentes et les critiques positives dont ils m'ont fait l'honneur, que ce soit dans leurs rapports ecrits ou pendant la soutenance. Je remercie egalement Franck Lesens et Laurent Briant, respectivement directeur technique et directeur general de Cityway, a l'initiative de ces longs travaux de recherche, et qui les ont accompagne lors des reunions de suivi, jusqu'a la soutenance. Je remercie chaleureusement Charlie Jacquelin, developpeur Cityway sur le calculateur d'itineraire, qui a repris une grande partie de mes t^aches lorsque le temps pour terminer la these s'est fait court, et avec qui les conversations autour de ce sujet furent enrichissantes. Merci encore a Pascal Lechalier, responsable de l'equipe Data a Cityway, pour sa bonne humeur constante et son ecoute attentive des problemes que je lui ai exposes. Je remercie evidemment les permanents et doctorants du laboratoire SFL pour leur accueil chaleureux, avec une mention speciale pour les organisateurs des seminaires annuels, toujours reussis. Je remercie Aurelia Lercari, ma ancee, pour son soutien indefectible et toutes ses attentions au quotidien qui m'ont donne le courage de continuer. Pour terminer, je remercie ma famille et mes amis de m'avoir soutenu et encourage dans cette voie, en particulier mes parents, sans lesquels je ne me serais pas lance dans cette aventure, mon pere pour m'avoir aide a formaliser un certain nombre de notions, et Nicolas Wodniack pour son devouement et sa disponibilite lors de la nalisation des trois premiers chapitres. 1Table des matieres
Introduction
6I Probleme et modelisation
111 Concepts generaux
1 11.1 Cartographie
1 21.2 Transport
1 31.3 Trajets
1 71.4 Denition du probleme
1 82 Formalisation
182.1 Reseaux
1 82.2Etapes elementaires et trajets. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0
2.3 Recherche d'itineraire
2 32.4 Variations du probleme
273 Modelisation des reseaux
2 83.1 Reseaux de transport individuel
2 83.2 Transport en commun
3 13.3 Combinaison des reseaux
38II Etat de l'art sur les algorithmes de resolution4 2
1 Introduction
422 Algorithmes fondateurs
4 32.1 Bellman-Ford
432.2 Dijsktra
4 33 Optimisations du calcul du plus court chemin
4 53.1 Dijkstra bidirectionnel
453.2 Algorithme A*
4 63.3 Algorithme ALT
473.4Arc
ags. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 93.5Reachetshortcuts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4 9
3.6Contraction Hierarchies. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 1
3.7Hub Labeling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2
3.8Transit Node Routing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 2
3.9 Combinaisons de methodes d'optimisation
534 Algorithmes de resolution TC
5 34.1 Dijkstra sur les modelestime-dependantettime-expanded. . . .5 3
4.2 Optimisations possibles sur les modelestime-dependantettime-
expanded. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 44.3 Dijkstra multilabel sur le modele par arr^et
552
4.4Contraction Hierarchiessur le modele par arr^et. . . . . . . . . . 5 6
4.5Transfer Pattern Routing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5 7
4.6 RAPTOR (Round-Based Public Transit Routing). . . . . . . . . 5 8
4.7 Tri topologique etConnection Scan Algorithm. . . . . . . . . . .5 9
IIIRecherche d'itineraire chez Cityway
6 11 Transport en commun
611.1 Modele de graphe
6 21.2 Particularites modelisees
6 31.3 Contraintes supplementaires liees a la requ^ete
6 51.4 Algorithme et criteres
651.5 Requ^etes n-m et isochrones
662 Transport individuel
672.1 Specicites du calcul sur graphes individuels
6 82.2 Requ^etes n-m et isochrones
703 Rabattement individuel sur transport en commun
713.1 Principe de resolution
7 13.2 Specicites du calcul combine
7 34 Discussion
744.1 Problemes lies a l'algorithme actuel
7 44.2 Axe de recherche choisie pour cette these
7 6 IV Algorithme multilabel pour une optimisation multicritere et applica- tion a un cas bicritere 7 81Etat de l'art. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 8
1.1 Denitions
7 91.2 Exemple
7 91.3 Optimalite
8 01.4 Algorithme de Martins
801.5 Revue de la litterature sur le calcul d'itineraire multicritere
812 Algorithme monolabel existant
8 32.1 Tas binaire
8 42.2 Regles du calcul monolabel
8 53 Developpement d'un algorithme multilabel
9 04 Algorithme bicritere
9 34.1 Description de l'algorithme
9 34.2 Instances d'experimentations
9 54.3 Experimentations
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