Projet de recherche MD/DD/11 (Action de recherche MD)
Objectifs
L’objectif du présent projet est de développer et de conseiller des modèles mathématiques et des logiciels pouvant assister les autorités et les instances en charge du trafic routier dans le choix des mesures de contrôle routier et dans le développement de leur politique routière. Cela implique notamment l’évaluation et le développement de modèles et de méthodes en vue de la détermination de stratégies de contrôle optimales afin de réduire les embouteillages et d’évaluer les outils de simulation et d’analyse existants ou propres qui pourraient être intégrés ultérieurement dans un progiciel multifonctionnel interactif doté d’une interface utilisateur graphique (GUI: graphical User Interface).
Dans ce projet, des stratégies de contrôle 'dynamiques' servent à diriger les flux routiers au départ de la situation routière actuelle. Ces dispositions sont déterminées et guidées par lesdits systèmes de contrôle routier avancés (SCRA).
Ce projet vise l’évaluation, le développement et la sélection de modèles et de logiciels pouvant être intégrés à ces SCRA. Enfin, un progiciel doté d’une interface utilisateur graphique sera développé; il permettra d’étudier la situation routière actuelle, de simuler et de -visualiser les effets des dispositions routières.
Lors de la mise au point de nos algorithmes et programmes, il sera tenu compte des conditions annexes réalistes et possibles (p.ex. d’un certain nombre de capteurs et de panneaux d’informations réglables qui sont économiquement acceptables).
Méthodologie
Nous proposons de développer des modèles mathématiques et des outils de simulation afin d’examiner l’impact des diverses dispositions routières sur le problème des files.
Les systèmes de contrôle du trafic sont des exemples de systèmes hybrides: une combinaison de systèmes variables continus et de systèmes d’événements discrets.
Les trois éléments clés de l’approche reposant sur des modèles sont les capteurs, les modèles et les actuateurs (régulateurs de vitesse).
Les capteurs sont nécessaires à la détermination du statut du système et à la collecte des données servant à élaborer un modèle et à valider ce modèle. Les données de base de nos modèles sont avant tout des données relatives à l’intensité du trafic, l’occupation et le changement de bande de roulage, les vitesses moyennes et instantanées. Nous supposons pouvoir obtenir les données de base nécessaires à l’établissement de nos modèles auprès des services de police ou d’autres organisations de contrôle du trafic. En première instance, nous partirons, pour les données disponibles et les dispositions en matière de contrôle, de l’infrastructure existante et planifiée. Dans une seconde phase, nous pourrons avancer des propositions en vue de l’installation éventuelle de nouvelles infrastructures.
Si des données d’entrée et de sortie sont disponibles, nous développerons un modèle 'expliquant' la relation dynamique entre ces données. Il peut s’agir d’un modèle mathématique (exprimé sous la forme d’une combinaison de formules mathématiques), d’un modèle informatique ou d’une combinaison des deux modèles. Un facteur essentiel est le compromis entre l’exactitude et la complexité du modèle. Tant pour les systèmes de variables continus que pour les systèmes d’événements discrets, il existe diverses techniques de modelation. Comme les systèmes hybrides sont une combinaison de ces systèmes, nous devrons recourir à des modèles issus des deux domaines et nous devrons les combiner pour décrire le comportement d’un réseau routier. Dès que nous disposerons d’un modèle décrivant la situation routière d’une manière suffisamment précise, nous pourrons recourir aux méthodes mathématiques et aux techniques informatiques afin d’élaborer des dispositions de contrôle du trafic optimales (orientées vers une réduction des files, une maximalisation des flux).
Lorsqu’un modèle fiable est mis à jour, il est possible d’optimaliser le comportement du système, en d’autres termes nous déterminerons les données de base nécessaires pour que le système présente un certain comportement. Les actuateurs sont utilisés pour installer les entrées souhaitées au système. Dans un système routier, les 'actuateurs' suivants peuvent être utilisés: réglage des feux de signalisation, transmission des informations aux conducteurs sur toute la longueur de la file ou pendant toute sa durée, ainsi que les informations relatives à des itinéraires alternatifs ou conseillés par le biais de panneaux d’information réglables, RDS/TMC (Radio Data System/Traffic Message Channel) ou de balises à infra-rouge, le recours à des panneaux de déviation ou l’indication de vitesses recommandées, contrôle des accès.
Remarque: nous ne concevrons ni des capteurs, ni des actuateurs; notre attention portera sur les modèles et les réglages.
L’idée de base à la source de règlements fondés sur des modèles est la suivante: en partant d’une spécification précise, une fonction cible est déterminée, qui caractérise la performance du système et qui doit être optimalisée, tout en tenant compte du comportement du système. Ce comportement, décrit par le modèle du système, impose certaines contraintes. Ce qui débouche sur un problème d’optimalisation impliquant des contraintes, qui peut être réglé de manière analytique ou numérique (à l’aide d’algorithmes d’optimalisation). Dans le contexte routier, nous pouvons distinguer les exigences de performance suivantes: éviter ou réduire les files, minimiser les durées de voyage moyennes ou extrêmes d’une manière générale ou pour certains utilisateurs précis (transports publics,).
En recourant à un cadre technique virtuel (simulation par ordinateur), les limites de performance d’un type particulier de régulateur peuvent être calculées (c.-à-d. ce qui est techniquement faisable dans le cadre d’une structure régulatrice donnée), ou à l’inverse, quel type d’action régulatrice s’impose pour atteindre un niveau de performance déterminé. Des réponses quantitatives à ces questions mènent auxdites lignes de 'trade-off' et aux solutions et configurations régulatrices optimales de Pareto. Les résultats des simulations sont particulièrement importants pour les décideurs politiques en vue d’une évaluation du niveau des investissements nécessaires pour garantir un seuil de performance déterminé du réseau routier.
Utilisateurs potentiels
Autorités locales, régionales ou fédérales et organisations de gestion du trafic (par ex.: police, gendarmerie, ..).
Lien avec un développement durable
Les files n’ont pas uniquement comme conséquence une énorme perte de rentabilité, mais elles ont également un impact négatif sur l’environnement, et entraînent un gaspillage non négligeable de carburant. L’impact sur l’environnement est de plus en plus critique; les gaz d’échappement constituent plus particulièrement un problème croissant de santé publique. Une politique routière adéquate est un élément essentiel pour une croissance économique continue et pour la préservation de l’environnement et de la qualité de vie que nous connaissons actuellement en Belgique.
Les modèles mis au point permettent de définir des stratégies optimales de contrôle pour les flux routiers dans diverses situations (dynamiques), ce qui permet une meilleure utilisation des capacités des infrastructures existantes. De même, les stratégies de contrôle peuvent être utilisées pour modifier les modèles de circulation routière grâce à des modèles de circulation plus respectueux de l’environnement. Ce qui mènera à une réduction des coûts engendrés par le trafic dans le domaine de l’environnement, dans les domaines social et économique, et contribuera ainsi à un développement durable de notre économie et de notre société.
Het fileprobleem in Belgie: wiskundige modellen, analyse, simulatie, regeling en acties: eindverslag
Brussel: DWTC, 2001 (SP0875)
[Pour télécharger]
Het fileprobleem in Belgie: wiskundige modellen, analyse, simulatie, regeling en acties: synthese
Brussel: DWTC, 2001 (SP0876)
[Pour télécharger]
Trafic congestion problems in Belgium: mathematical models, analysis, control and actions: synthesis
Brussels: OSTC, 2001 (SP0877)
[Pour télécharger]
Références bibliographiques :
