Évaluation d un dispositif permanent de détection des 2 roues motorisées dans le flux de circulation

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1 Évaluation d un dispositif permanent de détection des 2 roues motorisées dans le flux de circulation Introduction Les statistiques officielles de l Observatoire National Interministériel de la Sécurité Routière (ONISR) montrent que les deux roues motorisées (2RM) présentent un risque élevé d'accidents par rapport aux véhicules légers, notamment en ce qui concerne les accidents graves. Or, dans un contexte global d amélioration de la sécurité routière, un des problèmes majeurs demeure le manque de données relatives au comportement de ces usagers. À l heure actuelle, il n existe aucune offre industrielle de mesure du trafic des 2RM. Notre connaissance provient donc uniquement d enquêtes manuelles, qui par définition sont limitées dans le temps. L objectif est d élaborer un dispositif permanent de détection des 2RM dans le flux de circulation, puis d en évaluer les performances. Les travaux décrits dans cette présentation ont été réalisés dans le cadre du projet METRAMOTO, avec la collaboration du CETE Ile de France. Présentation des capteurs Les différentes technologies capables de détecter les 2RM sont nombreuses et présentent chacune des forces et des faiblesses. On distingue essentiellement des systèmes non-intrusifs, comme les capteurs vidéo (mono-vision ou stéréovision) et le télémètre laser, et des systèmes intrusifs comme les magnétomètres et le capteur hybride (boucles électromagnétiques et capteurs piézoélectriques). Cependant une seule de ces technologies est capable d évaluer précisément la vitesse des 2RM, c est le capteur hybride. Or cette information est essentielle si l on veut mieux connaitre le comportement des usagers en cas de remontée des files de voitures par les 2RM lors d un embouteillage. Figure 1: Comportement des 2RM P1

2 L idée originale est de créer un nouveau capteur de détection des 2RM en associant deux capteurs différents déjà éprouvés dans le domaine de la route : les boucles électromagnétiques et les capteurs piézoélectriques. Boucle électromagnétique La boucle électromagnétique est le système le plus utilisé dans l analyse de trafic pour la détermination du débit, de la vitesse et du taux d occupation. Elle est constituée de plusieurs tours d un fil de cuivre implanté dans la chaussée. Elle possède une inductance propre qui varie quand une masse métallique passe dessus. Une fois la boucle connectée à un oscillateur, la variation d inductance va engendrer une variation de fréquence qu il suffit de mesurer pour détecter le véhicule. Capteur piézoélectrique Figure 2: Signature d une boucle magnétique [1] Le capteur piézoélectrique est utilisé depuis les années 1990 pour peser les essieux des véhicules en marche. C est un capteur rectiligne, implanté dans la chaussée, juste sous la surface. Sa partie sensible présente la propriété de se polariser électriquement lorsqu on lui applique une contrainte mécanique. Une fois le capteur connecté à un amplificateur de charge, l amplitude du signal électrique obtenu est proportionnelle au poids de l essieu. La principale difficulté est de garantir la détection des roues avant des 2RM car elles sont très faiblement chargées. Des simulations numériques ont montré qu en fixant un seuil de détection à 20mV, un essieu de 20kg pouvait être détecté dès que la vitesse de passage atteint 5 km/h. Figure 3: Capteur piézoélectrique P2

3 Dimensionnement par simulations analytiques [3] Le CETE a imaginé différentes configurations de capteurs qui puissent fournir pour chaque véhicule : sa catégorie (2RM, véhicule léger, poids lourds), sa position sur la chaussée (pleine voie ou interfile) et sa vitesse. Figure 4: Configurations évaluées Puis le CETE a évalué analytiquement le taux de performance de chaque configuration à partir de la simulation numérique de différents trafics (rapide, fluide, dense et saturé) mêlant 200 véhicules légers, 150 motos, 50 scooters, 15 véhicules utilitaires et 5 voitures sans permis, et reproduisant le comportement des usagers sur 3 voies de circulation. Figure 5: Trafic simulé P3

4 L analyse des résultats a permis les conclusions suivantes : Un seul capteur piézoélectrique en interfile est suffisant pour détecter les 2RM, Un capteur piézoélectrique en plein file est nécessaire pour distinguer les 2RM, Une boucle électromagnétique en plein file est nécessaire pour distinguer les véhicules légers et les poids lourds, La mesure de la vitesse des 2RM peut être évaluée avec un seul capteur piézoélectrique en prenant en compte une distance inter-essieu standard, La mesure de la vitesse pour les non 2RM nécessite deux capteurs identiques en parallèle (capteurs piézoélectriques ou boucles électromagnétiques), Le décalage des boucles électromagnétiques est inutile car le placement des non-2rm est déterminé par les capteurs piézoélectriques. Au final, la géométrie du capteur hybride retenue est la suivante : Figure 6: Géométrie du capteur hybride Tests sur site contrôlé Les tests se sont déroulés sur la piste d essais du CETE Normandie-Centre à Rouen. Les principaux objectifs de ces tests étaient de mettre au point la technique de pose des capteurs dans la chaussée et de valider les études théoriques par une évaluation des performances de détection du capteur hybride. Génie civil Pour être sûr de détecter toutes les roues des 2RM, il faut réaliser une ligne «continue» de détection avec les capteurs piézoélectriques. Or, leurs extrémités comportent des parties non sensibles de 3 à 8 cm de longueur. Le site d essai va donc servir à tester 2 configurations différentes de pose des capteurs : Pose avec recouvrement dans une même saignée, Pose en décalé dans deux saignées différentes. P4

5 Figure 7: Tests de pose des capteurs piézoélectriques Scénarios Le CETE Méditerranée a imaginé différents scénarios de passage mêlant un 2RM et plusieurs véhicules légers. Le but était de reproduire le plus possible les situations de trafic réel. Figure 8: Scénarios de test [2] P5

6 Acquisition & traitement Un système d acquisition enregistre les signaux des capteurs piézoélectriques et des boucles électromagnétiques au passage des véhicules. Les enregistrements sont ensuite traités sous Matlab par un algorithme développé par le CETE [3]. Performances Figure 9: Acquisition des signaux [2] Il ressort de ces essais [2], que le capteur hybride fonctionne correctement : Il donne de très bons taux de détection, d'identification (2RM ou véhicule léger) et de placement des véhicules (pleine voie ou interfile), Les mesures de vitesse sont bonnes, y compris pour les 2RM dont 92% des mesures sont précises à moins de 5 km/h près. Site contrôlé Référence Station Écart Erreur 2RM % Autres véhicules % Figure 10: Résultats en site contrôlé Par ailleurs, les performances sont équivalentes que les capteurs piézoélectriques soient posés avec recouvrement dans une même saignée ou bien en décalé dans deux saignées différentes. On retient donc au final la pose avec recouvrement dans une même saignée qui est plus facile à réaliser. Tests sur site réel Les tests se sont déroulés sur l A13 à hauteur de St Cloud. Il s agit d une chaussée à 3 voies de circulation en sens unique, plus une bande d arrêt d urgence équipée pour détecter le passage des 2RM. Ce site a été choisi parce qu il présente un trafic 2RM supérieur à 1400 véhicules par heure en période de pointe. Les principaux objectifs de ces tests étaient d évaluer les performances de détection du capteur hybride en situation réelle. P6

7 Figure 11: Site réel sur l A13 [4] Les essais [3] se sont déroulés le jeudi 27 juin entre 7h30 et 10h30. Durant ces trois heures, le trafic a fréquemment oscillé entre situations fluides et congestionnées, notamment durant l'heure de pointe du matin. La route est ouverte à tous les véhicules que l'on peut rencontrer sur une voie rapide interurbaine, y compris les poids-lourds. Différents évènements inopinés se sont également produits, comme la remontée de file par des véhicules de police ou de secours, ce qui a permis de tester la détection dans des cas particuliers. Les résultats obtenus [4] sont très satisfaisants, puisque le taux d erreur de comptage des 2RM est inférieur à 1,5% sur la période. Qui plus est, les performances restent bonnes si l on s intéresse à des séquences 6 minutes, puisque les trois quart d entre elles présentent moins de 4% d erreur et la totalité moins de 11% d erreur. Référence Station Écart Erreur 2RM % Autres véhicules Figure 12: Résultats en site réel Industrialisation STERELA a développé une nouvelle station de comptage routier pour interfacer cette grille de capteur hybride et élaborer les mesures. Les caractéristiques principales de la station 2RM sont les suivantes : Gestion de 8 boucles et 8 piézos au maximum, Discrimination 2RM, véhicules légers, poids lourds, Mesure de position (pleine voie ou interfile), Mesure de vitesse, Faible consommation (alimentation solaire 50W), Communication GPRS, Possibilité de mettre à niveau les sites SIREDO existants. P7

8 Figure 13: Station 2RM neuve ou de rénovation Pour l instant, comme l algorithme développé par le CEREMA est limité aux véhicules circulant dans le même sens, la solution est seulement adaptée au milieu périurbain avec des routes à chaussée séparée (jusqu à 4 voies de circulation). Cependant, il est envisageable d adapter l algorithme de détection pour travailler sur des chaussées bidirectionnelles. Exploitation Pour valoriser les données fournies par la nouvelle station 2RM, STERELA propose d utiliser sa plateforme WEBTRAFIC. En effet, elle traite les mesures individuelles des véhicules et offre ainsi des rapports spécifiques parfaitement adaptés aux demandes de connaissance du trafic des 2RM dans le flux de circulation. Figure 14: Exemple d exploitation 2RM P8

9 Conclusion Aujourd hui, il existe une réelle offre industrielle de mesure du trafic des 2RM sur les routes à chaussées séparées. Les performances atteintes en détection et en mesure de vitesse permettent d améliorer grandement notre connaissance sur le comportement des usagers 2RM, en particulier en cas de remontée des files de voitures lors d un embouteillage. Gageons que cette avancée technologique s accompagne également d une amélioration de la sécurité routière des 2RM. Bibliographie - Références [1] Ludovic MARIA. Étude de systèmes de détection de deux-roues motorisés intégrés dans la chaussée. Thèse de Master, Université de Technologie de Compiègne, 2011, 105p [2] Ludovic MARIA. Projet METRAMOTO Essais expérimentaux en site contrôlé Activité CETE Ile-de-France Département mobilité, 2013, 27p [3] Ludovic MARIA. Projet METRAMOTO Développement du capteur hybride Livrable de fin de projet. CETE Ile-de-France Département mobilité, 2014, 81p [4] Cristina BURAGA. Projet METRAMOTO Évaluations sur site réel périurbain Livrable du projet. CETE Méditerranée Département conception et exploitation durables des infrastructures, 2014, 40p P9

10 Brève biographie Nom : GEROUDET Prénom : Benoît Fonction : Chef de produit ITS Société : STERELA Descriptif succinct du poste actuel : Je travaille aujourd hui au sein du département ITS de STERELA à la définition de la gamme des produits, afin de répondre le mieux possible aux attentes du marché. Les 2 principaux thèmes visés sont la «Route intelligente» et la «Smart City». Bref parcours professionnel : Diplômé Ingénieur INSA LYON en 1991, je travaille dans le domaine de la route depuis plus de 20 ans au sein de STERELA. D abord ingénieur d études, puis chef de projet, j ai participé au développement de nombreux produits de comptage routier fixes et mobiles utilisant tous types de capteurs : tubes pneumatiques, boucles électromagnétiques, magnétomètres, capteurs piézoélectriques Membre de l International Society for Weigh-In-Motion (ISWIM) depuis 2007, je suis également un expert du pesage dynamique en marche. P10