Simulation dynamique du trafic

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1 Simulation dynamique du trafic Présentation au CETE Méditerranée le 15 JUIN 2007 Christine BUISSON LICIT

2 Objectifs de la présentation Vous proposer une boite à outil minimale de questions à se poser pour utiliser ou faire utiliser efficacement la simulation dynamique du trafic 2

3 Plan de la présentation A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? Conclusion 3

4 A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? A quoi ça sert? La simulation dynamique du trafic est un outil complémentaire aux outils de planification des infrastructures de transports : EMME-2, DAVIS, DAVISUM, TRIPS, TRANSCAD Qui servent à prévoir la demande de transports des infrastructures futures 4

5 A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? Grands principes des modèles de planification des transports Pour chaque zone de l agglo. Activité éco., Nb de résidents Distances entre zones Coût de chaque mode (présence VP ) Coût de chaque arc C=F(Dmde) (temps de parcours + ) Génération Distribution Choix modal Affectation Demande de déplacement de et vers chaque zone Demande de déplacement entre toutes les zones Demande de déplacement entre toutes les zones pour chaque mode Demande de déplacement pour chaque arc et mode 5

6 A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? Grands principes des modèles de planification des transports 20 Fonction de Coût = F(Demande) Tps en min/km TMJA 2 sens Fonctionnement basé sur les trafics moyens journaliers annuels (TMJA) 6

7 A quoi ça sert? La simulation dynamique du trafic est un outil complémentaire aux outils de calculs de capacité par abaques Girabase Abaques établies par observations in situ Servent à dimensionner les aménagements d infrastructures pour qu il n y ait pas de congestion Raisonnent souvent sur des débits moyens horaires 7

8 A quoi ça sert? La simulation dynamique du trafic est un outil complémentaire de la méthode des débits cumulés Qui permet d évaluer le temps perdu en congestion, Mais pas son extension spatiale 8

9 Principes de la méthode des débits cumulés V constante entre A et B A B Nombre cumulé de véhicules N q Un incident en B limite le débit à q inc perturbation Observation en A Temps de parcours entre A et B Retard dû à l incident Durée incident q inc Diagramme de débits cumulés Arrivée en B (demande) Sortie effective en B suite à l incident (offre) Nombre de véhicules subissant la perturbation t 9

10 Principes de la méthode des débits cumulés V constante entre A et B A B Nombre cumulé de véhicules N q Un incident en B limite le débit à q inc perturbation Observation en A q inc Arrivée en B (demande) Sortie effective en B suite à l incident (offre) Durée incident Diagramme de débits cumulés t 10

11 Principes de la méthode des débits cumulés V constante entre A et B A B Nombre cumulé de véhicules N q Un incident en B limite le débit à q inc perturbation Observation en A Arrivée en B (demande) Durée incident Diagramme de débits cumulés t 11

12 A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? La simulation dynamique du trafic permet donc : De reproduire la congestion Son extension spatiale La dynamique des flux qui en est le plus souvent l origine Et donc, toutes les actions de gestion du trafic qui agissent sur la congestion : Aménagement d infrastructures Remplacement d un feu rouge par un giratoire Couloir bus ou tramway Régulation de l écoulement Réglage de feux (urbains ou de régulation d accès) Régulation des vitesses Régulation de l interdiction poids lourds Régulation de l affectation Affichage de conseils de délestage 12

13 A quoi ça sert? Comment ça marche? Comment s en servir efficacement? Par ailleurs, la simulation du trafic permet De faire de très jolies représentations graphiques animées De fournir des indicateurs du type de ceux utilisés par l exploitant De tester facilement des scénarios alternatifs 13

14 Comment ça marche? Comme tout outil basé sur un modèle, la simulation dynamique du trafic est une image de la réalité Il est basé sur des hypothèses simplificatrices René Magritte, La trahison des images, Septembre 1928, huile sur canevas, 90 x 123 cm, collection privée, New York. 14

15 Grands principes des modèles de simulation du trafic Génération Distribution Matrice origine destination calculée Choix modal Coût pour chaque arc et chaque période Affectation Ecoulement Matrice origine destination mesurée Demande pour chaque arc et chaque période 15

16 Ecoulement Deux grands problèmes d écoulement : Sur les axes Aux nœuds du réseau Deux grandes familles de modèles d écoulement : Modèles macroscopiques : Le trafic est traité comme un flux homogène et sans vide Modèles microscopiques : Les véhicules sont individualisés, On calcule leurs positions successives 16

17 Ecoulement sur un axe : observation expérimentale Position Temps 17

18 Modèles microscopiques d écoulement sur les axes Ecoulement des véhicules les uns derrière les autres : loi de poursuite Accélération = Fonction (espacement, vitesses) Répartition des véhicules sur les voies : lois de changement de file File = Fonction (vitesse désirée, vitesses des voies voisines ) 18

19 Modèles microscopiques d écoulement aux nœuds du réseau Les règles de priorité et d acceptation de créneau peuvent être simulés avec un formalisme similaire 19

20 Modèles microscopiques d écoulement Les modèles microscopiques attribuent des caractéristiques individuelles à chaque véhicule Ces caractéristiques sont tirées aléatoirement dans des distributions Il faut donc faire des tirages multiples pour avoir l éventail des situations possibles correspondant aux mêmes valeurs d entrée Faire des réplications 20

21 Modèles macroscopiques d écoulement L hypothèse de base est que les véhicules peuvent être assimilés à un flux. On néglige : Les «trous» Les variations de comportement d un véhicule à l autre Les variations de comportement d un véhicule au cours de son déplacement Les variables d état sont : Le débit Q La concentration K. Conservation des véhicules : K( x, t) t + Q( x, t) x = 0 21

22 Conclusion partielle sur les modèles d écoulement Le choix entre modèle macro ou micro a une grande influence Microscopiques : Beaucoup de paramètres Plus de fidélité et de flexibilité Temps de calculs assez longs Macroscopiques : Très peu de paramètres Une représentation simplifiée Rapidité, utilisables en temps réel Vers une future synthèse? 22

23 Affectation dynamique Permet de reproduire la répartition d une demande entre une origine et une destination sur les différents itinéraires possibles Origine Destination 23

24 Affectation dynamique Toute la difficulté réside dans la dynamique La matrice Origine Destination est dynamique Les chemins les plus courts varient avec la demande Il faut calculer autant d optimum qu il y a de périodes de simulation Difficulté théorique et calculatoire à reproduire l impact de l information en temps réel (PMV, Systèmes embarqués, ) 24

25 Données d entrée De reproduire la congestion Son extension spatiale La dynamique des flux qui en est le plus souvent l origine Et donc, toutes les actions de gestion du trafic qui agissent sur la congestion : Aménagement d infrastructures Remplacement d un feu rouge par un giratoire Couloir bus ou tramway Régulation de l écoulement Réglage de feux (urbains ou de régulation d accès) Régulation des vitesses Régulation de l interdiction poids lourds Régulation de l affectation Affichage de conseils de délestage 25

26 Données d entrée : demande Soit une matrice origine destination dynamique Soit des coefficients de répartition du flux Grande difficulté à trouver des données Mais ce sont des données vitales 26

27 Données de calibrage et de validation Trouver un indicateur de qualité qui corresponde à la stratégie simulée Données sur le fonctionnement actuel du réseau Débits, Temps de parcours, Partage de l échantillon en deux parties : Une partie pour le calibrage = réglage des paramètres du modèle pour diminuer l erreur sur l indicateur de qualité choisi La seconde partie pour la validation : Les erreurs doivent être du même ordre de grandeur qu en calibrage 27

28 Comment s en servir efficacement? Choisir le bon outil Bien analyser le problème Définir soigneusement la zone à simuler Quelle est la stratégie de régulation que l on veut simuler? Quel est l indicateur de qualité associé Utiliser les outils pour avoir une matrice Origine Destination réaliste Découper le problème en sous parties Pour se faire la main sur un cas simple Pour avoir l occasion de vérifier par sa propre analyse la qualité des résultats produits On peut utiliser une méthode en treize étapes 28

29 Méthode à treize étapes 1. S interroger : «Suis-je réellement obligé(e) d utiliser la simulation?» 2. S interroger : «Quelles sont les questions posées?» «Quelles sont les questions à ignorer?» 3. Choisir soigneusement le logiciel qui sera utilisé (voir tableau) Un outil simple est toujours plus efficace Quelle est l importance des sorties graphiques? Un outil connu est toujours plus efficace qu un outil inconnu 4. Circonscrire l étude dans le temps et dans l espace L espace temps simulé doit contenir toute la congestion Définir l intégralité des alternatives à simuler 5. Recueillir les données nécessaires 6. Coder le réseau dans le formalisme du logiciel choisi 7. Vérifier soigneusement les sorties pour repérer (puis corriger!) les erreurs de codage 29

30 Méthode à treize étapes 8. Calibrer soigneusement les paramètres du modèle sur la situation actuelle Commencer par les capacités des arcs du réseau Poursuivre par la répartition des flux Terminer par le réglage d indicateurs globaux (temps total passé, ) 9. Valider la simulation sur la seconde partie des données de la situation actuelle Les erreurs finales doivent être du même ordre que celles obtenues à l étape précédente 10.Définir finement les alternatives à la situation actuelle (codage du réseau) 11.Simuler les alternatives 12.Analyser les résultats avec les indicateurs de qualité choisis : quelle est la meilleure alternative? 13.Ecrire le rapport final 30

31 Le bon outil pour chaque problème Nouvelle constructi on Aménag. d une infra Eval. Coord. Feux Aménag. TCSP Régul. accès VRU Planification (Ariane, ) Calculs de capacité Calculs simples Simu macro Simu micro 31

32 Conclusion Un formidable outil Adaptable à de nombreuses situations Permet de très jolies représentations Adapter le choix de l outil Au problème posé Aux données disponibles Aux forces en présence Se poser des questions, des questions et encore des questions sur les résultats obtenus Utiliser les sources disponibles 2004, FHWA; Traffic analysis toolbox volume III : Guidelines for Applying traffic microsimulation modeling software: Participer au groupe de travail sur les besoins des utilisateurs en matière de simulation! 32

33 Simulation dynamique du trafic ou