Journée technique du Paris Etude comparative de logiciels de simulation dynamique : leçons à tirer Olivier Richard, Aurélien Duret CETE de Lyon / département Mobilités journee2011.simulationdynamique.fr
Plan de la présentation 1 - Présentation des études de comparaison 2 - Comparaison des logiciels méthodologiques sur les études de comparaison Enseignement sur les cas théoriques Application à un cas de régulation sur le cas d'étude réel 3-4 - Conclusion générale 2
Objectifs et démarche Deux objectifs Identifier les possibilités et les limites de plusieurs logiciels (Aimsun, Dynasim, TransModeler, SymuVia) Améliorer les usages des outils de simulation dynamique Démarche de travail Tests de performances sur des cas théoriques («cas tests») Comparaison des résultats sur un cas d'étude réel 3
Le contexte Les acteurs : une étude collaborative du RST Commanditaires SETRA, CERTU, INRETS (maintenant IFSTTAR) Réalisation CETE de Lyon (pilotage) INRETS, ZELT Toulouse CETE Ouest, Normandie Centre, Nord Picardie et Méditerranée Une étude en plusieurs temps Etude initiale : généraliste Initiée début 2009, terminée début 2011 Une comparaison a priori des fonctionnalités, des «cas tests» généraux et un cas d'étude réel Seconde étude : prenant en compte les enseignements méthodologiques Initiée début 2011, en cours Focalisée sur la régulation dynamique 4
Les «cas tests» Qu'est ce qu'un «cas test»? Un cas test est une combinaison d'un réseau, d'une demande et d'indicateurs de résultats en vue de tester la réponse du logiciel dans une configuration particulière : Par exemple : mesurer la file d'attente sur un feu en section courante en augmentant progressivement le débit. «Cas tests» généralistes Comportements en file Propagation d'une file d'attente Changement de voie Insertion Giratoires «Cas tests» pour la régulation dynamique Insertion sur voie rapide (pour la régulation d'accès) Capacité en section courante (pour la régulation de vitesse) Répartition par voie (pour la régulation de vitesse) 5
Le cas réel : arrivée de la RCEA à Chalon sur Saône Initialement une étude opérationnelle Réalisée en 2009 par le CETE de Lyon pour le compte de la DREAL Bourgogne. Visait à comparer différentes variantes d'aménagement à différents horizons de temps Méthodologie pour l'étude de comparaison Recueil de données spécifiques en Octobre 2009 Modélisation par deux équipes avec Dynasim et Aimsun et par une équipe débutante avec Transmodeler de la situation actuelle et d'un scénario de réseau projet Comparaison de résultats bruts et d'analyses faites par les équipes 6
méthodologiques sur les études de comparaison Difficultés rencontrées Différentes équipes de modélisation sur plusieurs sites différents Manque de cadrage méthodologique initial Manque de précision théorique sur les cas tests Pas de méthode d'analyse des résultats homogènes Sorties des logiciels pas toujours comparables Préconisations méthodologiques Enoncer clairement les objectifs des cas tests Décrire les cas tests avec le plus de précision possible Expliciter les résultats attendus et les outils d'analyse utilisés 7
méthodologiques Nouvelle trame méthodologique Trame proposée 1. Objectif du cas-test 2. Présentation du cas-test Description du réseau (offre) Schéma du réseau Caractéristiques des voiries Decription de la demande Chronique des débits sur chaque entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules Définition des capteurs Lieu Variables mesurées 3. Résultats attendus Etat de l'art Etudes théoriques Etudes empiriques Description de la méthode d'analyse 8
méthodologiques Nouvelle trame méthodologique Trame proposée Trame proposée 1. Objectif du cas-test Objectif du Application à la régulation des vitesses cas test 2. Présentation du cas-test Description du réseau (offre) Schéma du réseau Caractéristiques des voiries Decription de la demande Chronique des débits sur chaque entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules Définition des capteurs Lieu Variables mesurées 3. Résultats attendus Etat de l'art Etudes théoriques Etudes empiriques Description de la méthode d'analyse 9
méthodologiques Nouvelle trame méthodologique Trame proposée Trame proposée 1. Objectif du cas-test Objectif du cas test 2. Présentation du cas-test Application à la régulation des vitesses Comment implémenter une régulation des vitesses? Quel impact de la mesure sur la capacité d'une section? Quel impact de la mesure sur l'utilisation des voies? Description du réseau (offre) Schéma du réseau Caractéristiques des voiries Decription de la demande Chronique des débits sur chaque entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules Définition des capteurs Lieu Variables mesurées 3. Résultats attendus Etat de l'art Etudes théoriques Etudes empiriques Description de la méthode d'analyse 10
méthodologiques Nouvelle trame méthodologique Trame proposée Trame proposée Application à la régulation des vitesses 1. Objectif du cas-test Objectif du cas test 2. Présentation du cas-test Description du réseau (offre) Schéma du réseau Caractéristiques des voiries Composition du trafic Caractéristiques des véhicules Demande initiale 200 veh/h au début de la simulation puis augmentation de 100 veh/h toutes les 5 minutes Définition des capteurs Lieu Variables mesurées Composition du trafic Véhicules légers uniquement Caractéristiques des véhicules Etat de l'art Etudes théoriques Etudes empiriques Capteur 3000m Chronique des débits sur chaque entrée 3. Résultats attendus 500m Decription de la demande Légende Vitesse libre = 110km/h Longueur ~ 5m (pour une distance à l'arrêt d'environ 7m) Description de la méthode d'analyse 11
méthodologiques Nouvelle trame méthodologique Trame proposée Trame proposée 1. Objectif du cas-test Application à la régulation des vitesses Débits observés 2. Présentation du cas-test Description du réseau (offre) Schéma du réseau Caractéristiques des voiries Impact de la régulation sur la capacité Decription de la demande Chronique des débits sur chaque entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules Temps Définition des capteurs Lieu Variables mesurées % utilisation de la voie 3. Résultats attendus Etat de l'art Etudes théoriques Etudes empiriques Impact de la régulation sur la répartition par voie Description de la méthode d'analyse Débits observés 12
sur les cas théoriques sur les cas théoriques Différences dans les distributions de vitesses Difficultés à reproduire les comportements d'utilisation des voies Les paramètrages par défaut des changements de voie ne doivent pas être pris comme «cadre de référence» systématique Effort à produire dans le calage des comportements d'insertion 13
sur les cas théoriques sur la régulation des vitesses Les analyses sont actuellement en cours... Implémentation de la régulation des vitesses dans les outils: ni Aimsun, ni Dynasim ne proposent un module de régulation dynamique des vitesses la régulation des vitesses s'implémente par un changement de distribution des vitesses libres des véhicules Impact de la régulation sur les niveaux d'utilisation des voies Pour Aimsun, la régulation des vitesses : baisse légèrement la capacité d'une section à deux voies modifie légèrement les niveaux d'utilisation des voies Pour Dynasim, la régulation des vitesses : n'a pas d'impact sur la capacité, sauf à partir de V<70km/h ne change pas le niveau d'utilisation des voies 14
sur le cas d'étude réel : les résultats bruts Situation actuelle avant et après calage Globalement, les branches saturées et fluides sont les mêmes mais : Carrefour giratoire : des différences très importantes de temps de parcours entre les 3 logiciels mais une homogénéité par équipe travaillant sur le même logiciel Carrefour Cortelin : des différences entre logiciels mais aussi entre équipes sur un même logiciel Carrefour de Cortelin actuel Une situation réelle difficile à décrire La situation actuelle est en équilibre instable avec des effets de seuil importants La demande est très évolutive et le recueil de données n'a pas permis de décrire précisément le fonctionnement réel => absence de situation de référence pour départager clairement les logiciels 15
sur le cas d'étude réel : les résultats bruts Situation projet Le carrefour de Cortelin est remplacé par deux giratoires au fonctionnement plus stable Résultats : Les différences entre logiciels sont beaucoup moins prononcées qu'en situation actuelle et les résultats sont globalement similaires entre équipes travaillant sur le même logiciel. Projet testé 16
sur le cas d'étude réel : les analyses Méthodologie : Chaque équipe expérimentée a rédigé une note de synthèse des résultats à l'attention d'un maître d'ouvrage et ces notes ont été comparées entre elles. Résultats de l'analyse de fonctionnement: Situation actuelle : les deux points noirs majeurs sont mis en évidence par toutes les équipes. Il y a quelques divergences sur l'importance et la localisation des autres difficultés. Il n'y a pas d'accord sur le fonctionnement du carrefour de Cortelin. Situation projet : les analyses des équipes convergent sur l'amélioration très nette de la situation. Les difficultés résiduelles sont globalement les mêmes. Résultats des recommandations au maître d'ouvrage : Les recommandations finales sur l'aménagement testé sont exactement les mêmes pour deux équipes (travaillant sur deux logiciels différents) et très légèrement différentes pour la troisième équipe. 17
sur la comparaison sur cas réel Situation instable : La simulation dynamique d'un réseau atypique en limite de congestion avec les mêmes données d'entrées peut donner des résultats différents selon le logiciel utilisé mais également selon les équipes La simulation dynamique peut permettre d'identifier les points de blocage éventuels mais ne permet pas dans ce cas de prévoir le fonctionnement du réseau Situation plus stable (en congestion ou en fluide) : La simulation dynamique d'un réseau plus classique en dehors d'une zone d'équilibre instable donne globalement les mêmes résultats quels que soient les logiciels utilisés La simulation dynamique permet de prévoir le fonctionnement du réseau mais il faut rester prudent sur les valeurs numériques Validité des logiciels L'absence de situation de référence complètement quantifiée rend difficile la comparaison des logiciels. Les performances des logiciels changent selon le type d'aménagement. L'influence de l'équipe de modélisation est très nette Le travail d'analyse des résultats bruts de la simulation est primordial 18
Méthodologie générale d'une étude : le calage Réseau actuel Résultats de modélisation Le modèle Demande actuelle paramètres - temps de parcours - vitesse - remontée de file Conditions de trafic réelles 19
Méthodologie générale d'une étude : tests et analyse Réseau futur Résultats de modélisation Le modèle Demande future paramètres - temps de parcours - vitesse - remontée de file Analyse 20
Préconisation recueil de données Recueil de la demande : Par combinaison de recueil automatique et d'enquêtes OD minéralogiques (cohérence) Emploi d'un matériel adapté (radar ou plaques notamment) pour les postes délicats Localisation des postes le plus possible en dehors de la congestion, prévoir une méthode de redressement si la congestion remonte en aval du poste. Choix de la période d'enquête de manière à intégrer l'apparition et la disparition de la congestion. Deux semaines minimum de recueil automatique, pas de temps de 15 minutes aux heures de pointe Recueil des conditions de circulation : Par combinaison de recueil automatique et manuel Temps de parcours par exploitation de l'enquête minéralogique Recueil automatique (vitesses et débits) sont très utiles mais attention aux effets de seuil Reportage photo et/ou vidéo pour une compréhension qualitative du fonctionnement Recueil de remontées de file à éviter en dehors de files «dures» et limitées spatialement Temps de parcours par véhicule traceur difficilement exploitable La visite terrain aux heures de pointe est indispensable! 21
Préconisation calage Utilisation des cas théoriques 22
Préconisation calage Utilisation des cas théoriques 23
Préconisation calage Utilisation des cas théoriques capt.1 D1 capt.2 Légende Entrée de capteur 200m Sortie de capteur D2 C apteur 600m 240m 600m 24
Préconisations sur l'analyse et la présentation des résultats Les résultats du modèle ne sont pas la réalité révélée : La phase de traduction et de prise de recul sur les résultats par le prestataire est indispensable et primordiale. Présentation de la méthodologie : Donner les résultats de la reconstitution de la situation actuelle Présenter la méthodologie et les incertitudes sur la prévision de la demande de trafic Le cas échéant, effectuer et présenter des tests de sensibilité à la demande Présentation des résultats: Ne pas donner de réponses à des questions en dehors du domaine de validité du modèle Adapter la précision des rendus à la fiabilité du modèle (attention à la variabilité inter réplications) Privilégier les analyses comparatives entre scénarios de demande ou d'aménagements Utiliser les visualisations en priorité pour expliquer des phénomènes 25
Rigueur et modestie Choix d'un logiciel : Les résultats d'une étude de simulation dynamique sont largement plus dépendants de la aussi dépendants à la que dulogiciel logicielutilisé utilisé méthodologie qu'au Les fonctionnalités diffèrent d'un logiciel à l'autre : élément déterminant du choix Rigueur sur la méthode Recueil de données, reconstitution situation actuelle, cas tests, calage, tests de sensibilité, etc. modestie sur les résultats Analyse des conditions de validité des résultats en fonction des sources d'erreurs possibles (données d'entrée, calage du modèle, simplifications théoriques) Dans tous les cas, la simulation dynamique apporte des réponses mais pas forcément à toutes les questions! 26
Des questions? Merci de votre attention olivier.richard@developpement-durable.gouv.fr aurelien.duret@developpement-durable.gouv.fr 27