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séminaires 2004

Modélisation des réseaux de transport

LEBACQUE J-P., BOILLOT F., ARON M. Actes du groupe de travail Modélisation du trafic 2004-2005, Actes INRETS n°110 - en vente à la librairie de l'Ifsttar
58 bd Lefebvre - F-75732 Paris Cedex 15
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2 décembre

Markos Papageorgiou (Université technique de Crète) Résultats de l'applications de la stratégie de controle TUC sur trois réseaux européens

The recently developed network-wide real-time signal control strategy TUC has been implemented in three traffic networks with quite different traffic and control infrastructure characteristics: Chania, Greece (23 junctions); Southampton, U.K. (53 junctions); and Munich, Germany (25 junctions), where it has been compared to the respective resident real-time signal control strategies TASS, SCOOT and BALANCE. After a short outline of TUC, the presentation describes the three application networks; the application, demonstration and evaluation conditions; as well as the comparative evaluation results. The main conclusions drawn from this high-effort inter-European undertaking is that TUC is an easy-to-implement, inter-operable, low-cost real-time signal control strategy whose performance, after very limited fine-tuning, proved to be better or, at least, similar to the ones achieved by long-standing strategies that were in most cases very well fine-tuned over the years in the specific networks.

25 novembre

Patrick Lebacque (INRETS et ENPC) Formulation variationnelle des modèles macroscopiques de trafic

Le modèle d'écoulement du trafic de Lighthill Whitham Richards (LWR) s'exprime par une équation de conservation (conservation des véhicules) et une équation comportementale, le diagramme fondamental. Ces deux équations permettent de déterminer les variables principales de trafic dans ce modèle, le débit et la concentration.
Des méthodes de résolution analytiques de ce modèle (caractéristiques) sont connues depuis longtemps, à la suite des travaux de Whitham et de Lighthill. Plus récemment, depuis 1993-1996, des méthodes numériques efficaces de résolution des équations du modèles, basées sur le schéma de Godunov, ont été développées.
Dans un travail très récent (2004), Daganzo a pris le contrepied de cette approche traditionnelle, en réinterprétant les équations du modèle LWR comme une équation d'Hamilton-Jacobi-Bellman. Rappelons que les équations d'Hamilton-Jacobi-Bellman décrivent les solutions des problèmes de contrôle optimal.
L'objet de l'exposé est de décrire de manière élémentaire cette approche variationnelle du modèle de trafic LWR. On rappelera d'abord quelques notions de base sur l'équation d'Hamilton-Jacobi-Bellman, puis on interprétera le principe d'optimalité auquel satisfont les solutions du modèle LWR. Enfin on illustrera l'approche variationnelle en traitant quelques exemples simples.

Fabien Leurent (ENPC et LVMT) Le réseau dynamique : théorie et applications

Le problème type de cheminement sur un réseau, est la recherche d'un plus court chemin (PCC) entre un sommet d'origine et un sommet de destination, sur un réseau sans contraintes d'acès aux noeuds ou aux arcs. Ce problème peut être élaboré, sophistiqué, en ajoutant des contraintes locales sur les mouvements tournants (interdiction, pénalisation) ou sur des transitions entre des arcs distants (péages en cordon) : pour résoudre ces problèmes élaborés il suffit d'instancier des arcs virtuels au cours d'un algorithme de recherche de PCC.
La théorie du réseau dynamique est un cadre d'hypothèses et de propriétés logiques, pour aborder de manière systématique des problèmes sophistiqués de cheminement. Au delà des problèmes élaborés déjà cités, elle permet de traiter diverses applications, telles que : le PCC en temps sous une contrainte budgétaire exprimée en coût ; le PCC en temps pour des temps qui dépendent des coûts ; le PCC dynamique où le coût d'un arc dépend de l'instant d'accès ; le PCC à contraintes de séjour dans les noeuds et de disponibilité des arcs.
L'exposé se compose de quatre parties :

  1. un exposé des problèmes sophistiqués de PCC.
  2. un rappel des deux méthodes classiques de résolution : la programmation dynamique (Bellman, 1957) et les structures de cheminement généralisé (Minoux et Gondran, 1975).
  3. l'exposé de la théorie du réseau dynamique. On traite des états localisés aux sommets d'un graphe-support. Plutôt que d'expliciter un graphe d'états de grande dimension, on considère seulement les états qui vérifient certaines propriétés, et qui sont définis récursivement comme une séquence d'atomes. Ces séquences d'atomes s'organisent en faisceaux de chemins.

 

13 octobre 2004

Fabrice Marchal (Ecole Polytechnique Fédérale de Zurich) Simulation d'un système multi-agents de grande taille appliqués à la mobilité et au transport

La simulation de systèmes multi-agents connaît un intérêt grandissant dans le domaine de la modélisation des transports et de l'occupation du sol. Ces modèles permettent notamment d'intégrer plus facilement des sous-modèles hétérogènes.
Nous présentons dans cet exposé les principaux obstacles de ces méthodes, en terme de modélisation et de mise en oeuvre informatique.

Fabrice Marchal Génération de la demande à partir de données de recensement sur la base d'un modèle d'occupation du sol

La génération de la demande de transport est très souvent réalisée en pratique grâce au modèle classique à quatre étapes. Ce modèle souffre de nombreuses limitations, tant au niveau des ondations micro-économiques que de la collecte des données pour le calibrer.
Nous présentons dans cet exposé une alternative qui consiste à exploiter au maximum des données classiques provenant de recensement.

9 septembre 2004

Fabien Leurent (LVMT/INRETS-ENPC) Modélisation du choix d'itinéraire sur un réseau multimodal

Sur un réseau de transport privé, chaque auteur de déplacement dispose de son propre moyen de locomotion : il peut alors choisir son itinéraire parmi tous les arcs d'infrastructure disponibles et accessibles à sa classe. Sur un réseau de transport public, des exploitants de transport fournissent des services d'acheminement, que chaque usager combine en série, et aussi en parallèle quand la mutualisation des services peut induire une économie.
La recherche présentée ici a eu pour objectif d'exposer, d'évaluer et de développer les modèles de cheminement en transport privé, puis en transport public, et enfin sur un réseau plurimodal, là où les usagers combinent les moyens de transport en parallèle (multimodalité) et en série (intermodalité).
Nous donnons des notions économiques et des structures topologiques (maillons, linoïdes, chaînes, treillis) pour analyser des choix simples ou complexes, qui portent sur plusieurs moyens ou même sur des options plus larges de déplacement (horaire, destination, origine, niveau de demande). L'aspect crucial est la mutualisation des coûts entre moyens concurrents : nous mutualisons les moyens en fonction du coût et du temps de traversée, des taux de disponibilité, de la fréquence de desserte, du facteur d'irrégularité et des coûts d'attente. Pour l'intermodalité, il est essentiel de décrire les conditions de transit et les coûts d'interface.
Nous posons les problèmes de maillon multimodal optimal, de chaîne intermodale optimale, d'hyperchemin optimal, avec les algorithmes de recherche et de chargement associés. Ces algorithmes ont une complexité en A.ln(A) en fonction du nombre d'arcs A du réseau.

Ruth Bergel (INRETS) Les modèles agrégés de risque routier

On présentera, dans un premier temps, un historique de la modélisation agrégée du risque routier, les différents types de modèles retenus (formulation économique, spécificafion économétrique), et les méthodes d'estimation utilisées. On s'intéressera en particulier aux modèles de séries temporelles avec variables exogènes (modèles ARMAX ou ARIMAX, modèles XVAR).
Dans un second temps, on détaillera un modèle développé sur données françaises, agrégées par grandes catégories de réseaux, et la méthode d'estimation utilisée dans ce cas particulier.

25 mai 2004

Dirk Helbing (Prof. Univ. Techn. Dresden et Directeur de l'institut d'économie et de trafic) Dynamic of Production Processes, supply networks and business cycles

Network theory is rapidly changing our understanding of complex systems, but the relevance of topological features for the dynamic behavior of metabolic networks, food webs, production systems, information networks, or cascade failures of power grids remains to be explored. Based on a simple model of supply networks, we offer an interpretation of instabilities and oscillations observed in biological, ecological, economic, and engineering systems. We find that most supply networks display damped oscillations, even when their units - and linear chains of these units - behave in a non-oscillatory way. Moreover, networks of damped oscillators tend to produce growing oscillations. This surprising behavior offers, for example, a new interpretation of business cycles and of oscillating or pulsating processes.
The network structure of material flows itself turns out to be a source of instability, and cyclical variations are an inherent feature of decentralized adjustments.
In particular, we show how to treat production and supply networks as transport problems governed by balance equations and equations for the adaptation of production speeds.
Although the non-linear behaviour is different, the linearized set of coupled differential equations is formally related to those of mechanical or electrical oscillator networks. Supply networks possess interesting new features due to their complex topology and directed links.
We derive analytical conditions for absolute and convective instabilities. The empirically observed «bull-whip effect» in supply chains is explained as a form of convective instability based on resonance effects.
Application of this theory to the optimization of production networks implies large optimization potentials. Moreover, similar modeling and optimization strategies are also applicable to other queuing networks such as urban traffic networks.

Short Biography
Dirk Helbing (*1965, http://www.helbing.org) is the Managing Director of the Institute for Economics and Traffic at Dresden University of Technology, where he was appointed full professor in 2000. Having studied Physics and Mathematics in Gottingen, his master thesis dealt with the nonlinear modelling and multi-agent simulation of observed self-organization phenomena in pedestrian crowds. Two years later, he finished his Ph.D. in Stuttgart on modelling social interaction processes by means of game-theoretical approaches, stochastic methods and complex systems theory, which was awarded two research prizes. After having completed his habilitation on traffic dynamics and optimization in 1996, he received a Heisenberg scholarship.
Both theses were printed by international publishers. Apart from this, Helbing has (co-)edited several proceedings of international conferences on cooperative dynamics in socio-economic and traffic systems that he (co-)organized. He has given 90 invited alks and published more than 100 papers, including several contributions to high-impact journals like Nature, Science, or Reviews of Modern Physics, which werediscussed by the public media (newspapers, radio, and TV) more than 130 times. He collaborates closely with international scientists, since he worked, for example, at the Weizmann Institute in Israel, the Xerox PARC in the Silicon Valley, and the Collegium Budapest—Institute for Advanced Study in Hungary. Thanks to various multi-partner research projects, he also maintains good cooperations with the Volkswagen AG, the Siemens AG, the DaimlerChrysler AG, and other companies.

Dirk Helbing Pedestrian Flow's, Escape Panics and Traffic Jams

Human behavior is normally very hard to describe, as the relevant variables are difficult to identify, to quantify, and to measure. However, scientists have recently managed to understand and reproduce surprising laws and features of vehicle and pedestrian traffic. For example, pedestrians moving in opposite directions normally separate in lanes, while nervous crowds are “freezing by heating”. In other cases, one observes fluctuation-induced ordering, oscillations of the flow direction at bottlenecks, rotary traffic, or herding effects. We have also learned why panicking pedestrians produce dangerous deadlocks and how these can be avoided by a skillful design of buildings. These insights can be also applied to optimize production processes.
Vehicle traffic is related with some puzzling questions as well: Why are vehicles sometimes stopped by so-called “phantom traffic jams”, although they all like to drive fast? What are the mechanisms behind stop-and-go traffic? Why are there several different kinds of congestion, and how are they related? Why do most traffic jams occur considerably before the road capacity is reached? Can a temporary reduction of the traffic volume cause a lasting traffic jam? All of this is important to understand from the perspective of intelligent transportation systems. Surprisingly, speed limits can speed up traffic under certain conditions, and traffic lights at onramps can reduce the overall travel times.
The presentation will be illustrated with many video recordings and animated simulations.

References

  1. D. Helbing (2001) Traffic and related self-driven many-particle systems. Reviews of Modern Physics 73, 1067-1141.
  2. D. Helbing and T. Platkowski (2002) Drift- or fluctuation-induced ordering and self-organisation in driven many-particle systems. Europhysics Letters 60, 227–233 (2002).
  3. D. Helbing, I. Farkas, and T. Vicsek (2000) Simulating dynamical features of escape panic. Nature 407, 487-490.
  4. D. Helbing, I. Farkas, and T. Vicsek (2000) Freezing by heating in a driven mesoscopic system. Physical Review Letters 84, 1240-1243.
  5. D. Helbing, A. Hennecke, and M. Treiber (1999) Phase diagram of traffic states in the presence of inhomogeneities. Physical Review Letters 82, 4360-4363.

6 mai 2004

séance conjointe avec le séminaire SELEST du DEST

Patrick Lebreton (SETRA) Problématique du fichier Accidents et propositions de solutions simples

De nombreux pays possèdent un fichier accident du même type que le fichier accidents français aussi appelé fichier BAAC. Ce fichier présente des caractéristiques particulières : c'est un « fichier à niveaux » il n'est pas toujours d'une grande précision et en particulier des accidents légers manquent. Cependant étant très largement utilisé il a une importance centrale. Il est donc nécessaire de l'utiliser au mieux . Après avoir posé la problématique nous ferons une première proposition de solution par utilisation de la régression logistique.

Prof. Marc Gaudry - AJD (Agora Jules Dupuit, Université de Montréal) et Chercheur associé à l'INRETS/DEST Assouplissements de forme des courbes de réaction du LOGIT multinomial. Introduction d'asymétrie et d'asymptotes endogènes - Applications au choix du mode de transport

En partant de la régression logistique linéaire classique, il y a lieu d’envisager des généralisations qui permettent de prendre en compte l’éventuelle asymétrie des courbes de réaction ainsi que la présence de queues (asymptotes) épaisses, comme le graphique suivant en donne une idée dans l’espace des fonctions représentatives associées aux alternatives (pas dans celui des variables explicatives).
Logit Linéaire vs Lin-IPT-Logit Nous présentons diverses formulations possédant l’une, l’autre, ou même ces deux dimensions supplémentaires nouvelles—tout en autorisant toujours la comparaison avec la forme classique du LOGIT LINÉAIRE retrouvée comme cas particulier emboîté.
Nous en étudions le sens mathématique et l’interprétation et étudions une série d’applications au choix du mode de transport interurbain des voyageurs. Nous indiquons comment le progiciel TRIO téléchargeable gratuitement du site de l’Agora Jules Dupuit autorise ces tests et l’expression de leurs résultats statistiques et de pertinence.
Il est loisible à toute personne de consulter sur ce site le document CRT-893, centré sur l’expression analytique des généralisations arborescentes DOGIT et IPT dont nous traitons, ou le document BETA-9815 qui en cadre l’usage particulier dans le projet européen STEMM (1996-1998).

29 mars 2004

Jean-Michel Auberlet et Stéphane Espié (INRETS MSIS-CIR) Evaluation des STI sur l'écoulement du trafic en milieu urbain

Due à la densité de trafic sans cesse croissante, la gestion du trafic devient chaque jour plus complexe sur les grands axes urbains. Les différents systèmes d'aide à la conduite sont-ils des solutions susceptibles de permettre un meilleur écoulement du trafic en ville ? Ces problématiques constituent depuis plusieurs années l'objectif de plusieurs projets de recherches nationaux et européens dont le projet Stardust (5ème PCRD). Ce projet a pour objectif d'évaluer dans quelle mesure des systèmes d'aide à la conduite (ISA, ACC Stop&Go et Lane Keeping peuvent contribuer au développement urbain durable. Cette évaluation, en termes d'impacts directs sur les conditions de trafic et sur l'environnement mais également en termes d'impacts sur la vie sociale, économique, sur la sécurité des transports, doit permettre d'informer et de conseiller les acteurs du milieu urbain (politiques, gestionnaires de trafic, constructeurs, usagers...).
Notre communication a pour objectif non seulement de présenter les résultats obtenus mais également la démarche utilisée. Cette dernière est une approche pluri-disciplinaire et itérative, dont les étapes successives sont :

  • étude de l’impact du dispositif sur la tâche de conduite (acceptabilité, usage ...);
  • modélisation et simulation du comportement du conducteur équipé;
  • étude du trafic “modifié” en fonction du taux de déploiement du dispositif;
  • étude de sensibilité sur les hypothèses retenues;

Dans le cas des études sur les systèmes embarqués, nous pensons qu’il faut ajouter une étape supplémentaire :

  • étude de l’impact de l’introduction du dispositif sur le comportement des conducteurs non équipés (immersion de conducteurs dans le trafic “modifié”). Par le biais de cette étape, l’approche devient une approche “intégrée”, et autorise l’étude du système trafic.

 

Christine Buisson (LICIT/ INRETS et ENTPE) Modélisation simplifiée de l'écoulement du trafic ; application de la détermination des temps de parcours par caméra dans la vallée de l'Oisans (Isère)

La vallée de l'Oisans, entre Pont de Claix au Sud de Grenoble et Bourg d’Oisans, est une vallée alpine typique : encaissée, conduisant à des stations de ski et parcourue par une nationale saturée les samedis de vacances d'hiver et d’été. Aucun réseau alternatif n'est envisageable. La direction départementale de l'Isère souhaite informer les usagers des temps de parcours qu'ils peuvent s'attendre à subir, ce qui est reconnu comme un bon moyen de diminuer leur stress.
Le dispositif de recueil de l'information individuelle sur les temps de parcours est constitué de caméras suivies d'un dispositif d'indentification des véhicules par lecture des plaques minéralogiques. Les temps de parcours recueillis sont donc des temps de parcours individuels, qu'il convient de filtrer puis d'agréger pour diminuer les disparités interindividuelles.
La question posée également par la DDE au LICIT était de déterminer d'avance le nombre de caméras nécessaires pour disposer d'une bonne précision sur le temps de parcours annoncé.
Nous présenterons donc rapidement l'algorithme de calcul du temps de parcours moyen à afficher, puis nous détaillerons la modélisation rudimentaire mise en place pour répondre à cette question du dimensionnement du dispositif de recueil. Les résultats préliminaires obtenus lors des expérimentations du mois de février dernier seront ensuite présentés.

Jordi Casas (TSS) Logiciel de micro-simulation AIMSUM

La simulation des systèmes télématiques appliqués aux domaines des transports nécessite des caractéristiques de modélisation particulières, qui ne sont pas toujours prisent en compte dans la conception de modèles de micro simulation. Lors de cette rencontre nous discuterons les conditions générales nécessaires pour représenter certaines de ces applications et expliquerons comment elles ont été implémentées dans le simulateur microscopique de trafic AIMSUN.

Antonino Tripodi (Université de Naples) Analyse expérimentale du comportement des conducteurs en correspondance aux carrefours urbains sans feux

Les croisements sans feux sont les plus communs et jouent un rôle important sur le trafic dans un réseaux urbain. Ces croisements ne fournissent aucune indication ni contrôle pour le conducteur, il doit décider quand entrer dans l’intersection en prenant en compte des intervalles de temps de sécurité, dans le flot de trafic,. Ce comportement est dit de « gap acceptance ».
Le processus de gap acceptance du conducteur, qui a une nature probabiliste, est le résultat de l’interaction entre « demande de gap » et « offre de gap ». La demande de gap est la tentative de trouver des intervalles de temps suffisamment grands pour entrer dans le croisement, en évitant les collisions. L’offre de gap est la façon avec laquelle les intervalles de temps deviennent disponibles pour le conducteur. Un autre élément important dans les croisements sans feux consiste dans le fait qu’il y a, entre les flots, une hiérarchie que chaque conducteur doit reconnaître et respecter. Certain flots ont la priorité tandis que les autres doivent donner la priorité aux flots d’ordre supérieur.
Cette note présente les résultats d’une investigation du comportement des conducteurs en correspondance à un croisement urbain sans feux. La recherche est une contribution pour une meilleure compréhension des phénomènes plutôt que pour la réalisation d’un outil spécifique. Il y a deux objectifs principaux : l’analyse des influences relatives de différents facteurs liés à l’environnement et au conducteur sur les manoeuvres d’exécution et, deuxièmement, l’investigation des potentialités de la modélisation désagrégées pour simuler les comportements des conducteurs en correspondance à un croisement urbain sans feux.
L’analyse a été effectuée suite à une recherche sur les modèles comportementaux désagrégés, basés sur l’analyse des choix discrets et sur la théorie du gap acceptance. La littérature sur la spécification et le calibrage des modèles est très vaste. Les derniers développement de la recherche ont porté à des modèles comportementaux basés sur la théorie des jeux (Espié et al., 1999 ; Champion et al., 2002) ; l’hypothèse de base est que les joueurs sont des conducteurs qui essayent d’entrer dans l’intersection.
Le comportement de conduite dans un croisement sans feux est non homogène (variabilité entre les conducteurs) et inconsistant (variabilité dans le temps pour un conducteur). Ceci dépend des facteurs liés à l’environnement et au conducteur. Les premiers sont dûs à la configuration géométrique du croisement (nombre de voies qui doivent être traversées, distance de visibilité, ...) et au trafic (niveaux de flot et de densité, composition véhiculaire, longueur de queue, ...). Les deuxièmes sont :

  • l’agressivité, qui influence le temps de réaction en phase d’accélération et de freinage, l’acceptation d’intervalles de temps faibles dans le courant de trafic opposé, etc ;
  • l’impatience, qui influence le temps d’attente avant d’entrer dans le croisement, etc.

Les facteurs liés au conducteur ont des effets sur les paramètres suivants :

  • vitesse des véhicules qui entrent dans le croisement quand le flot opposé n’a pas une priorité plus grande ;
  • vitesse des véhicules qui entrent dans le croisement quand le flot opposé a une priorité plus grande ;
  • vitesse des véhicules qui réalisent une manoeuvre pour tourner à droite ou à gauche ;
  • impatiente, ou temps d’attente avant d’entrer dans le croisement ;
  • gap critique, intervalle de temps minimum nécessaire pour entrer dans le croisement ;
  • temps de réaction en phase d’accélération ;
  • temps de réaction en phase de freinage.

Certains de ces paramètres ont été relevés et évalués pour une intersection sans feux urbains, en utilisant des détecteurs vidéo. Les vitesses des véhicules ont été évaluées en mesurant la distance entre deux points physique de l’intersection et en mesurant le temps nécessaire aux véhicules pour parcourir la distance entre ces points. Le paramètre d’impatiente est l’intervalle de temps entre l’instant où le conducteur s’arrête et l’instant où la conducteur décide d’effectuer la manoeuvre. Le gap critique n’est pas directement observable, mais il a été possible de détecter les gaps acceptés et refusés par chaque conducteur. Les paramètres de réaction du conducteur en phase d’accélération et de freinage ne sont pas observables.
A partir des données observées, quelques modèles comportementaux désagrégés, basés sur la théorie de l’utilité aléatoire, ont été spécifiés et calibrés, en essayant de mettre en évidence l’influence de certains des facteurs liés à l’environnement et au conducteur sur le comportement des conducteurs en correspondance d’un croisement sans feux.