Des systèmes de transport intelligents pour gérer le trafic routier

Dans ce chapitre, nous présentons un état de l’art de la gestion du trafic routier à l’aide de systèmes de transport intelligents. Nous axons volontairement cette étude sur la gestion des feux de circulation puis, sur des aspects touchant aux systèmes distribués. Les classes de modèles de trafic existant sont tout d’abord décrites en section 2. 1. Puis, nous détaillons le fonctionnement d’une intersection à feux de circulation en 2. 2 et définissons le modèle classique ainsi que les métriques et pa- ramètres qui sont traditionnellement utilisés (p. ex., le temps de feu vert). Ensuite, dans la section 2. 3, nous caractérisons les systèmes de transport intelligents et leur application aux systèmes de gestion des feux de circulation. Les équipements per- mettant la détection des véhicules – entre autres – y sont également abordés. Enfin, nous terminons avec l’étude des réseaux de communication en section 2. 4 et le cas des systèmes distribués, avec l’exemple de réseaux de capteurs sans fil, en section 2. 5.Un réseau routier est conçu afin de permettre à ses usagers de se déplacer d’un point à un autre. Dans ce contexte, il est composé d’un ensemble de routes avec plus ou moins de voies, en fonction des zones d’activités et des lieux d’habitation. Les croisements entre les routes étant inévitables en milieu urbain, de par leur concen- tration, des intersections permettent de gérer les flux de véhicules entrant en conflit, pour leur sécurité et afin d’éviter les interblocages et de permettre aux automobilistes de changer de route. Ces intersections, ou dans certains cas des carrefours giratoires, régulent le trafic et appliquent généralement des règles de priorité à droite ou sont équipés de feux de circulation pour gérer les situations particulièrement dangereuses. Le réseau routier urbain peut donc être vu comme étant une collection d’intersec- tions, liées les unes aux autres par des routes, auxquelles peuvent venir se greffer des éléments opérationnels (panneaux, feux de circulation, etc.).

Sur un réseau de plusieurs intersections, les axes sont généralement classifiés en artères principales ou secondaires, en fonction de leur utilisation et de leur capa- cité. À titre d’exemple, une grille d’intersections est représentée sur la figure 2.1. L’intersection centrale est située sur deux axes (artères). Les numéros indiquent le nombre de sauts qui séparent cette intersection des autres intersections. Ainsi, une ligne droite formée de plusieurs intersections consécutives et accueillant une majorité du trafic disponible est désignée comme une artère principale, tandis que les autres routes, accessibles sur chacune des intersections, sont désignées comme étant secon- daires. Cette différenciation est utile pour la coordination des feux de circulation, qui s’effectuent dans la majorité des systèmes traditionnels sur les artères principales [US 08]. Elle est également utile à la compréhension de la formation des embouteillages, qui ont tendance à se former là où le trafic est plus fort. À ce stade, il n’est toutefois pas utile de décrire ces phénomènes, nous les introduisons toutefois dans le chapitre 6.

Décrire le trafic routier existant sur ce type de réseau est crucial. Non seule- ment, ce type d’étude permet de planifier les évolutions à entreprendre sur le réseau routier (p. ex., travaux), mais elle permet également – de nos jours – de réaliser des simulations numériques permettant d’anticiper certaines difficultés, telles que les embouteillages ou accidents.Le trafic routier a ainsi été décrit au travers de nombreux modèles [Dim12], no- tamment à partir des années 1930 où Greenshields et al [GCM+35] se sont intéressés à étudier les termes de densité (de véhicules), de capacité (des voies – routes) et de vitesse. La recherche de nouveaux modèles s’est ensuite accélérée dans les an- nées 1950. Greenshields et al se sont intéressés aux performances des intersections routières [GSE46]. Chandler et al [CHM58] ont étudié le suivi de véhicules et les comportements que les conducteurs peuvent avoir les uns par rapport aux autres. Lighthill et al [LW55] ont, pour leur part, étudié des notions de débit dès les années 1955, tandis que des travaux se basant sur la théorie des files d’attente apparais- saient [War52].