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Efficient Traffic Control with Variable Speed Limits: Bridging the gap between Theory and Practical Implementation

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Des algorithmes permettant d’améliorer les conditions de circulation sur les autoroutes très fréquentées

Le contrôle dynamique du trafic permet de faire meilleur usage des infrastructures routières disponibles et de réduire les embouteillages sur les autoroutes, mais il présente plusieurs inconvénients. Une initiative de l’Union européene a proposé des solutions pour des systèmes dynamiques de contrôle de trafic optimisés et des mesures plus efficaces.

Économie numérique
Transports et Mobilité

La plupart des systèmes dynamiques de contrôle de trafic fonctionnent selon des algorithmes de contrôle linéaires, locaux ou heuristiques. Utiliser des techniques non locales et multivariées appropriées peut toutefois réduire considérablement le temps total passé (TTS) sur la route par les conducteurs ainsi que d’autres indices de performance du trafic. Des méthodes basées sur l’utilisation de techniques de contrôle avancées comme la commande prédictive par modèle (MPC), qui minimise une fonction de coût telle que le TTS des conducteurs, améliorent considérablement les performances du système de contrôle de trafic dans diverses études de simulation.

Une gestion dynamique du trafic pour améliorer l’efficacité des autoroutes

«Le principal problème de la technique MPC est que le temps de calcul augmente rapidement avec la taille du réseau, ce qui rend difficile l’application d’une MPC centralisée sur de grands réseaux», déclare José Ramón Domínguez Frejo, chercheur principal du projet ETC-VSL, financé par l’UE. «Un contrôle entièrement centralisé des grands réseaux est considéré par les spécialistes comme peu pratique et irréaliste.» Ces recherches ont été menées avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie. L’équipe du projet a conçu et testé un algorithme de contrôle pour les limitations de vitesse variables (VSL), dont le comportement ressemble à celui d’un contrôleur idéal et qui peut également être appliqué en pratique aux grands réseaux routiers. Les VSL sont des limitations de vitesse qui changent en fonction de l’état des routes, de la circulation et des conditions météorologiques. Le contrôle de trafic dynamique utilise des mesures des conditions de circulation prises au fil du temps et calcule des signaux de contrôle dynamiques. L’objectif consiste à influencer le comportement des conducteurs et à générer une réponse de façon à améliorer les performances du réseau en réduisant les retards, les émissions et la consommation de carburant. Les VSL, la régulation des bretelles d’accès (RM) et les voies réversibles figurent parmi les exemples les plus couramment utilisés de mesures dynamiques de contrôle du trafic autoroutier. Ces mesures ont déjà été mises en œuvre avec succès dans des pays comme l’Allemagne, l’Espagne, la France et les Pays-Bas.

Des dispositifs de contrôle VSL pour rendre les autoroutes plus intelligentes

L’équipe du projet a proposé deux dispositifs de contrôle pour les VSL. Le premier est un algorithme de contrôle de limite de vitesse basé sur la logique destiné aux VSL en vue de réduire la congestion routière pendant les pics d’embouteillages. Le second est un algorithme de contrôle de flux de trafic (LB-TFC) basé sur la logique, capable de contrôler à la fois les VSL et les RM. Son comportement et ses performances peuvent être semblables à celles d’un contrôleur centralisé alors que ses calculs sont quasiment instantanés. Les partenaires du projet ont testé le comportement des deux dispositifs de contrôle sur un réseau virtuel et sur un tronçon de l’autoroute SE-30 à Séville, en Espagne. Les résultats montrent que les performances du contrôleur LB-TFC sont assez robustes, en particulier si on les compare à celles obtenues avec l’algorithme populaire TFC + PI-ALINEA, qui est le contrôleur intégré le plus connu pour les VSL et les RM. Les membres de l’équipe ETC-VSL ont également proposé deux autres dispositifs de contrôle. L’un d’entre eux contrôle correctement les VSL en cas d’encombrement récurrent en se basant sur une solution optimale calculée hors ligne, tandis que l’autre améliore les performances d’un contrôleur précédemment proposé pour les RM si l’encombrement est créé par un goulot d’étranglement éloigné. Par ailleurs, ils ont introduit un nouveau modèle macroscopique pour les VSL, capable de modéliser différentes capacités, densités critiques et niveaux de conformité pour les tronçons affectés par des limitations de vitesse. «ETC-VSL devrait renforcer les capacités des infrastructures routières existantes en améliorant leur efficacité opérationnelle et en réduisant les encombrements», conclut M. Domínguez Frejo. «Les futures mises en œuvre des contrôleurs sur de vraies autoroutes devraient permettre de réduire considérablement la congestion du trafic, une étape fondamentale afin de concrétiser la vision d’Horizon 2020 pour un transport intelligent, écologique et intégré.»

Mots‑clés

ETC-VSL, trafic, VSL, encombrement, autoroute, contrôle dynamique du trafic, RM, MPC

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