Modélisation et optimisation de la maintenance des infrastructures routières pour le véhicule autonome

Modelization and optimization of the road infrastructure maintenance for the autonomous vehicule

• Auteur / Autrice : Ikram Najeh
• Direction : Laurent Bouillaut
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Automatique
• Date : Soutenance le 17/11/2022
• Etablissement(s) : Université Gustave Eiffel
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (Champs-sur-Marne, Seine-et-Marne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Génie des Réseaux de Transport Terrestre et Informatique Avancé (Noisy-le-grand, Seine-Saint-Denis) - Laboratoire Génie des Réseaux de Transport Terrestre et Informatique Avancé (Noisy-le-grand, Seine-Saint-Denis)
• Jury : Président / Présidente : Zohra Cherfi-Boulanger
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Bouillaut, Bruno Castanier, Benoît Iung, Dimitri Daucher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bruno Castanier, Benoît Iung

Mots clés

Mots clés contrôlés

Routes -- Conception et construction

Véhicules automobiles -- Capteurs

Entretien et réparations

Réseaux routiers intelligents

Marquage de chaussées

Mots clés libres

Maintenance préventive

Marquage au sol

Fissure longitudinale

Fissure transversale

Regroupement de maintenance

Prventive maintenance

Road marking

Longitudinal cracks

Transversale cracks

Regrouping maintenance

Résumé

L’automatisation de la conduite est souvent présentée comme une potentielle solution économique et sociale pour rendre le transport plus efficace, responsable et respectueux de l’environnement. Pour pouvoir accueillir le véhicule autonome sur les infrastructures routières existantes, il faut que celles-ci respectent des critères de qualité bien particulières pour assurer tout autant la sécurité et la fiabilité de ces systèmes, de leurs usagers ainsi que de leur environnement (humain ou non).L’effacement des marquages routiers, l’apparition de fissures longitudinales et transversales sont autant de phénomènes incompatibles avec le fonctionnement de ce genre de véhicule. Pour assurer une bonne évolution de la conduite autonome, il faut donc que l’infrastructure routière sur laquelle on souhaite les faire circuler soit maintenue d’une manière efficace et optimale. Le but de ces travaux de thèse est donc de proposer une stratégie de maintenance préventive de l’infrastructure routière en considérant cette dernière comme un ensemble de zones stratégiques de maintenance. L’infrastructure est alors découpée en sections homogènes (c’est-à-dire caractérisées par une même dynamique de dégradation),constituées par plusieurs composants à maintenir. Généralement, on identifie 4 composants : la chaussée et les 3 lignes de marquage (bande d’arrêt d’urgence, lignes axiale et centrale).Pour répondre aux besoins de positionnement, d’adhérence, de cinématique, etc., du véhicule autonome, le niveau de rétro réflexion des marquages et l’état de la chaussée doivent respecter des seuils minimaux. Dans notre étude, l’état d’une section de route est représenté par l’état de ses composants et est considéré en état limite de service si un des composants l’est. L’infrastructure routière peut donc être vue ici comme un système multi-composant en série.Dans un premier temps, les sections de route sont groupées suivant leur modèle de dégradation. Cette étape identifie donc les zones de stratégiques de maintenance. Elle est basée sur une Classification Ascendante Hiérarchique (CAH). Chaque cluster est traité individuellement et est considéré comme un sous-système de l'infrastructure routière.Dans un deuxième temps, un plan de maintenance individuel est proposé pour chaque cluster. Il a pour but de déterminer un pas de remplacement optimal pour chacun en tenant en compte des contraintes de budget et de fiabilité avec une maintenance systématique par rapport à l'âge. Dans u troisième temps, un plan de regroupement statique des actions de maintenance est proposé. Il a pour but de déterminer des dates de maintenance optimales où plusieurs occurrences de maintenance sont simultanément effectuées. Cette stratégie prend en considération les différentes interactions entre les composants de l'infrastructure routière. Elle a pour avantage aussi d'augmenter le niveau de la fiabilité du système, mais aussi de minimiser le coût alloué à la maintenance préventive. Finalement, pour tenir compte des différents changements dynamiques qu'un système peut subir durant l'horizon de planification, un plan de regroupement dynamique des actions de maintenance est proposé. Il vient affiner la solution optimale donnée par le regroupement statique en le mettant à jour en fonction des informations obtenues à court terme

Vehicle automatization is an important economic, social and technologic issue. It is proposed as a solution to make the transport safer, more efficient, more comfortable and more respectful. The autonomous vehicles contain cameras and lidars able to detect road marking, obstacle and other vehicles. They rely on a series of sensors that help the cars understanding the environment in which they are traveling in real time. Thus, the autonomous vehicles must interact with the road infrastructure to drive around without any human interactions in all circumstances and with a high automatization level. The erasure of the road marking, the appearance of longitudinal and transverse cracks are incompatible phenomena with the operation of autonomous vehicles. Those infrastructure failures are responsible for the errors to calculate the distance between objects, vehicles stability and users' comfort. As the automatization level increases, the expectations of the autonomous vehicles opposite the road infrastructure are becoming stronger. So that, to insure a good evolution of this kind of vehicles, the infrastructure and the vehicles must cooperate, each providing a certain level of service. Thus, an eficient infrastructure maintenance should be considered. To insure a good success of the vehicle automatization, we propose a grouped maintenance strategy that combine the both maintenance strategies (road markings and pavement) . We consider the road section as a multi components system. Each component has its own maintenance strategy. The main aim is to propose an optimal time where maintenance actions car be performed simultaneously. First, the sections are grouped according to their degradation pattern. This step identifies the strategic maintenance areas. It is based on a Hierarchical Ascending Classification (HAC). Each cluster is treated individually and is considered as a subsystem of the road infrastructure.Second, an individual maintenance plan is proposed for each cluster. Its purpose is to determine an optimal replacement step for each cluster, taking into account budget and reliability constraints with systematic maintenance according to age. Third, a static grouping plan of maintenance actions is proposed. It aims to determine optimal maintenance dates where several maintenance occurrences are simultaneously performed. This strategy takes into consideration the different interactions between the components of the road infrastructure. It also has the advantage of increasing the level of reliability of the system, but also of minimizing the cost allocated to preventive maintenance.Finally, in order to take into account the different dynamic changes that a system may undergo during the planning horizon, a dynamic grouping plan of maintenance actions is proposed. It refines the optimal solution given by the static grouping by updating it according to the information obtained in the short term