Contribution à l'utilisation des réseaux de Petri pour la modélisation et la régulation du trafic urbain et interurbain

Contribution to use the Petri nets for modelling and control of traffic urban and interurban

• Auteur / Autrice : Chérif Tolba
• Direction : Abdellah El Moudni
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et informatique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie - Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circulation urbaine

Utilisation

Petri, Réseaux de

Modèles mathématiques

Circulation

Résumé

La régulation du trafic routier constitue un défi majeur pour la communauté du transport. Malgré la mobilisation permanente et les avancées significatives dans ce domaine, force est de constater que les problèmes liés à la congestion du trafic demeurent importants. La plupart des outils de régulation mis en œuvre jusqu'à présent reposent sur l'estimation et la prévision à court terme des flux de trafic. En se basant sur le potentiel des réseaux de Petri, ce travail de thèse contribue à la régulation du trafic urbain et à l'intégration de deux modèles de représentation complémentaires du trafic interurbain : macroscopique et microscopique. Par un maillage du réseau de voiries, nous établissons, dans un premier temps, un modèle de trafic macroscopique basé sur le potentiel des réseaux de Petri continus à vitesses variables (RdPCV) dans lesquels les caractéristiques globales du trafic (débit, densité, vitesse) sont réinterprétées par les paramètres des RdPCV. Par une discrétisation spatiale adaptée du modèle RdPCV initial nous avons coexisté au sein d'une même représentation un modèle macroscopique et un modèle microscopique. Dans le but de mieux appréhender le comportement individuel des véhicules, nous avons représenté l'évolution du trafic par un réseau de Petri discret temporisé (RdPT). Dans cette nouvelle représentation, les grandeurs caractéristiques du mouvement des véhicules (position, vitesse, accélération) sont réinterprétées par les paramètres du modèle RdPT microscopique. Dans le but d'établir des méthodes de régulation adéquates aux fluctuations de la circulation dans les carrefours à feux, nous avons opté pour une modélisation par les réseaux de Petri hybrides (RdPH) dans lesquels les feux de signalisation sont modélisés par un RdPT et l'évolution des files d'attente par un RdPCV. Compte tenu de la non linéarité du modèle RdPCV, nous avons adopté une méthodologie de linéarisation par approche multi-modèles. Dans cette approche, la dynamique de la circulation est décrite par un ensemble de modèles linéaires activés séquentiellement et validés dans leurs domaines respectifs. A travers l'approche multi-modèles nous avons mis au point trois algorithmes de commande événementielles permettant d'assurer la synchronisation des feux de signalisation avec les fluctuations de la circulation. Ces algorithmes sont testés et comparés par rapport à des algorithmes de commandes usuelles (à cycle fixe et à intervalle véhicule).

The traffic control constitutes a major challenge for the transportation community. Although the significant progress in this area we observe that the traffic problems related to the congestion remain important. Most of the traffic control tools implemented until now are based on the estimate and the short-term forecast of traffic flow. The work of this thesis contributes to use the Petri nets for the urban traffic control and to the integration of two complementary models of interurban traffic: macroscopic and microscopic. Using a grid of a roadway network we established, initially, a macroscopic traffic model based on the potential of the continuous Petri nets with variable speeds (VCPN) in which the global characteristics of traffic flow (flow rate, density, velocity) are re-interpreted by the VCPN parameters. Using an adaptive spatial discretization of the initial VCPN model we have coexisted in the same representation a macroscopic model and a microscopic one. Aiming to apprehending the individual behaviour of the vehicles, we represented the traffic evolution by discrete timed Petri net (TPN). In this novel representation, the magnitudes characteristics of the vehicles movement (position, speed, acceleration) are re-interpreted by the TPN microscopic model. For the purpose of leading to the traffic control methods suitable with the fluctuations of traffic flow in the signal-controlled junctions, we choose the hybrid Petri nets (HPN) in which the traffic lights are modelled by a TPN and the queues evolution by a VCPN. Taking into account the nonlinearity of VCPN model, we took the multi-models approach as a linearization methodology. In the multi-models approach, the traffic flow evolution is described by a set of linear models sequentially activated and validated in their respective domains. The detection of validity domain limits (thresholds) of these linear models permits to evaluate the state of the traffic. The use of this knowledge is used in order to control the traffic lights. So, three control algorithms are developed. The resulting control algorithms are tested and compared with two other ones (fixed cycle time and interval vehicle algorithms).