Contribution à la modélisation et à la régulation du trafic aux intersections : intégration des communications Vehicule-Infrastructure

Contribution of modelling and traffic control at intersections : Integration with the communication Vehicles-Infrastructure

• Auteur / Autrice : Fei Yan
• Direction : Abdellah El Moudni, Mahjoub Dridi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 14/03/2012
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Systèmes et Transports
• Jury : Président / Présidente : Mohamed Benrejeb
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Abdellah El Moudni, Mahjoub Dridi, Mohamed Benrejeb, Pierre Borne, Christian Prins, Said Mammar, Qingxin Zhu, Abdel Jalil Abbas-Turki
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pierre Borne, Christian Prins, Said Mammar

Mots clés

Mots clés contrôlés

Programmation dynamique

Mots clés libres

Intégration Véhicule-Infrastructure

Vehicule autonome

NP-difficile

Séparation et évaluation progressive

Programmation dynamique

Algorithme Génétique

Vehicle-Infrastucture Integration

Autonomous vehicles

NP-hard

Branch and Bound

Dynamic Programming

Genetic Algorithm

Résumé

Dans ce mémoire de thèse, nous avons étudié le problème de régulation du trafic en considérant les nouvelles technologies dans le cadre des Systèmes de Transport Intelligent (STI). Une nouvelle stratégie de contrôle est introduite afin d’exploiter le potentiel des infrastructures de la circulation à un niveau maximum. Plus précisément, basée sur la technologie VII « Intégration Véhicule-Infrastructure », l'infrastructure routière aux carrefours (considérée aussi comme contrôleur) peut communiquer avec les véhicules autonomes qui arrivent à un carrefour de manière continue. Les données importantes sur les véhicules telles que la vitesse, la position et la destination sont alors reçues par des capteurs avancés et envoyées au contrôleur en temps réel. Par conséquent, il est possible d'élaborer une stratégie de contrôle du trafic en considérant chaque véhicule comme une entité indépendante. En d'autres termes, le droit de passage est attribué à chaque véhicule en fonction de son état et en fonction de l'état global du trafic au carrefour. Seuls les véhicules qui ont reçu le droit de passage peuvent traverser le carrefour. Le contrôle du trafic au niveau d’un carrefour vise donc à déterminer les séquences de passage des véhicules, c’est-à-dire les séquences de distribution des droits de passage.Cependant, la plus grande difficulté pour appliquer cette nouvelle stratégie est la contradiction entre l'optimisation des séquences de passages des véhicules et la complexité temporelle. Pour résoudre cette contradiction, nous avons d’abord formulé mathématiquement la problématique de régulation et nous avons ensuite étudié sa complexité. Nous avons prouvé dans un premier temps que le problème de régulation du trafic formulé à l’intersection isolée est NP-hard sous certaines conditions (nombre arbitraire de groupes de flux compatibles GFC,…) et ceci en se basant sur la réduction au problème de 3-Partition. Dans un deuxième temps, nous avons appliqué les méthodes de résolutions exactes sur un carrefour isolé pour proposer des algorithmes exacts (Branch and Bound et Programmation dynamique) permettant de trouver une séquence de passage optimale. Plusieurs propriétés du problème ont été introduites et prouvées et ceci afin qu’elles soient exploitées par ces algorithmes. Ces propriétés ont pour objectif de réduire considérablement l’espace de recherche et par conséquent le temps d’exécution de ces algorithmes exacts.Par ailleurs, nous n’avons pas limité nos recherches sur des carrefours isolées mais nous avons appliqué l’approche de contrôle proposée sur un réseau de carrefours tout en considérant un seul contrôleur. Cependant, un algorithme exact appliqué sur plusieurs carrefours ne peut pas être assez rapide surtout lorsqu’on a besoin de communiquer presque instantanément des informations aux véhicules (en temps réel). Nous avons proposé donc des méthodes de résolutions approchées afin de trouver en un temps raisonnable une séquence de passage satisfaisante pour chaque carrefour. Ces algorithmes (Algorithmes génétiques) ont en effet, besoin de moins de temps de calcul tout en assurant une bonne qualité de solution.Enfin, nous illustrons la mise en œuvre des déférentes approches proposées à travers des résultats de simulation afin d’évaluer leurs performances.

In this thesis, we studied the problem of traffic control by considering the new technologies as part of Intelligent Transport Systems (ITS). A new control strategy is introduced to exploit the potential of infrastructure traffic at a maximum level. Specifically, based Technology VII ''Vehicle-Infrastructure Integration'', the road infrastructure at intersections (considered also as a controller) can communicate with autonomous vehicles that arrive at a crossroads on a continuous basis. Important data such as vehicle speed, position and destination are then received by advanced sensors and sent to the controller in real time. Therefore, it is possible to develop a strategy for traffic control by treating each vehicle as an independent entity. In other words, the right of way is assigned to each vehicle based on its status and function of the overall state of traffic at the intersection. Only vehicles that have received the right of way may cross the junction. Traffic control at an intersection is therefore to determine the sequence of passage of vehicles, that is to say the sequences distribution rights passage.Cependant, the greatest difficulty to implement this new strategy is the contradiction between the optimization of sequences of passes of vehicles and time complexity. To resolve this contradiction, we first mathematically formulated the problem of regulation and we then studied its complexity. We proved initially that the problem of traffic control at the intersection isolated formulated is NP-hard under certain conditions (arbitrary number of groups CFA compliant streams, ...) and this is based on reducing the problem of 3-Partition. In a second step, we applied the methods of accurate resolutions on an isolated intersection to propose exact algorithms (Branch and Bound and Dynamic Programming) for finding an optimal sequence of passage. Several properties of the problem have been introduced and this proved and so they are exploited by these algorithms. These properties are intended to significantly reduce the search space and consequently the execution time of these algorithms exacts.Par Moreover, we have not limited our research on isolated intersections but we applied the approach control proposed a network of nodes while considering a single controller. However, an exact algorithm applied to several intersections can not be fast enough especially when you need to communicate information almost instantaneously to vehicles (real time). So we proposed methods to find approximate resolutions in a reasonable time a sequence of way satisfactory to each intersection. These algorithms (Genetic Algorithms) have indeed require less computation time while maintaining a good quality of solution.Enfin, we illustrate the implementation of deferential proposed approaches through simulation results to evaluate their performance .