Recherche Avancée

Thèse soutenue

Apprentissage continu et prédiction coopérative basés sur les systèmes de multi-agents adaptatifs appliqués à la prévision de la dynamique du trafic

FR  |  
EN
Auteur / Autrice : Ha Nhi Ngo
Direction : Marie-Pierre Gleizes, Elsy Kaddoum
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Informatique et Télécommunications
Date : Soutenance le 28/02/2024
Etablissement(s) : Université de Toulouse (2023-....)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques, informatique et télécommunications (Toulouse)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche en Informatique de Toulouse (1995-....)
Jury : Président / Présidente : Flavien Balbo
Examinateurs / Examinatrices : Wilco Burghout
Rapporteurs / Rapporteuses : Flavien Balbo, Ann Nowé

Résumé

FR  |  
EN

Le développement rapide des technologies matérielles, logicielles et de communication des systèmes de transport ont apporté des opportunités prometteuses et aussi des défis importants pour la société humaine. Parallèlement à l'amélioration de la qualité des transports, l'augmentation du nombre de véhicules a entraîné de fréquents embouteillages, en particulier dans les grandes villes aux heures de pointe. Les embouteillages ont de nombreuses conséquences sur le coût économique, l'environnement, la santé mentale des conducteurs et la sécurité routière. Il est donc important de prévoir la dynamique du trafic et d'anticiper l'apparition des embouteillages, afin de prévenir et d'atténuer les situations de trafic perturbées, ainsi que les collisions dangereuses à la fin de la queue d'un embouteillage. De nos jours, les technologies innovatives des systèmes de transport intelligents ont apporté des ensembles de données diverses et à grande échelle sur le trafic qui sont continuellement collectées et transférées entre les dispositifs sous forme de flux de données en temps réel. Par conséquent, de nombreux services de systèmes de transport intelligents ont été développés basé sur l'analyse de données massives, y compris la prévision du trafic. Cependant, le trafic contient de nombreux facteurs variés et imprévisibles qui rendent la modélisation, l'analyse et l'apprentissage de l'évolution historique du trafic difficiles. Le système que nous proposons vise donc à remplir les cinq composantes suivantes d'un système de prévision du trafic : textbf{analyse temporelle, analyse spatiale, interprétabilité, analyse de flux et adaptabilité à plusieurs échelles de données} pour capturer les patterns historiques de trafic à partir des flux de données, fournir une explication explicite de la causalité entrée-sortie et permettre différentes applications avec divers scénarios. Pour atteindre les objectifs mentionnés, nous proposons un modèle d'agent basé sur le clustering dynamique et la théorie des systèmes multi-agents adaptatifs afin de fournir des mécanismes d'apprentissage continu et de prédiction coopérative. Le modèle d'agent proposé comprend deux processus interdépendants fonctionnant en parallèle : textbf{apprentissage local continu} et textbf{prédiction coopérative}. Le processus d'apprentissage vise à détecter, au niveau de l'agent, différents états représentatifs à partir des flux de données reçus. Basé sur le clustering dynamique, ce processus permet la mise à jour continue de la base de données d'apprentissage en s'adaptant aux nouvelles données. Simultanément, le processus de prédiction exploite la base de données apprise, dans le but d'estimer les futurs états potentiels pouvant être observés. Ce processus prend en compte l'analyse de la dépendance spatiale en intégrant la coopération entre les agents et leur voisinage. Les interactions entre les agents sont conçues sur la base de la théorie AMAS avec un ensemble de mécanismes d'auto-adaptation comprenant textbf{l'auto-organisation}, textbf{l'autocorrection} et textbf{l'auto-évolution}, permettant au système d'éviter les perturbations, de gérer la qualité de la prédiction et de prendre en compte les nouvelles informations apprises dans le calcul de la prédiction. Les expériences menées dans le contexte de la prévision de la dynamique du trafic évaluent le système sur des ensembles de données générées et réelles à différentes échelles et dans différents scénarios. Les résultats obtenus ont montré la meilleure performance de notre proposition par rapport aux méthodes existantes lorsque les données de trafic expriment de fortes variations. En outre, les mêmes conclusions retirées de différents cas d'étude renforcent la capacité du système à s'adapter à des applications multi-échelles.