Contrôle des feux de circulation distribué sur plusieurs intersections

Au chapitre précédent, nous avons proposé une méthode qui permet de déployer des capteurs sur une large zone urbaine. Dans ce chapitre, nous nous intéressons aux applications qu’il est possible d’exécuter par dessus ce type de réseau. Si les systèmes de gestion sont nombreux, à commencer par ceux s’occupant du stationnement, nous nous tournons plutôt du côté de la gestion des feux de circulation, dont les enjeux – introduits notamment au chapitre 2 – sont cruciaux.Outre les temps de déplacement, la perte de temps dans la circulation augmente la pollution et le bruit, ce qui en fait un élément clé en zone urbaine. De plus, les embouteillages ont tendance à s’étendre depuis leur point de formation. Une gestion adaptative des feux de circulation, à l’aide d’un système distribué tel que nous venons de le décrire, pourrait empêcher cette expansion et aider à résorber ou à alléger une telle situation plus rapidement.Ce chapitre présente et évalue TAPIOCA (distribuTed and AdaPtive Intersec- tiOns Control Algorithm). Cet algorithme utilise un réseau distribué (p. ex., un ré- seau de capteurs sans fil) afin d’obtenir les données de répartition des véhicules et de calculer et appliquer une politique de gestion des feux de circulation.

La section 4. 1 présente les algorithmes de gestion des feux s’appliquant surles déploiements décrits au chapitre précédent. Nous présentons une architecture hiérarchique possible au niveau d’une intersection en section 4. 2. Nous détaillons ensuite, en section 4. 3, un premier algorithme de gestion des feux de circulation fonctionnant sur une intersection isolée. Cet algorithme sélectionne dynamiquement les mouvements et les temps de feux vert afin de réduire le temps moyen d’attente des automobilistes sans engendrer de famine. Dans la section 4. 4, nous présentons une généralisation de cet algorithme qui permet aux intersections proches de collaborer et de se synchroniser afin de créer des vagues vertes. L’algorithme général, TAPIOCA, est présenté dans la section 4. 5. Les résultats de simulation sont obtenus avec lesimulateur SUMO et sont présentés en section 4. 6. Ils comparent le temps moyen d’attente et les tailles des files d’attente générées par TAPIOCA, en comparaison aux algorithmes et méthodes similaires de l’état de l’art.L’utilisation de la théorie des files d’attente est une approche venant en tête na- turellement lorsqu’il s’agit de modéliser les files d’attente présentes aux intersections (section 2. 1. 2). Les auteurs de [ANR11] abordent par exemple son utilisation, qui permet d’obtenir – à partir des données recueillies des capteurs – la taille moyenne d’une file sur une voie. Le temps de feu vert est calculé par rapport à la taille de ces files, de manière à obtenir le temps nécessaire à les traiter.

En se basant sur un déploiement de deux capteurs par voie (section 3. 2), Yousef et al. [YAKS10] définissent un mécanisme de gestion des feux à une simple intersec- tion en modélisant chaque mouvement comme une file d’attente M/M/1. En utilisant une matrice qui définit les mouvements en conflits, ils proposent un algorithme qui sélectionne les combinaisons de mouvements compatibles qui possèdent le plus grand nombre de véhicules sur leurs files. Ils calculent ensuite le temps de feu vert propor- tionnellement au nombre total de véhicules. Leur algorithme élabore ainsi un plan de feu dynamique cycle après cycle avec un nombre de phases qu’ils fixent à quatre au maximum. Ils étendent ensuite leur travail à un réseau maillé d’intersections en sélectionnant tout d’abord, lorsqu’une phase débute, les mouvements qui reçoivent le plus de véhicules en provenance d’intersections proches. Leur méthode prend en compte le temps nécessaire pour aller d’une intersection à une autre, en incluant les arrêts et les ralentissements.Après avoir abordé un modèle distribué où les capteurs communiquent avec un contrôleur dans [TSS07], Tubaishat et al. proposent dans [TQSS08] une gestion des feux plus aboutie. Leur solution consiste à se baser sur un système de gain, qui correspond pour une voie au nombre de voitures entre les deux capteurs. Ainsi, chaque phase possible est évaluée par la somme des gains de ses mouvements. La phase qui est la plus chargée est donc sélectionnée en premier, jusqu’à ce que son nombre de véhicules passe en dessous d’une autre ou que le temps de feu maximum soit dépassé.