Contrôle et gestion du trafic routier urbain par un réseau de capteurs sans fil

Un réseau complexe et critique

Le développement des infrastructures et des machines qui permettent notre déplacement, nos correspondances et notre approvisionnement a toujours été au cœur de nos préoccupations. Si l’une des premières routes aménagées de l’histoire fut construite il y a plus de 5 000 ans, l’un des premiers véhicules automobile, le fardier à vapeur, est lui bien plus récent. Il fut conçu par Joseph Cugnot (1725 – 1804) en 1770 et pouvait transporter une charge allant jusqu’à 5 tonnes. Il pouvait rouler à une vitesse maximale de 4 km/h, sur plus de quinze minutes. Les années passant, l’industrie automobile s’est développée au point de devenir ces dernières décennies un élément de société majeur. Le trafic routier – notamment urbain – est au cœur de nombreuses problématiques et est devenu un aspect essentiel de la vie quotidienne. Ce dernier s’est amplifié en l’espace de quelques années, engendrant de nombreux problèmes qui coûtent quotidiennement temps, argent, santé et qualité environnementale, que ce soit par l’intermédiaire des embouteillages, des accidents ou encore des infractions.

Contrôle et suivi des usagers à l’aide de systèmes de transport intelligents 

Une étude menée par IBM en juin 2011 montre une évolution de 8% à 28%, entre 2010 et 2011, du nombre de New-Yorkais pour qui les transports auraient grandement nui à leur travail ou études [IBM11]. D’une part, ceci pourrait nous laisser supposer que les automobilistes sont de plus en plus exigeants. D’autre part, ceci pourrait également nous indiquer que les flux de circulation sont plus importants, ou que l’effort pour les absorber n’est plus suffisant. Face à des chiffres qui impressionnent (p. ex., 94 heures sont perdues annuellement par automobiliste dans Bruxelles), il devient de plus en plus nécessaire de réagir rapidement à chaque situation de crise pouvant intervenir sur le réseau routier. Les ingénieurs l’ont bien compris, en développant des systèmes dits intelligents, qui sont devenus une nécessité ces dernières années.

Définition 1. Les systèmes de transport intelligents (STI) apparaissent comme étant l’application des nouvelles technologies de l’information et de la communication au domaine des transports [Weba]. Ces nouveaux systèmes, apparus progressivement depuis les années 1960, se basent essentiellement sur des technologies permettant de détecter ou de visionner le comportement du trafic et de ses usagers. Ils permettent de réagir plus rapidement – parfois en temps-réel – aux variations du trafic routier.

En milieu urbain, les systèmes de transport intelligents s’étendent à de nombreuses applications. Une manière de les catégoriser serait de les répartir dans les domaines d’application qui suivent [KTYR] : gestion et contrôle du trafic, péages et tarification routière, sécurité routière et application de la loi, transports publics, informations et guides aux conducteurs, gestion du fret et des flottes, et enfin sécurité du véhicule. Ces systèmes agissent également de manière plus ou moins directe sur des enjeux modernes tels que la pollution, en permettant de réduire l’émission de gaz à effet de serre (conséquence d’une régulation cohérente du trafic). Le but visé par de tels systèmes est d’optimiser au mieux les coûts globaux liés au trafic routier et d’améliorer l’expérience de l’utilisateur sur des réseaux souvent complexes.

En ville, les feux de circulation sont des éléments clés qui peuvent contrôler le trafic routier et influencer, par exemple, la formation ou la résorption d’embouteillages. Pour ces raisons, nous choisissons, dans cette thèse, de présenter des applications essentiellement liées à la fluidification du trafic, notamment par l’intermédiaire de ce type de contrôle.

Le cas particulier des feux de circulation

L’intérêt des feux de circulation en milieu urbain n’est plus à démontrer. En premier lieu, ils servent à la sécurité des utilisateurs, sur des carrefours (ou intersections dans la suite du document) subissant une charge suffisamment importante pour être considérée dangereuse. Sans ces systèmes, si plusieurs flux de véhicules importants venaient à se croiser sur un intersection, le comportement individualiste des utilisateurs rendrait la traversée des carrefours périlleuse et augmenterait le temps perdu. La mise en place de séquences temporisées permettant de régir le passage des véhicules a donc été une nécessité très tôt dans l’histoire de la circulation routière. Le premier feu de circulation aurait ainsi été installé à Londres le 10 décembre 1868, sous la forme d’une lanterne à gaz pivotante aux couleurs rouge et verte. Pour fonctionner, il était nécessaire qu’un agent de police soit présent pour la manœuvrer. En France, il aura fallut attendre 1920 pour que Léon Foenquinos (1889 – 1954) décrive les feux tricolores : « on installera, aux angles des croisements de rues, des poteaux ayant trois mètres de hauteur, sur lesquels seront fixés des signaux électriques lumineux et sonores (…) ». Aujourd’hui, et dans de nombreux pays, il est courant de voir des feux de circulation dont les ampoules sont remplacées par des diodes électrolu- minescentes et qui affichent le décompte des secondes restant avant un changement d’état.

L’application des nouvelles technologies de l’information et de la communication à ce type d’équipement représente une réelle opportunité. Les séquences habituellement utilisées ne sont pas toujours en adéquation avec la nature temps-réel du trafic routier. De plus, la présence de plusieurs feux de circulation successifs peut rapidement devenir inefficace si l’automobiliste doit s’y arrêter à chaque fois. Comme le montre [Mac+08], la gestion intelligente des feux de circulation est au cœur de nombreuses problématiques STI et est capable de fluidifier le trafic routier, en plus de servir indirectement l’environnement.