Modélisation dynamique de l'écoulement du trafic routier : du macroscopique au microscopique
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
To satisfy road managers needs (in particular in terms of decision-making and evaluation of their actions of exploitation), many dynamic traffic flow models have been developed in order to represent propagation of vehicles on a road section. Those models describe traffic flow in a more or less aggregated way and are generally classified into two main groups: microscopic models, which are interested in the dynamics of individualized vehicles, and macroscopic models, more aggregated models which describe traffic as a fluid. One of the difficulties encountered in the study of those models is the great disparity of scales to be considered. The aim of this thesis is to look further into these scales problems (in particular by studying the link that exists between microscopic and macroscopic models) through the development of a hybrid model of traffic flow (a hybrid model is defined as the coupling between a microscopic model and a macroscopic model). The interest of a hybrid model is that it makes it possible to adapt the traffic flow model to the needs to model the various elements of a network. It is thus possible to describe some specific elements where the local phenomena of traffic flow can have global consequences with the microscopic model(toll station, on-ramp, roundabout. . . ) while preserving a global vision of the flow on the rest of the network with the macroscopic model. Although there are some models of this type in the literature, there is no global view of the problems related to hybridization. So it is very difficult to judge the relevance of existing models. This is why we propose in this thesis a general theoretical framework defining these models, in particular by determining the fundamental properties that a hybrid models must have to be valid. We then propose a new hybrid model based on a first order macroscopic model (the Lighthill-Whitham- Richards model). The characteristic of that model is that it makes it possible to take into account the diversity of vehicles behaviour in the microscopic part by introducing distributions on some parameters. The results provided by this model are then studied for three examples of application (one-way toll station, crossing between a major and a minor road, combination of two intersections) in which we show the interest of the coupling between microscopic and macroscopic models.
Abstract FR:
Pour répondre aux attentes des exploitants de réseaux routiers (notamment en termes d'aide à la décision et d'évaluation des actions d'exploitation), de nombreux modèles d'écoulement dynamique du trafic ont été développés afin de représenter la façon dont les véhicules se propagent sur un tronçon de route. Ces modèles décrivent l'écoulement de façon plus ou moins agrégée et sont généralement classés en deux grandes catégories de modèles : les modèles microscopiques, qui s'intéressent à la dynamique des véhicules individualisés, et les modèles macroscopiques, modèles plus globaux qui considèrent le trafic en mouvement comme un fluide. Une des difficultés rencontrées dans l'étude de ces modèles est la grande disparité des échelles considérées. L'objet de cette thèse est d'approfondir ces problèmes d'échelles (notamment en étudiant le lien qui existe entre les modèles microscopiques et macroscopiques) à travers le développement d'un modèle hybride d'écoulement du trafic routier (on définit un modèle hybride comme le couplage entre un modèle microscopique et un modèle macroscopique). L'intérêt d'un modèle hybride est qu'il permet d'adapter le modèle d'écoulement aux besoins de modélisation des différents éléments du réseau. Il est ainsi possible de décrire avec le modèle microscopique certains éléments spécifiques où les phénomènes locaux de l'écoulement peuvent avoir des conséquences au niveau global (gare de péage, entrecroisement autoroutier, carrefour giratoire, ) tout en conservant une vision globale de l'écoulement sur le reste du réseau avec le modèle macroscopique. Bien qu'il existe quelques modèles de ce type dans la littérature, il n'existe aucune vision globale des problèmes liés à l'hybridation. De ce fait, il est très difficile de savoir sur quelle base juger la pertinence des modèles proposés. C'est la raison pour laquelle nous proposons dans cette thèse un cadre théorique général définissant ces modèles, notamment en déterminant les propriétés fondamentales que doivent posséder les modèles hybrides pour être valides. Nous proposons alors un nouveau modèle hybride fondé sur un modèle macroscopique du premier ordre (le modèle Lighthill-Whitham-Richards). La particularité du modèle proposé est qu'il permet de prendre en compte la diversité de comportement des véhicules dans la partie microscopique en introduisant des distributions sur certains paramètres. Les résultats fournis par ce modèle sont alors étudiés pour trois exemples d'application (gare de péage à une voie, intersection entre une voie prioritaire et une voie secondaire et combinaison de deux intersections) dans lesquels nous montrons l'intérêt du couplage entre modèles microscopiques et macroscopiques.