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HAL Id: tel-01501909 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01501909 Submitted on 4 Apr 2017 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Contribution à la modélisation et à la commande des feux de signalisation par réseaux de Petri hybrides Bassem Sammoud To cite this version: Bassem Sammoud. Contribution à la modélisation et à la commande des feux de signalisation par réseaux de Petri hybrides. Autre. Université de Technologie de Belfort-Montbeliard; Université de Tunis El Manar, 2015. Français. NNT : 2015BELF0262. tel-01501909 UNIVERSITE DE FRANCHE-COMTE UNIVERSITE DE TECHNOLOGIE DE BELFORT-MONTBELIARD UNIVERSITE DE TUNIS EL MANAR ECOLE NATIONALE D’INGENIEURS DE TUNIS THÈSE présentée par Bassem SAMMOUD pour l’obtention du grade de Docteur en Génie Électrique spécialité Automatique Doctorat délivré conjointement par l’Université de Franche-Comté, l’Université de Technologie Belfort-Montbéliard et l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis Contribution à la modélisation et à la commande des feux de signalisation par réseaux de Petri hybrides soutenue le 04 septembre 2015 devant le jury d’Examen, composé de : Mr Noureddine ELLOUZE Professeur ENIT, Tunisie Président Mr Pierre BORNE Professeur EC-Lille, France Rapporteur Mr Moncef GASMI Professeur INSAT, Tunisie Rapporteur Mr Abdellah El MOUDNI Professeur UTBM, France Directeur Mr Mohamed BENREJEB Professeur ENIT, Tunisie Directeur Mr Mahjoub DRIDI Maître de Conférences UTBM, France Co-Directeur Thèse préparée au sein du Laboratoire Systèmes et Transports de l’Université de Technologie de Belfort-Montbéliard et au Laboratoire de Recherche Automatique LARA de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis i Avant-propos Les travaux, que nous présentons dans ce mémoire, ont été effectués en collaboration entre le Laboratoire Systèmes et Transport (SET) de l’Université de Technologie de Belfort- Montbéliard (UTBM) et le Laboratoire LARA-Automatique de l’Ecole Nationale d’Ingénieurs de Tunis (ENIT). Nous sommes particulièrement sensible au grand honneur que Monsieur le Professeur Noureddine ELLOUZE nous a fait, en acceptant de présider notre Jury de Thèse. Qu’il trouve ici l’expression de notre profonde reconnaissance. C’est un agréable devoir pour nous d’exprimer notre très vive reconnaissance à Monsieur Abdellah EL MOUDNI, Professeur à l’UTBM et Directeur de l’Équipe Évaluation et Conduite de Systèmes (ECS) du (SET), à Monsieur Mohamed BENREJEB, Professeur à l’ENIT et Directeur du Laboratoire LARA-Automatique à l’ENIT et à Monsieur Mahjoub DRIDI, Maître de Conférences (HdR) à l’UTBM, pour nous avoir guidé et soutenu durant toute l’élaboration de ces travaux et pour les conseils éclairés qu’ils nous ont prodigués. Nous tenons à exprimer notre très vive reconnaissance à Monsieur Pierre BORNE, Professeur à l’Ecole Centrale de Lille (EC-Lille) et à Monsieur Moncef GASMI, Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées et de Technologie (INSAT), pour avoir bien voulu rapporter sur nos travaux de Thèse. Nous leur adressons nos sincères remerciements. Nous adressons, enfin, un grand merci à tous les chercheurs du Laboratoire SET de l’UTBM et du laboratoire LARA-Automatique de l’ENIT et toute autre personne qui, par leur soutien, par leur amicale présence et par leur sympathie, ont rendu ce travail agréable. Nous leur exprimons ici toute notre gratitude. ii A mes très chers parents A ma grand-mère A ma sœur et mon frère A toute ma famille A mes amis iii Table des matières Introduction générale ........................................................................................................ 1 Chapitre 1 .......................................................................................................................... 4 Analyse et caractérisation du trafic routier ....................................................................... 4 Introduction ....................................................................................................................... 5 1.1 Le trafic routier ........................................................................................................... 5 1.1.1 Les autoroutes ..................................................................................................... 7 1.1.2 Les intersections .................................................................................................. 7 1.2. Modélisation du trafic ................................................................................................ 8 1.2.1 Les différents types de modèles microscopiques ................................................ 9 1.2.1.1 Les modèles de poursuite ............................................................................ 9 1.2.1.2 Les modèles de particules .......................................................................... 12 1.2.2 Les caractéristiques des modèles macroscopiques ............................................ 12 1.2.2.1 Les variables du modèle macroscopique ................................................... 12 1.2.2.2 Modèles du premier ordre ......................................................................... 14 1.2.2.3 Modèles d’ordre supérieur ......................................................................... 16 1.3. La problématique urbaine ........................................................................................ 17 1.3.1 Position du problème......................................................................................... 17 1.3.2 Le recueil des données ...................................................................................... 18 1.3.2 Les causes des dysfonctionnements au carrefour.............................................. 18 1.3.2.1 Cas des dysfonctionnements externes ....................................................... 18 1.3.2.2 Cas des dysfonctionnements internes ........................................................ 19 1.4. Présentation du carrefour à feux étudié ................................................................... 19 1.4.1 Configuration du carrefour étudié ..................................................................... 19 iv 1.4.2 Caractéristiques du carrefour à feux étudié ....................................................... 20 1.4.3 Notion de conflit ............................................................................................... 22 1.4.4 Découpage en phases ........................................................................................ 23 1.4.5 Paramètres nécessaires au calcul de la durée des feux ...................................... 24 1.5. Les différentes stratégies de régulation via les feux de signalisation ...................... 25 1.5.1 Stratégie prédéterminée ou cyclique ................................................................. 26 1.5.2 Stratégie semi-adaptative ou acyclique ............................................................. 27 1.5.3 Stratégie adaptative ou temps réel..................................................................... 28 1.6. Gestion de feux de carrefours – Position du problème ............................................ 29 Conclusion ...................................................................................................................... 30 Chapitre 2 ........................................................................................................................ 31 Modélisation par réseaux de Petri hybrides proposée pour le trafic dans les intersections ........................................................................................................................................ 31 Introduction ..................................................................................................................... 32 2.1. Notions de base sur les réseaux de Petri (RdPs) ...................................................... 32 2.1.1 Choix des RdPs comme outil de modélisation .................................................. 33 2.1.2 Idée de base sur le choix des RdPs hybrides ..................................................... 34 2.1.2.1 Les RdPs Autonomes ................................................................................ 34 2.1.2.2 Les RdPs Temporisés ................................................................................ 36 2.1.2.3 RdPs Continus à Vitesses variables (RdPCV) .......................................... 37 2.1.2.4 Les RdPs Hybrides .................................................................................... 39 2.2. Modélisation du carrefour étudié ............................................................................. 40 2.2.1 Description d’une route ..................................................................................... 41 2.2.2. Modélisation d’une section de route et évolution d’un RdPCV ...................... 41 2.2.3 Modèle RdP hybride proposé pour un croisement simple de deux files ........... 46 2.2.4. Modèle RdP hybride proposé pour un carrefour global étudié ........................ 48 2.3. Approche de simplification de la modélisation d’un carrefour ............................... 52 Conclusion ...................................................................................................................... 57 v Chapitre 3 : ...................................................................................................................... 59 Heuristique et stratégie de contrôle proposée pour la régulation du trafic ..................... 59 Introduction ..................................................................................................................... 60 3.1. Performances souhaitées pour le trafic .................................................................... 61 3.1.1. Les données sur les véhicules .......................................................................... 61 3.1.2. Les critères à optimiser .................................................................................... 63 3.2. Détermination de la longueur de la file d’attente proposée pour la multiprogrammation à temps fixe ................................................................................... 63 3.2.1. Méthode et algorithme pour le calcul de la file d’attente................................. 63 3.2.1.1 Méthode ..................................................................................................... 63 3.2.1.2. Algorithme ................................................................................................ 65 3.2.2. Mise en œuvre de la méthode .......................................................................... 65 Remarque sur la multiprogrammation à temps fixe .............................................. 67 3.3. Méthodes de détermination du temps total d’évacuation ........................................ 68 3.3.1. Idée de base et analogie intersection-montre ................................................... 68 3.3.1.1. Idée de base .............................................................................................. 68 3.3.1.2 Analogie intersection-montre .................................................................... 69 3.3.2. Première heuristique proposée pour le calcul de la durée du feu vert pour les flux de tourner à gauche ................................................................................. 70 3.3.2.1. Méthode de calcul .................................................................................... 70 3.3.2.2. Mise en œuvre de la première heuristique proposée ................................ 71 3.3.3. Deuxième heuristique proposée pour le calcul de la durée du feu vert pour les flux importants ............................................................................................... 72 3.3.3.1. Méthode de calcul .................................................................................... 72 3.3.3.2. Mise en œuvre de la deuxième heuristique proposée ............................... 73 3.3.4. Résultats obtenus par les deux heuristiques proposées .................................... 73 3.4. Stratégies proposées pour la détermination des temps d’attente accumulés par les véhicules ......................................................................................................................... 79 vi 3.4.1. Stratégie de calcul des temps d’attente proposée par combinaison de cycles à phases variables .............................................................................................. 79 3.4.1.1. Modèle RdPH du carrefour étudié ............................................................ 82 3.4.1.2. Choix de base pour le calcul des temps d’attente ..................................... 86 3.4.2. Mise en œuvre des résultats ............................................................................. 88 3.4.2.1. Calcul des temps d’attente en utilisant la stratégie de combinaison à partir des durées des feux vert prédéfinies ........................................................ 88 3.4.2.2. Calcul des temps d’attente en utilisant la stratégie de combinaison de cycles à partir de l’heuristique proposée ................................................. 96 Conclusion .................................................................................................................... 102 Conclusion générale ...................................................................................................... 104 Bibliographie ................................................................................................................ 106 vii Liste des Figures Figure 1. 1. Intersection à quatre branches avec des voies différentes ............................. 8 Figure 1. 2. Caractéristique du trafic dans une section d’une route ................................ 15 Figure 1. 3. Diagramme fondamental ............................................................................. 16 Figure 1. 4. Configuration du carrefour étudié ............................................................... 20 Figure 1. 5. Zone fonctionnelle d’un carrefour simple de deux routes à sens unique .... 21 Figure 1. 6. Exemples de conflits dans un carrefour....................................................... 22 Figure 1. 7. Structure du carrefour à 4 phases ................................................................ 24 Figure 2. 1. Caractéristique d’une section de route générique ........................................ 41 Figure 2. 2. Modélisation d’une section de la route ........................................................ 42 Figure 2. 3. Gestion du trafic dans une section de route ................................................. 43 Figure 2. 4. Phases correspondant aux équations de marquage ...................................... 46 Figure 2. 5. Modèle RdPH d’un croisement de 2 flux. ................................................... 47 Figure 2. 6. Evolutions des flux relatifs aux voies 8 et 11 .............................................. 48 Figure 2. 7. Modèle RdPH global du carrefour étudié .................................................... 50 Figure 2. 8. Evolution du marquage mi au cours du temps ............................................ 55 Figure 2. 9. Evolution de la file d’attente (c) et du marquage (b) pour une phase de feu vert de 40 secondes en fonction des évolutions du débit (a) .......................................... 56 Figure 2. 10. Evolution de uploads/Science et Technologie/ these-sammoud-bassem-utbm 1 .pdf