Dissertationen zum Thema „Affectation du trafic“

Nous nous intéressons à la modélisation de l'affectation du trafic routier, c'est à dire, à la façon dont les flux de véhicules se répartissent à l'intérieur d'un réseau de routes, en particulier lorsqu'une information est diffusée aux usagers, par exemple grâce à un panneau à messages variables. Le réseau est décrit à l'aide de points de choix où les flux de véhicules peuvent se séparer pour emprunter différentes options, en fonction du coût prévu de chacune de ces options. Ce coût prévu est modélisé à l'aide d'un nombre flou qui permet de représenter l'imprécision et l'incertitude qui résident dans la prévision en situation dynamique. La diffusion d'une information routière modifie justement ce coût prévu, en rendant, par exemple, plus précise une estimation, ou plus certaine l'occurrence d'un événement. Nous proposons 2 types de modèles de répartition des flux entre les options basées sur les 2 approches classiques rencontrées dans les modèles d'affectation (modèles stochastiques et équilibre de Wardrop). Ils permettent de retrouver les résultats de ces modèles lorsque la situation n'est pas dynamique mais certaine et précise. Les solutions proposées sont encore loin d'être opérationnelles, mais nous fournissons un nouveau formalisme intéressant qui permet d'introduire dans la modélisation de l'affectation l'incertitude liée à l'aspect dynamique du problème et de modéliser l'influence de l'information routière
We are interested in traffic assignment modeling (that is describing the way trafic spreads over a road network) especially when traffic information is given to drivers, for example using variable message signs. Network is described with some choice-nodes where trafic streams can split between different options, regarding the predicted cost of each option. This predicted cost is modeled with a fuzzy number, representing both vagueness and uncertainty due to the dynamic aspect of the problem. . . [etc. ]

Le problème de l'affectation du trafic consiste à déterminer les itinéraires empruntés par les usagers d'une infrastructure de transport. Ce problème a fait l'objet de nombreuses études, en particulier dans le contexte de l'analyse des scénarios de développement des infrastructures routières et des stratégies tarifaires. Sa formulation repose principalement sur le principe de l'équilibre de Wardrop, où les itinéraires sont définis de manière que les utilisateurs n'aient aucun intérêt à modifier leurs trajets. En l'absence d'une politique tarifaire, cet équilibre garantit l'équité des temps de trajet entre chaque paire origine-destination. Cependant, il entraîne un coût social car l’équité ne garantit pas une utilisation optimale du réseau.L'évolution des systèmes de transport intelligents, ainsi que l'avènement des véhicules autonomes et connectés, présentent de nouveaux défis pour les approches actuelles de résolution du problème d'affectation du trafic. Ces approches reposent sur plusieurs itérations de simulation pour estimer les temps de trajet et ajuster les itinéraires en suivant la descente du gradient. Cependant, ces méthodes présentent deux limitations majeures. D'une part, elles ne permettent pas de générer en temps réel des itinéraires équilibrés. D'autre part, elles ne tiennent pas compte de la capacité des véhicules autonomes et connectés à acquérir des informations précises sur les conditions de circulation. Les travaux de cette thèse visent à aborder ces deux limites des approches actuelles. L'objectif est de définir les interactions entre les divers systèmes intelligents du trafic, afin de développer une approche capable de tirer parti des informations pertinentes pour générer en temps réel des itinéraires à la fois équitables et efficaces. Pour atteindre cet objectif, il est essentiel d'utiliser la modélisation et la simulation du trafic à base d’agents.Les premiers systèmes multi-agents proposés de cette thèse sont inspirés des différentes hypothèses d'affectation du trafic de la littérature. Toutefois, les résultats obtenus ont montré quelques lacunes. Il est apparu que la connaissance précise des temps de trajet dépend principalement de la gestion des conflits aux nœuds du réseau. En conséquence, cette thèse propose une nouvelle approche basée sur la réservation multi-agent des intersections. Cette approche permet d’affecter dynamiquement la demande des véhicules autonomes et connectés. Les résultats montrent qu'il est possible de garantir l'équité des trajets fournis en temps-réel tout en améliorant significativement l’efficacité du trafic
The problem of traffic assignment consists of determining the routes taken by users of a transportation infrastructure. This problem has been the subject of numerous studies, particularly in the context of analyzing scenarios for the development of road infrastructure and pricing strategies. Its formulation is primarily based on the principle of Wardrop equilibrium, where routes are defined in such a way that users have no incentive to change their paths. In the absence of pricing policies, this equilibrium ensures fairness in travel times between each origin-destination pair. However, it results in a social cost because fairness does not necessarily allow for optimal use of the network.The evolution of intelligent transportation systems, as well as the emergence of connected and autonomous vehicles, present new challenges to current approaches for solving the traffic assignment problem. These approaches rely on several simulation iterations to estimate travel times and adjust vehicle routes following gradient descent. However, these methods have two major limitations. Firstly, they do not enable real-time generation of balanced routes. Secondly, they do not take into account the ability of connected and autonomous vehicles to acquire precise information about traffic conditions. The work of this thesis aims to address these two limitations of current approaches. The goal is to define the interactions between various intelligent transportation systems, capable of leveraging relevant information to generate real-time routes that are both equitable and efficient. To achieve this objective, the thesis uses agent-based traffic modeling and simulation.The initial multi-agent systems proposed in this thesis draw inspiration from various traffic assignment assumptions in the literature. However, the results obtained revealed some shortcomings. Simulations show that the precise knowledge of travel times primarily depends on managing conflicts at network nodes. As a result, this thesis proposes a new approach based on multi-agent reservation of intersections. This approach dynamically assigns itineraries for autonomous and connected vehicles. The results show that it is possible to compute fair routes in real-time while significantly improving traffic efficiency

Mes travaux de recherche ont pour sujet unificateur : les déplacements et les réseaux de transport ; et ils ont été traités par une approche unique, la modélisation physico-économique à caractère mathématique et algorithmique.
Une telle modélisation comporte quatre aspects : un contenu sémantique, à caractère physique ou économique ; une formulation mathématique ; un solveur technique ; un aspect empirique (métrologie, statistique, économétrie).
Les disciplines mises en œuvre sont variées : théorie des réseaux, optimisation, informatique algorithmique, probabilités et statistiques, et aussi économie, socio-économie et physique du trafic. Mes contributions théoriques concernent la théorie des réseaux, l'économie du transport et la physique du trafic.
Mes travaux se répartissent en quatre thèmes :
A. La mesure et la modélisation du trafic. Au niveau local d'une route, j'ai analysé la relation entre flux et vitesse en mettant en cohérence l'analyse désagrégée, probabiliste au niveau du mobile individuel ; et l'analyse macroscopique en termes de flux et de distribution statistique des temps.
B. La modélisation des réseaux et des cheminements. L'équilibre entre offre de transport et demande de déplacement conjugue une dimension spatiale - topologique, une dimension temporelle, et une dimension comportementale - économique. Les enjeux de modélisation concernent : la représentation de l'offre et la demande ; la formulation et les propriétés d'existence – unicité – stabilité ; les algorithmes. Je me suis intéressé à la diversité des comportements ; et à la modélisation fine de l'offre et à la dimension temporelle.
C. L'analyse socio-économique des déplacements. Je me suis intéressé à l'usage de divers moyens de transport et à la prospection de leur clientèle potentielle ; au choix d'horaire de déplacement ; aux caractéristiques à la fois économiques et dynamiques de la congestion.
D. La distribution spatiale des déplacements et des activités. Je me suis intéressé d'une part à l'observation des flux par relation origine-destination (O-D) et à l'inférence statistique des matrices O-D ; et d'autre part, à la justification microéconomique des déplacements en raison de la localisation et de l'utilité des activités.

Cette thèse porte sur les modèles d'affectation dynamique du trafic et l'équilibre offre-demande du trafic, afin d'en évaluer la capacité opérationnelle et d'en développer certains aspects. L'analyse porte essentiellement sur le modèle LADTA de Leurent (2003), dont les hypothèses physiques et économiques sont proches de l'affectation statique tout en ajoutant la dimension chronologique et un traitement par file d'attente de la congestion sur les arcs du réseau de transport. Nous reprenons la formulation analytique de ce modèle dans une expression abstraite qui est générique pour l'affectation dynamique, ce qui nous permet d'élaborer des approches algorithmiques variées en termes de formulation mathématique et de variables endogènes basiques. Nous discutons des algorithmes d'équilibrage et proposons un algorithme hybride qui traite conjointement des volumes et des temps par arcs. Nous donnons une analyse formalisée du mesurage de convergence, et nous élaborons des critères de convergence rigoureux et parcimonieux. Le modèle dans une version simplifiée, les algorithmes d'équilibrage et les critères de convergence ont été programmés dans un prototype, et expérimentés sur des cas d'école, afin d'établir le comportement des algorithmes et des critères, et de procéder à des réglages pour certains paramètres.

Le trafic aérien en Europe représente environ 30 000 vols quotidiens actuellement. Selon les prévisions de l’organisme Eurocontrol, ce trafic devrait croître de 70% d’ici l’année 2020 pour atteindre 50 000 vols quotidiens. L’espace aérien, découpé en zones géographiques appelées secteurs de contrôle, atteindra bientôt son niveau de saturation vis-à-vis des méthodes actuelles de planification et de contrôle. Afin d’augmenter la quantité de trafic que peut absorber le système, il est nécessaire de diminuer la charge de travail des contrôleurs aériens en les aidant dans leur tâche de séparation des avions. En se fondant sur les demandes de plans de vol des compagnies aériennes, nous proposons une méthode de planification des trajectoires en 4D permettant de présenter au contrôleur un trafic dont la plupart des conflits auront été évités en avance. Cette planification s’établit en deux étapes successives, ayant chacune un unique degré de liberté : une allocation de niveaux de vol permettant la résolution des conflits en croisière puis une allocation d’heures de décollage permettant de résoudre les conflits restants. Nous présentons des modèles pour ces deux problèmes d’optimisation fortement combinatoires, que nous résolvons en utilisant la programmation par contraintes ou les algorithmes évolutionnaires, ainsi que des techniques permettant de prendre en compte des incertitudes sur les heures de décollage ou le suivi de trajectoire. Les simulations conduites sur l’espace aérien français mènent à des situations où tous les conflits sont évités, avec des retards alloués de l’ordre d’une minute en moyenne (80 à90 minutes pour le vol le plus retardé) et un écart par rapport à l’altitude optimale limité à un niveau de vol pour la quasi totalité des vols. La prise en compte d’incertitudes de manière statique dégrade fortement ces solutions peu robustes, mais nous proposons un modèle dynamique utilisant une fenêtre glissante susceptible de prendre en compte des incertitudes de quelques minutes avec un impact réduit sur le coût de l’allocation
Air traffic in Europe represents about 30,000 flights each day and forecasts from Eurocontrol predict a growth of 70% by 2020 (50,000 flights per day). The airspace, made up of numerous control sectors, will soon be saturated given the current planification and control methods. In order to make the system able to cope with the predicted traffic growth, the air traffic controllers workload has to be reduced by automated systems that help them handle the aircraft separation task. Based on the traffic demand by airlines, this study proposes a new planning method for 4D trajectories that provides conflict-free traffic to the controller. This planning method consists of two successive steps, each handling a unique flight parameter : a flight level allocation phase followed by a ground holding scheme. We present constraint programming models and an evolutionary algorithm to solve these large scale combinatorial optimization problems, as well as techniques for improving the robustness of the model by handling uncertainties of takeoff times and trajectory prediction. Simulations carried out over the French airspace successfully solved all conflicts, with a mean of one minute allocated delay (80 to 90 minutes for the most delayed flight) and a discrepancy from optimal altitude of one flight level for most of the flights. Handling uncertainties with a static method leads to a dramatic increase in the cost of the previous non-robust solutions. However, we propose a dynamic model to deal with this matter, based on a sliding time horizon, which is likely to be able to cope with a few minutes of uncertainty with reasonable impact on the cost of the solutions

Le travail développé dans cette thèse porte sur l'élaboration d'un système de tarification dynamique des secteurs aériens pour réduire la congestion de l'espace. Un modèle décrivant la relation entre les prix d'entrée dans les secteurs et le choix des routes et des périodes de décollage par les compagnies aériennes est proposé. Les paramètres du modèle sont estimés en minimisant la différence entre un nombre de vols observés et un nombre de vols issus du modèle. Les prix de secteurs sont calculés de manière à minimiser la différence entre un nombre de vols définis par une cible et un nombre de vols issus du modèle. La cible correspond à une répartition du trafic dans le temps et dans l'espace qui conduit à une forte réduction de la congestion. Deux stratégies de tarification sont envisagées. La première consiste à établir des prix par secteur et par période indépendamment les uns des autres. La deuxième stratégie de tarification consiste à limiter le nombre de valeurs de prix et à affecter un niveau de prix à chaque secteur à chaque période. Plusieurs algorithmes basés sur la méthode du gradient, le recuit simulé et la méthode Tabou sont développés pour résoudre les problèmes d'optimisation. Tous ces algorithmes sont testés et comparés sur trois scénarios de trafic. Les résultats de l'optimisation et des simulations de trafic montrent que la tarification mise en place permet d'orienter partiellement le choix des compagnies et de diminuer les pointes de congestion.

Les conditions de circulation sur un réseau routier subissent souvent de la congestion. Selon ses sources, la congestion routière peut être classée en deux catégories : la congestion récurrente déterminée par les lois de trafic et la congestion non-récurrente due aux incidents, accidents ou autres aléas sur la route. Grâce à l'avancement des technologies, notamment en informatique, communication et techniques de traitement des données, l'exploitant est devenu capable de détecter les perturbations, de mesurer les effets et même d'anticiper l'état du trafic afin de mieux adapter ses actions d'exploitation. L'information dynamique concernant les conditions de trafic permet aux usagers de réduire l'inconfort et d'effectuer leur choix d'itinéraire de manière plus raisonnable. Pour l'exploitant, le service d'information aux usagers peut servir à la gestion du trafic. Nous avons étudié la contribution potentielle de l'information dynamique au profit individuel des usagers et à la performance collective du système en prenant en compte : i) la congestion récurrente et non-récurrente ; ii) des différents comportements de choix d'itinéraire en fonction de l'accessibilité à l'information ; iii) d'autres actions de gestion du trafic menées par l'exploitant. Un modèle théorique avec une application analytique sur un réseau élémentaire de deux routes parallèles, une paire origine-destination et deux classes d'usagers respectivement informée ou non-informée nous a permis de retirer de nombreuses indications : i) la diffusion excessive de l'information avec un contenu " neutre " dégrade à la fois le profit individuel et la performance du système ; ii) l'information dynamique avec certain contenu " coopératif " peut contribuer l'optimisation du système sans causer le problème d'acceptabilité ; iii) l'information dynamique et d'autres mesures de gestion dynamique s'interagissent de manière complémentaire à l'optimisation du trafic

Un modèle représente un système, ses composants et les interactions entre composants. Il sert à analyser et simuler les interactions, en déduisant les conséquences logiques d'hypothèses sur les variables d'état du système, ou sur des variables de contrôle ou de perturbation. Comment juger, ou mieux mesurer, si le modèle est proche de la réalité ? La thèse établit les principes d'un tel examen, appelé audit technique d'un modèle. Il s'agit de détecter, identifier, et si possible réduire, les erreurs et les incertitudes, que nous décomposons en quatre classes : (i) erreur de conception (quels mécanismes explicatifs constituent la composition conceptuelle, quelles schématisations ?), (ii) erreur formelle (la synthèse mathématique des mécanismes explicatifs dans une formule caractéristique, doit être conforme au contenu conceptuel et cohérente), (iii) erreur algorithmique (le dispositif de résolution fournit-il vraiment une solution ? Avec quelle précision ?), (iv) enfin une incertitude de type économétrique qui englobe l'erreur d'estimation et l'erreur exogène a priori sur les inputs. Chaque classe d'erreur relève d'une discipline spécifique, ce qui confère autant de dimensions à l'audit : audit conceptuel à base d'analyse systémique, audit formel à caractère mathématique, audit algorithmique de caractère physique ou informatique, audit économétrique. Nous proposons une méthode systématique d'audit. Nous l'appliquons à un modèle d'équilibre entre offre et demande, précisément un modèle de choix d'itinéraire sur un réseau avec une offre sujette à congestion et une demande qui arbitre de façon diversifiée entre prix et temps. Nous établissons une formule caractéristique (inéquation variationnelle en dimension finie) dont la solution jouit de propriétés d'existence et d'unicité ; nous proposons et testons plusieurs algorithmes et critères de convergence ; nous effectuons l'analyse de sensibilité pour propager l'erreur économétrique exogène à travers le modèle.

La méthode de Frank Wolfe offre une approche efficace pour la résolution des programmes convexes avec contraintes linéaires. Dans le contexte des réseaux de transport l'algorithme se réduit à une série de problèmes de plus court chemin et de recherches unidimensionnelles. Nous présentons une approche unifiée de la résolution d'une large variété de problèmes lies au système de planification du trafic urbain par la méthode de Frank Wolfe. Enfin, nous proposons une modification de l'algorithme de Frank Wolfe pour la résolution du problème de l'affectation du trafic urbain.

Ce travail porte sur la quantification d'incertitude dans la modélisation des émissions de polluants atmosphériques dues au trafic routier d'une aire urbaine. Une chaîne de modélisations des émissions de polluants atmosphériques est construite, en couplant un modèle d’affectation dynamique du trafic (ADT) avec un modèle de facteurs d’émission. Cette chaîne est appliquée à l’agglomération de Clermont-Ferrand (France) à la résolution de la rue. Un métamodèle de l’ADT est construit pour réduire le temps d’évaluation du modèle. Une analyse de sensibilité globale est ensuite effectuée sur cette chaîne, afin d’identifier les entrées les plus influentes sur les sorties. Enfin, pour la quantification d’incertitude, deux ensembles sont construits avec l’approche de Monte Carlo, l’un pour l’ADT et l’autre pour les émissions. L’ensemble d’ADT est évalué et amélioré grâce à la comparaison avec les débits du trafic observés, afin de mieux échantillonner les incertitudes
This work focuses on the uncertainty quantification in the modeling of road traffic emissions in a metropolitan area. The first step is to estimate the time-dependent traffic flow at street-resolution for a full agglomeration area, using a dynamic traffic assignment (DTA) model. Then, a metamodel is built for the DTA model set up for the agglomeration, in order to reduce the computational cost of the DTA simulation. Then the road traffic emissions of atmospheric pollutants are estimated at street resolution, based on a modeling chain that couples the DTA metamodel with an emission factor model. This modeling chain is then used to conduct a global sensitivity analysis to identify the most influential inputs in computed traffic flows, speeds and emissions. At last, the uncertainty quantification is carried out based on ensemble simulations using Monte Carlo approach. The ensemble is evaluated with observations in order to check and optimize its reliability

Cette thèse s'intéresse à l'allocation de ressources des réseaux WMAN (Wireless Metropolitan Area Networks) utilisant l'OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Les applications récentes destinées aux réseaux sans fils requièrent des débits importants. L'OFDMA, technique d'accès multiple basée sur l'OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), permet d'obtenir des débits élevés en tirant avantage de la diversité multiutilisateur. Dans une première partie, l'allocation de ressources est considérée au niveau de la couche physique (affectation des fréquences et de la puissance). Dans un contexte monocellulaire, un algorithme est proposé afin de maximiser le débit de la cellule tout en assurant des débits individuels aux utilisateurs (problème RA, Rate Adaptive optimization). L'impact de la sous canalisation sur le débit global est analysé. Puis, un algorithme est proposé dans un contexte multicellulaire pour adapter dynamiquement le facteur de réutilisation fréquentiel. Dans une deuxième partie, l'ordonnancement est traité. L'objectif est de garantir les délais du trafic temps réel, de maximiser le débit du trafic non temps réel tout en assurant une équité proportionnelle entre les flux. Pour cela, les extensions du GPS (Global Processor Sharing) sont étudiées. Deux algorithmes, extensions du WFS (Wireless Fair Service) pour l'OFDMA, sont proposés. Leurs performances sont comparées au WFS et aux algorithmes existants en OFDMA. L'une des propositions, l'OWFS (Opportunist Wireless Fair Service) est particulièrement adaptée pour maximiser le débit du trafic non temps réel et comporte un paramètre, le poids de délai, qui permet de maintenir un taux de pertes acceptable pour le trafic temps réel.

La croissance démographique dans les zones urbaines représente un problème pour la planification des transports. La surcharge des systèmes de transport urbains entraîne des coûts monétaires importants et des problèmes environnementaux. Des mesures politiques sont alors nécessaires pour réduire le niveau de congestion et accroître l'efficacité des systèmes de transport. À court terme, les simulateurs de trafic pourraient constituer un outil puissant pour la conception de solutions innovantes. Mais les simulateurs de trafic classiques sont exigeants sur le plan informatique pour les applications à grande échelle. De plus, la mise en place du scénario de simulation est complexe. Une modélisation de trafic agrégée pourrait être une bonne solution (Daganzo-2007, Geroliminis-2008). Le réseau routier des villes est divisé en régions, où un diagramme fondamental macroscopique bien défini (MFD) régule les conditions de circulation à l'intérieur de chacune. Le MFD concerne le débit et la densité de trafic moyens dans une région. Malgré que l’idée d’agréger le réseau de la ville soit simple, il soulève plusieurs défis qui n’ont pas encore été abordés. Jusqu'à aujourd'hui, seule (Yildirimoglu-2014) propose un cadre d'affectation dynamique du trafic pour les réseaux régionaux et les modèles MFD. Ce cadre est basé sur le modèle Logit multinomial et ne traite pas explicitement des distributions de longueurs de parcours. De plus, leur structure ne considère pas que les utilisateurs sont différents les uns des autres et ont des objectifs et des préférences différents pour leurs voyages. L'objectif de cette thèse est double. Tout d'abord, l'influence du comportement des utilisateurs sur la performance globale du réseau routier d’une ville est étudiée. Cette analyse se concentre sur la vitesse moyenne du réseau et ses capacités internes et de sortie, en comparant différents modèles tenant compte des différents types de comportement des utilisateurs par rapport à l'équilibre utilisateur déterministe et stochastique. En second lieu, un cadre innovant et complet d’affectation dynamique du trafic pour les modèles multirégionaux basés sur le MFD est proposé. Ce cadre est divisé en plusieurs étapes et repose sur les connexions entre la ville et les réseaux régionaux. Dans un premier temps, des méthodes systématiques de mise à l’échelle sont proposées pour rassembler les voies régionales. Dans un deuxième temps, quatre méthodes sont discutées pour calculer les distributions de longueurs de parcours pour caractériser ces chemins régionaux. Dans la troisième étape, un modèle de chargement de réseau qui considère les distributions de longueurs de parcours explicitement calculées et l’évolution des vitesses moyennes régionales est proposé. Enfin, ce cadre d'affectation dynamique du trafic est étendu pour prendre en compte les usager qui ont une aversion au regret ou une rationalité imparfaite. Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet européen ERC intitulé MAGnUM: approche de modélisation du trafic multi-échelle et multimodal pour la gestion durable de la mobilité urbaine
The population growth in urban areas represents an issue for transportation planning. This overload of urban transportation systems, leading to significant monetary costs and environmental issues. Policy measures are then needed to decrease the level of congestion and increase the efficiency of transportation systems. In a short term, traffic simulators might be a powerful tool that helps to design innovative solution. But, the classical traffic simulators are computationally demanding for large scale applications. Moreover, the set up of the simulation scenario is complex. An aggregated traffic modeling might be a good solution (Daganzo, 2007; Geroliminis and Daganzo, 2008). The city network is divided into regions where a well-defined Macroscopic Fundamental Diagram (MFD) regulates the traffic conditions inside each one. The MFD relates the average traffic flow and density inside a region. Despite the idea of aggregating the city network is simple, it brings several challenges that have not yet been addressed. Up to today, only Yildirimoglu and Geroliminis (2014) proposed a dynamic traffic assignment framework for regional networks and MFD models. This framework is based on the simple Multinomial Logit model and does not explicitly deal with trip length distributions. Moreover, their framework does not consider that users are different from each other and have different purposes and preferences for their travels. The goal of this PhD dissertation is to twofold. First, the influence of the users behavior on the global network performance is investigated. This analysis focus on the network mean speed and its internal and outflow capacities, comparing different models that account for different kinds of users behavior against the Deterministic and Stochastic User Equilibrium. Second, an innovative and complete dynamic traffic assignment framework for multi-regional MFD-based models is proposed. This framework is divided into several milestones and is based on the connections between the city and regional networks. In a first step, systematic scaling-up methods are proposed to gather the regional paths. In a second step, four methods are discussed to calculate the distributions of trip lengths that characterize these regional paths. In the third step, a network loading model that considers distributions of trip lengths that are explicitly calculated and the evolution of the regional mean speeds is proposed. Finally, this dynamic traffic assignment framework is extended to account for bounded rational and regret-averse users. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility

L’objectif de ce travail consiste en la modélisation des flux de véhicules d’un grand et dense réseau de transport multimodal. Le travail s’organise en deux parties: un aspect théorique et un aspect développement. L’étude théorique met l’accent sur la façon dont un réseau multimodal peut être modélisé et comment sa performance en termes d’offre peut être optimisée. Pour ce faire, trois études principales sont réalisées: la prévision et la régulation des flux de trafic sur les grands réseaux de surface, la multimodalité véhiculaire dans les grands réseaux de surface prenant en compte les nouvelles formes de mobilité, et enfin l’impact de l’information sur le coût des itinéraires. La partie développement consiste en la conception d’un simulateur de flux de trafic pour réguler le trafic multimodal véhiculaire. Le simulateur développé devrait aider les opérateurs de transport et les collectivités territoriales dans leurs stratégies de gestion des flux de trafic
The objective of this work consists on the modeling of traffic flow of a large multimodaltransportation network. The work is organized in two parts: a theoretical study part anda development part. The theoretical study emphasizes on how a multimodal network canbe model and how its performance in terms of supply can be optimized. To do so, threemain studies are discussed: the traffic flow prediction and regulation on large surface net-works, the vehicular multimodality in big surface networks taking into account new forms ofmobility, and finally the impact of the information on the cost of the itineraries. The devel-opment part consists on the conception of a traffic flow simulator to regulate the vehicularmultimodal traffic. The developed simulator should assist transport operators and territorialcommunities in their traffic flow management strategies

Le problème posé dans cette thèse est la mise au point de méthodes automatiques de sectorisation d'espace aérien basées sur une modélisation de ce dernier. On considère pour cela un réseau de transport dans un espace à deux dimensions pour lequel on connaît les demandes de trafic associées à cahque paire Origine-Destination. On recherche par algorithmes génétiques une sectorisation et une affectation de trafic optimales permettant d'équilibrer les charges de contrôle dans les secteurs et de minimiser la charge globale tout en réduisant les rallongements de routes induits. Cette optimisation respecte un certain nombre de contraintes liées principalement à la géométrie des secteurs et à la nature du trafic.

La prédiction de trajectoires d'avions à partir des données disponibles au sol est un problème critique pour le contrôle aérien. Une prédiction fiable et efficace est un prérequis pour l'implémentation d'outils automatiques pour la détection et la résolution de conflits entre les trajectoires. Dans ce contexte, nous proposons de nouvelles méthodes non paramétriques pour la prédiction d'intervalle contenant une proportion attendue des données avec un haut niveau de confiance. Dans un premier temps, nous traitons le problème de l'estimation d'une distribution de probabilité à partir d'un petit échantillon. En considérant l'interprétation des distributions de possibilité comme une famille de distributions de probabilité, nous décrivons un ensemble de distributions de possibilité qui résument différents types d'intervalles statistiques. Ensuite, nous proposons un cadre de travail pour vérifier si un modèle, construit à partir de données, respecte les propriétés de recouvrement requises par les intervalles de prédiction. Nous introduisons aussi deux mesures pour comparer des modèles de prédiction d'intervalle qui ont des tailles moyennes et des taux de recouvrement différents. A partir de nos travaux sur les intervalles statistiques (et leurs distributions de possibilité associés), nous présentons une nouvelle méthode pour induire des intervalles de prédictions bornés pour des méthodes de régression des moindres carrés non paramétriques sans assumer que la prédiction est non biaisée et que les erreurs sont homoscédastiques. Nos intervalles de prédiction sont construits en utilisant des intervalles de tolérances sur les erreurs dans le voisinage du point à prédire. Pour cela, nous décrivons une méthode de sélection de voisinage à taille fixe ou de voisinage à taille variable dépendant de la quantité d'informations autour du point. Nous obtenons un algorithme qui induit, dans la majorité des cas, les intervalles de prédiction fiables les plus petits possibles. Les méthodes que nous proposons sont comparées avec les méthodes les plus connues au niveau théorique et au niveau pratique. Une évaluation est effectuée sur neuf bases de données. La taille, l'efficacité, la fiabilité et la précision des intervalles prédits sont comparés. Ces expérimentations montrent que nos approches sont significativement plus précises et fiables que les autres. Enfin nous appliquons nos méthodes au problème de la prédiction de trajectoires d'avions et nous comparons les résultats avec ceux des méthodes classiques et des modèles physiques.

Le contexte général de mes travaux se situe dans les réseaux orientés connexions, que ce soit des réseaux optiques à multiplexage en longueur d'onde (WDM), des réseaux MPLS (multi-protocol label switching), ou encore des réseaux à faisceaux hertziens (wireless backhaul networks). Dans ces réseaux, je m'intéresse à router les flux d'information, à agréger des flux d'information bas débits dans des flux de plus hauts débits, à faire évoluer le routage en cas de variations dans la quantité de trafic à transporter ou dans la topologie du réseau, et à assurer la continuité du trafic en cas de panne simple ou multiple. Pour aborder ces questions, j'utilise des outils variés de l'algorithmique, de la théorie des graphes et de l'optimisation combinatoire.
L'ensemble des résultats présentés dans ce document est le fruit de travaux collaboratifs avec les membres de l'équipe-projet MASCOTTE, des collègues d'autres universités, française ou étrangères, et des collègues de France Télécom, Alcatel-Lucent et 3Roam. L'introduction de ce manuscrit résume nos travaux sur le routage, le groupage de trafic, la tolérance aux pannes et la reconfiguration, ainsi que des travaux plus récents sur la minimisation du nombre d'étiquettes dans les réseaux MPLS, le dimensionnement de réseaux de collecte IP sans fil, et sur le routage disjoints d'ensembles particuliers de requêtes. Ensuite, je détaille nos travaux sur le groupage de trafic au travers d'un état de l'art dans le chapitre 3, nos contributions sur la notion de groupes de ressources partageant un risque dans le chapitre 4, et sur la reconfiguration de routages dans le chapitre 5. Le chapitre 6 conclut ce manuscrit en présentant avec quelques directions de recherches.

Cette thèse porte sur les modèles d'équilibres dynamiques sur un réseau de transport et leurs applications à l'affectation de trafic. Elle tente d'en propose une formulation à la fois générale et mathématiquement rigoureuse. Une attention particulière est accordée à la représentation de la demande de transport. Plus spécifiquement, la modélisation de l'hétérogénéité dans les préférences des usagers d'un réseau de transport, ainsi que des stratégies de choix d'horaire dans les déplacements, occupe une place importante dans notre approche. Une caractéristique de ce travail est son fort recours au formalisme mathématique; cela nous permet d'obtenir une formulation concise et micro-économiquement cohérente des réseaux de transport et de la demande de transport dans un contexte dynamique. Cette thèse traite aussi de méthodes de résolution en lien avec les modèles d'équilibres dynamiques. Nous établissons analytiquement des équilibres sur des réseaux de petites tailles afin d'améliorer la connaissance qualitative de l'interaction entre offre et demande dans ce contexte. L'intuition retirée de ces exercices nous permet de concevoir des méthodes numériques de calculs qui peuvent être appliquées à des réseaux de transport de grande taille. Tout au long de la thèse plusieurs applications économiques de ces travaux sont explorées. Toutes traitent des politiques de tarification de la congestion et de leurs évaluation, notamment lorsque les automobilistes sont susceptibles d'ajuster leurs horaires de départ. En particulier une politique tarifaire conçue pour limiter la congestion lors des grands départs de vacances est testée. Elle consiste à mettre en place un péage sur le réseau autoroutier variant selon l'heure de la journée mais aussi de jour en jour. Ce type de péage est particulièrement intéressant pour les exploitants car il leur permet d'influencer à la fois sur l'heure et le jour de départ des vacanciers. Les méthodes développées dans cette thèse permettent d'établir que les gains en termes de réduction de la congestion sont substantiels.

Les systèmes de transport sont caractérisés de manière dynamique non seulement par des interactions non linéaires entre les différents composants, mais également par des boucles de rétroaction entre l'état du réseau et les décisions des utilisateurs. En particulier, la congestion du réseau impacte à la fois la répartition de la demande locale en modifiant les choix d’itinéraire et la demande multimodale globale. Selon les conditions du réseau, ils peuvent décider de changer, par exemple, leur mode de transport. Plusieurs équilibres peuvent être définis pour les systèmes de transport. L'équilibre de l'utilisateur correspond à la situation dans laquelle chaque utilisateur est autorisé à se comporter de manière égoïste et à minimiser ses propres frais de déplacement. L'optimum du système correspond à une situation où le coût total du transport de tous les utilisateurs est minimal. Dans ce contexte, l’étude vise à calculer les modèles de flux d'itinéraires dans un réseau prenant en compte différentes conditions d’équilibre et à étudier l’équilibre du réseau dans un contexte dynamique. L'étude se concentre sur des modèles de trafic capables de représenter une dynamique du trafic urbain à grande échelle. Trois sujets principaux sont abordés. Premièrement, des méthodes heuristiques et méta-heuristiques rapides sont développées pour déterminer les équilibres avec différents types de trafic. Deuxièmement, l'existence et l'unicité des équilibres d'utilisateurs sont étudiées. Lorsqu'il n'y a pas d'unicité, la relation entre des équilibres multiples est examinée. De plus, l'impact de l'historique du réseau est analysé. Troisièmement, une nouvelle approche est développée pour analyser l’équilibre du réseau en fonction du niveau de la demande. Cette approche compare les optima des utilisateurs et du système et vise à concevoir des stratégies de contrôle afin de déplacer la situation d'équilibre de l'utilisateur vers l'optimum du système
Transport systems are dynamically characterized not only by nonlinear interactions between the different components but also by feedback loops between the state of the network and the decisions of users. In particular, network congestion affects both the distribution of local demand by modifying route choices and overall multimodal demand. Depending on the conditions of the network, they may decide to change for example their transportation mode. Several equilibria can be defined for transportation systems. The user equilibrium corresponds to the situation where each user is allowed to behave selfishly and to minimize his own travel costs. The system optimum corresponds to a situation where the total transport cost of all the users is minimum. In this context, the study aims to calculate route flow patterns in a network considering different equilibrium conditions and study the network equilibrium in a dynamic setting. The study focuses on traffic models capable of representing large-scale urban traffic dynamics. Three main issues are addressed. First, fast heuristic and meta-heuristic methods are developed to determine equilibria with different types of traffic patterns. Secondly, the existence and uniqueness of user equilibria is studied. When there is no uniqueness, the relationship between multiple equilibria is examined. Moreover, the impact of network history is analyzed. Thirdly, a new approach is developed to analyze the network equilibrium as a function of the level of demand. This approach compares user and system optimums and aims to design control strategies in order to move the user equilibrium situation towards the system optimum

Les villes sont des systèmes complexes que les modèles urbains peuvent aider à comprendre. Des modèles les plus simplistes aux modèles les plus sophistiqués, la modélisation urbaine a permis de mieux comprendre la question urbaine et ses implications sociétales. Dans ce contexte, les modèles peuvent avoir une valeur-ajoutée appréciable dans le processus de décision publique. Encore faut-il que ces modèles deviennent pratiques et répondent aux contraintes opérationnelles de la chaîne de décision. Dans ce sens, peu de recherches s’est intéressée à la question de praticité des modèles urbains et leur utilisation en situation opérationnelle. À ce jour, les modèles urbains standard qui reposent sur une description agrégée de l’espace sont parmi les approches de modélisation les plus opérationnelles et aussi les plus répandues. De par sa relative praticité, cette approche standard est attractive et simple à mettre en oeuvre. Toutefois, l’agrégation spatiale peut aussi être une source de biais statistiques préjudiciables à la qualité de la modélisation. C’est en particulier, le cas des modèles intégrés Transport-Urbanisme ou des modèles de transport à quatre étapes.La présente thèse a pour objectif d’étudier la question de l’agrégation spatiale dans les modèles transport et plus particulièrement dans les modèles d’affectation des déplacements. Les modèles d’affectation servent à calculer les temps de parcours et les conditions de déplacement sous congestion, présents et futurs, des personnes et des marchandises. Ils servent aussi à calculer les accessibilités nécessaires aux modèles d’usage des sols dont les modèles de choix de localisation des ménages et des entreprises. Toute erreur ou biais dans l’affectation des déplacements peut compromettre la validité et la qualité globales de la modélisation. Dans ce cadre, une attention particulière doit être allouée au problème d’agrégation spatiale dans les modèles d’affectation. Dans ces modèles, l’agrégation spatiale consiste à regrouper les observations individuelles enutilisant une description agrégée de l’espace, i.e. des zones. Par nature, l’utilisation d’une description agrégée à la place d’une représentation continue engendre une omission de l’information et de sa variabilité et donc un biais statistique dans la modélisation. C’est le cas par exemple avec l’utilisation des connecteurs de zones ou avec l’omission des trafics intrazones dans les modèles d’affectation.En reposant sur les zones comme unité spatiale de base, les modèles de transport recourent à l’utilisation des connecteurs de zones pour relier les centroïdes de zones au réseau de transport. Les connecteurs sont des liens fictifs qui modélisent les conditions moyennes d’entrée et de sortie du réseau de transport. Pour ce faire, la majorité des modèles de transport reposent sur une méthode simpliste sujette au problème d’agrégation spatiale. La présente thèse examine en détail l’impact de cette description simpliste sur les résultats et la qualité d’un modèle d’affectation des déplacements en transports en commun. Cette thèse propose aussi une nouvelle méthode de modélisation des connecteurs de zones afin de s’affranchir partiellement du biaisd’agrégation spatiale dans la modélisation des conditions d’accès au réseau des transports en commun.L’utilisation des zones comme unité spatiale de base a aussi pour conséquence l’omission des trafics intrazones de l’affectation des déplacements. Les trafics intrazones ont pour origine et pour destination la même zone et de ce fait ne sont pas pris en compte par les modèles standard d’affectation. Cette omission a souvent été ignorée et son impact sur la qualité de la modélisation demeure non évalué. Cette thèse développe une méthode stochastique pour l’évaluation de cet impact
Cities are complex systems that urban models can help to comprehend. From simplistic models to more sophisticated ones, urban models have pushed forward our understanding the urban phenomenon and its intricacies. In this context, models can be of great value to policy makers providing that these tools become practical. In this regard, research has put little emphasis on the practicality of urban models and their use under operational conditions.To date, urban models which rely on spatial aggregation are the closest possibility to come to practical models. For this reason, the spatially aggregated modeling framework is widely used. This framework is relatively practical when compared to other modeling frameworks like microsimulation. Nevertheless, spatial aggregation is a serious source of bias in these models. This is especially the case of Land-Use and Transport Interaction (LUTI) models and more particularly of Four Step Models.The current PhD is committed to the study of spatial aggregation issues in traffic assignment models. Traffic assignment is responsable for the computation of travel times and travel conditions of present and future travel demand. Accessibility measurement, which is at the core of LUTI models, is tightly dependent on traffic assignment modeling and outcomes. Any bias in traffic assignment is likely to corrupt the overall modeling framework. In this context, a special attention is to be paid to spatial aggregation in traffic assignment models.In traffic assignment, spatial aggregation consists in grouping observations using zones or traffic analysis zones instead of using a continuous representation of space. By design, aggregation bears an implicit omission in data variability and thus a potential bias if this omission is not random. This is the case with the definition of centroid connectors and the omission of intrazonal demand in traffic assignment. With the use of zones as the basic spatial units, transport models require the use of centroid connectors to attach zones to the transportation network. Centroid connectors are introduced to model average access and egress conditions to and from the network. Nevertheless, average accessibility conditions are found to be too crude to render accurately accessibility conditions as encountered by trip makers. The current PhD explores the extent of the impact of this spatial aggregation bias in the case of transit models and suggests a new modeling strategy to overcome such modeling errors.The use of zones as spatial units induces a loss of intrazonal data. The omission of intrazonal trips in traffic assignment models is an example of such omission. This research introduces an uncertainty framework to study the statistical impact of ignoring intrazonal trips in traffic assignment models. Findings from this research are used to design new assignment strategies that are more robust towards the omission bias and more generally towards the spatial aggregation bias

La gestion du trafic sur les réseaux routiers se heurte aux nouveaux enjeux du développement durable. L'objectif n'est plus seulement de proposer aux usagers des temps de parcours raisonnables. Il faut aussi limiter la consommation énergétique et les émissions des gaz à effet de serre et des polluants qui y sont associées, afin de garantir une meilleure qualité de vie pour les générations actuelle et futures. Les exigences en matière de sécurité routière sont également renforcées et visent à éliminer le nombre de tués sur les routes. Les exploitants ont donc recours à diverses stratégies, souvent innovantes, pour au moins approcher la situation idéale. Néanmoins, si les décideurs disposent d'une plus grande capacité à mettre en œuvre leurs programmes dans le domaine, ils ont également l'obligation d'en évaluer les performances à divers stades. Cette thèse analyse les nouvelles stratégies de gestion des réseaux autoroutiers en identifiant leurs domaines d'application ainsi que leurs impacts potentiels et réels. Les limites des méthodes existantes d'évaluation a priori et/ou a posteriori sont mises en évidence et une nouvelle approche est proposée. Celle-ci associe les trois principaux critères d'une mobilité durable à un seul concept: le niveau de service, largement employé par les exploitants de réseaux. La méthodologie a fait l'objet d'une validation sur différentes opérations. Par ailleurs, se basant sur les résultats obtenus sur un ensemble d'opérations d'affectation variable des voies au niveau européen, la thèse propose un outil d'aide au choix d'une stratégie d'exploitation d'un réseau en fonction de la configuration de l'infrastructure et du niveau de congestion. Cet outil se présente sous la forme d'un catalogue de cas-types applicable au réseau d'Ile-de-France. La nouvelle approche d'évaluation proposée dans cette thèse présente l'intérêt de pouvoir facilement s'intégrer aux outils de simulation du trafic. Les impacts d'une opération d'exploitation routière sur la congestion, la sécurité et l'environnement peuvent ainsi être fournis par ces simulateurs dans le cadre de l'évaluation a priori. L'intégration est également possible au niveau des systèmes des centres de gestion du trafic, pour l'évaluation a posteriori. Par ailleurs, la thèse identifie des pistes potentielles pour des investigations futures. Tout d'abord, la gravité des accidents pourrait être prise en compte dans l'approche d'évaluation proposée, qui considère pour l'instant tous les accidents corporels confondus en raison du manque de données. De même, seules quatre stratégies d'affectation variable des voies sont proposées dans le catalogue de cas-types. Celui-ci pourrait donc être étendu à l'ensemble des opérations d'exploitation en suivant la même méthodologie décrite dans la thèse
Traffic management is facing the new issues of the sustainable development concept. The objective is not only to guarantee acceptable travels times over the networks anymore. Energy consumption as well as associated greenhouse gaz and pollutant emissions must be reduced for a better quality of life for current and future generations. Standards in road safety have also been reinforced and aim at cutting off the number of accident fatalities. Thus, traffic operators use the most innovating strategies. Nevertheless, if decision-makers have greater possibilities to implement their programmes, they also are committed to assess their performance at different stages. This doctoral thesis analyses the new strategies in motorway network management by identifying their respective domains of application as well as their potential and real impacts. Limitations of existing a priori and a posteriori evaluation methods are highlighted and a new approach is proposed. It associates the three main criteria of sustainable mobility to one concept: the level of service, which is widely used by network operators. The methodology is validated on several operations. Besides, based on results obtained from the various lane management operations implemented all accross Europe, the thesis proposes a tool to help in choosing the appropriate strategy according to the motorway layout and congestion level. The tool is presented in the form of a catalog of typical cases for the Ile-de-France motorway network. The new evaluation approach proposed in this thesis may be easily integrated in the available traffic simulation tools. Hence, the impacts of a traffic management operation on congestion, safety and the environment may be obtained as output from those simulators in the framewok of an a priori evaluation. This integration is also possible in the traffic management center systems, for a posteriori evaluations. Besides, the thesis identifies potential subjects for future research. Firstly, accident severity could be considered in the proposed evaluation approach, which takes into account all injury accidents at once by now, due to a lack of data. Likewise, only four manged lane strategies are included in the catalog, which could be extended to all the existing traffic management operations through the same methodology described in the thesis

Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
Prestressed reinforced structures had rooted early on in Portuguese national construction market, either due to its adaptability to the most diverse shapes or for its relatively lower cost, in general.However, the choice of composite structures when compared with the traditional reinforced concrete or prestressed reinforced concrete structures, had reveal itself, more frequently, in the last years, as the most competitive for some types of constructions. The most relevant features of composite structures derive from its high relation resistance/weight of steel material and from the circumstance that a large part of the structure can be entirely pre-fabricated. These two factors combined allow a simple, and fast constructive processes to be adopted. On the particular case of flyovers executed over a full operating roadway, the advantages of a composite structure are much increased, namely on what concerns the fastness of the construction works, since a potential traffic interruption or severe restrictions on the lower track will cause great disturbance and consequently higher costs for the users and the concessionaire authority.The evaluation and comparison of the different options available, whether it refers to construction’s costs or to the costs of traffic disturbance, is essential to understand which one is the most feasible. In fact, it is a fundamental management tool. Within this framework, all the studies and analysis were developed having in mind the final goal of comparing the costs of a composite deck with the costs of another deck having the same geometry and the same constructive limitations, designed in prestressed reinforced concrete. A hybrid solution will be studied as well, which intends to combine the best advantages of both solutions.Therefore, three decks were designed, with the quantification of the construction costs as well as those that arise from traffic interruptions or restrictions on the underneath roadway.
A construção de estruturas em betão armado disseminou-se, desde cedo, pelo mercado nacional, quer devido à sua simples adaptação às mais diversas formas de edificações, quer pelo seu custo ser, em geral, mais competitivo do que das restantes hipóteses disponíveis. Contudo, a opção por estruturas mistas aço-betão, quando comparada com as tradicionais soluções em betão armado ou betão armado pré-esforçado, tem vindo a revelar-se, mais frequentemente, como a mais competitiva para algumas tipologias de construções. Os atributos mais relevantes das estruturas mistas resultam da elevada relação resistência/peso do material aço e da circunstância de grande parte da estrutura poder ser integralmente pré-fabricada, o que reduz ao mínimo os trabalhos a efetuar in-situ. Estes dois fatores conjugados possibilitam a adoção de processos construtivos industrializados, simples e rápidos. No caso particular das passagens superiores rodoviárias executadas sobre vias em exploração, as vantagens duma estrutura mista aço-betão adquirem uma maior importância, nomeadamente no que à rapidez de execução em obra diz respeito, visto que eventuais interrupções de tráfego na via inferior causam enorme perturbação e, consequentemente, custos acrescidos para os utentes e entidades concessionárias.A avaliação e a comparação dos custos das diversas opções construtivas disponíveis, tanto no que se refere às parcelas correspondentes ao custo da empreitada como das perturbações por ela causadas, é imprescindível para que se possa fundamentar a escolha por uma dessas opções. Trata-se, na verdade, de um instrumento de gestão essencial. Neste enquadramento, o objetivo da presente dissertação é comparar o custo de um tabuleiro projetado em betão armado pré-esforçado com o de outro, de igual geometria e sujeitos aos mesmos condicionamentos, cuja estrutura é mista. Estuda-se ainda uma solução híbrida, com a qual se pretende potenciar as principais vantagens de ambas as soluções e eliminar, ou minimizar, os inconvenientes de cada uma delas.São dimensionados os tabuleiros das três diferentes alternativas e quantificados os respetivos custos de construção, bem como os que resultam das interrupções ou condicionamentos que restringem o tráfego que circula na via subjacente.