1020w Calage Et Validation Des Modeles de Trafic

StraService d'tudes sur les transports, les routes et leurs amnagements

juillet 2010

Calage et validation des modles de tracTechniques appliques laffectation routire interurbaine

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Guide mthodologique

Calage et validation des modles de tracTechniques appliques l'affectation routire interurbaine

ditions Stra

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Ce guide a t labor, sous la direction de Pascaline Cousin, Directrice d'tudes "Economie des Transports et Trafic" au Stra, par un groupe de travail mis en place en 2008 par le Stra et compos de chargs d'tudes en modlisation des dplacements du Rseau Scientifique et Technique (RST) du Ministre : Eric Jeannire, Stra ; Mathieu Jacquot, Ct de lEst ; Benjamin Saubion, Ct Mditerrane ; Florent Bardon, Ct de Lyon.

Sont galement remercis tous ceux qui ont particip et contribu l'amlioration de ce guide, et plus particulirement les autres chargs d'tudes en modlisation en Ct ou autres modlisateurs du Ministre.

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Calage et validation des modles de trafic - Techniques appliques l'affectation routire interurbaine

SommaireChapitre 1 - Champ et contexte du guide ................................................. 71 - R a p p e ls s u r l' u t i l it d e s mo dles de dplacements .......................................... 8 2 - Champ du guide .............................................................................................. 9 2.1 - Les types de modles.............................................................................................................................................. 9 2.2 - Modles et logiciels.............................................................................................................................................. 10 2.3 - De quel type de modle traite ce guide ? ............................................................................................................. 11 3 - Le calage dans la construction et l'exploitation d'un modle ..................... 1 1 3.1 - Spcification du modle ....................................................................................................................................... 12 3.2 - Construction de la reprsentation de la demande ............................................................................................... 12 3.3 - Construction de la reprsentation de l'offre ........................................................................................................ 13 3.4 - Calage d'un modle.............................................................................................................................................. 13 3.5 - Validation d'un modle ........................................................................................................................................ 13 3.6 - Exploitation du modle ........................................................................................................................................ 13 4 - S yn t h s e s u r l es o b je t s du guide ................................................................... 1 4

Chapitre 2 - Etat des pratiques...............................................................151 - R e vu e b i b lio graphique .................................................................................... 1 6 1.1 - Le calage dans la bibliographie ............................................................................................................................ 16 1.2 - Mthodes de ralisation du calage ........................................................................................................................ 18 1.3 - Le modle est-il cal ? ........................................................................................................................................... 25 2 - Anal yse des pratiq ues dans le RST ................................................................. 2 9 2.1 - Introduction ........................................................................................................................................................... 29 2.2 - La dfinition du calage partir des pratiques de modlisation............................................................................. 30 2.3 - Mthodes de ralisation du calage ........................................................................................................................ 33 2.4 - Lacunes / Besoins................................................................................................................................................... 41 3 - A n a l ys e c r it i q u e d e l'tat des pratiques .......................................................... 4 1 3.1 - Inventaire des bonnes pratiques ............................................................................................................................ 41 3.2 - Quelles sont les pratiques en contradiction avec les ouvrages de rfrence ? ...................................................... 42 3.3 - Quels outils et mthodes pourrait-on s'approprier ? ............................................................................................. 43 3.4 - Quels outils et mthodes seraient dvelopper ?.................................................................................................. 43

Chapitre 3 - Recommandations sur les mthodes de calage et de validation Principes gnraux ................................................................451 - Introduction .................................................................................................. 4 6 1.1 - Objectifs du modle.............................................................................................................................................. 46 1.2 - Modle et territoire .............................................................................................................................................. 48 2 - R a pp e ls su r le s p r inc i pa ux p ara m t r es et va r i a b le s q u i p eu ve n t t re a j us t s .. 5 0 3 - Architecture de calage propose ................................................................... 5 2 3.1 - Phase I Donner des bases solides au modle : l'offre et la demande de transport ........................................... 53 3.2 - Phase II Comportement vide du modle daffectation ................................................................................... 53 3.3 - Phase III Vrification des rsultats daffectation et ajustement itratif des paramtres .................................. 54 3.4 - Phase IV Validation : le modle est-il cal ? .................................................................................................... 54

Sommaire

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Chapitre 4 - Phase I : donner des bases solides au modle..................... 551 - H i r a r c h ie d e s t c h es effectuer .................................................................. 5 6 2 - Q u e l q u e s e rreurs courantes... ....................................................................... 5 7 3 - Mise au point du zonage ................................................................................ 5 7 3.1 - Principes de constitution du zonage .................................................................................................................... 58 3.2 - Quelques lments sur la dsagrgation de matrices .......................................................................................... 62 4 - La matrice des dplacements ......................................................................... 6 6 4.1 - Choix des postes d'enqutes, combinaison optimale............................................................................................ 67 4.2 - Complter les trous de la matrice ........................................................................................................................ 72 4.3 - Ajustement de la matrice...................................................................................................................................... 74 4.4 - Dcomposition de la matrice en classes de trafic ................................................................................................ 76 5 - L'offre de transport ....................................................................................... 7 7 5.1 - Choix du rseau ................................................................................................................................................... 77 5.2 - Positionnement des connecteurs de centrodes.................................................................................................... 80 5.3 - Connectivit et caractristiques gnrales du rseau.......................................................................................... 81 5.4 - Sources de vrification dtaille de la typologie du rseau................................................................................. 81 5.5 - Renseignement du rseau en comptages .............................................................................................................. 82 5.6 - Ajustements de certaines caractristiques du rseau........................................................................................... 82

Chapitre 5 - Phase II : vrification du comportement vide du modle d'affectation ..........................................................................................911 - Objectifs ....................................................................................................... 9 2 2 - Q ue lque s so u rces d'erreurs v rifier dans la phase II ................................... 9 2 2.1 - La connectivit du rseau .................................................................................................................................... 93 2.2 - La connexion de la matrice au rseau ................................................................................................................. 93 2.3 - Le paramtrage du rseau ................................................................................................................................... 93 2.4 - La prise en compte des champs du rseau ........................................................................................................... 94 2.5 - Les paramtres daffectation utiliser avec les Modules Stra........................................................................... 94 3 - Techniques et outils d'analys e ...................................................................... 9 4 3.1 - Les enseignements tirer de diffrents types daffectations................................................................................ 94 3.2 - Outils danalyse ................................................................................................................................................... 96

Chapitre 6 - Phase III : vrification des rsultats d'affectation et ajustements itratifs des paramtres .....................................................991 - H i r a r c h ie d e s t c h es effectuer ................................................................. 1 00 2 - V r if ic a t io n d e la convergence ..................................................................... 1 01 2.1 - Critres de convergence .................................................................................................................................... 101 2.2 - Ecarts entre litration finale N et litration N+1............................................................................................ 101 3 - Analyse globale du modle vi s--vis des comp tages ..................................... 1 03 3.1 - Principes ............................................................................................................................................................ 103 3.2 - Vrification globale du modle : les analyses effectuer.................................................................................. 103 3.3 - Recherche de solutions aux difficults daffectation.......................................................................................... 108 4 - A n a l ys e d e s r p a r t iti o n s d it in r a i r e s a u s e in des corridors .......................... 1 12 4.1 - Principe.............................................................................................................................................................. 112 4.2 - Slection des corridors ...................................................................................................................................... 112 4.3 - Principes de la vrification dun corridor ......................................................................................................... 114 4.4 - Situations de calage dun corridor .................................................................................................................... 115 4.5 - Valeurs du temps vs. Malus : comment choisir ?............................................................................................... 117

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5 - Analyses de dtail ........................................................................................ 1 22 5.1 - De la reproduction des comptages..................................................................................................................... 122 5.2 - Vrifier les temps de parcours ........................................................................................................................... 123 5.3 - Quels phnomnes sont correctement pris en compte ?..................................................................................... 123

Chapitre 7 - Phase IV : validation du modle ........................................ 1251 - Valider avec le ma t re douvrage ................................................................... 1 26 1.1 - Le rapport de calage.......................................................................................................................................... 126 1.2 - La crdibilit du modle .................................................................................................................................... 137 2 - Valider en testant les rponses du modle diffrentes situations ................ 1 37 2.1 - Ralisation de la validation idale : utilisation dun (de) jeu(x) de donnes diffrent(s) .................................. 137 2.2 - Valider en expliquant le comportement du modle ...................................................................................... 140

Conclusion - Travaux complmentaires et perspectives d'volution ..... 143 Bibliographie ....................................................................................... 145 Liste des sigles ................................................................................... 149 Glossaire ............................................................................................. 151 Annexe 1 - Questionnaire pour l'tat des pratiques .............................. 155 Annexe 2 - Analyses des rponses au questionnaire dans le RST : sur quelles variables doit/peut-on jouer ? .................................................. 161Affineme nt du z onage ......................................................................................... 1 62 Affineme nt de la description du rseau ............................................................... 1 63 Paramtres du rs eau pour le calcul du temps vi de .......................................... 1 64 Courbes dbit-vitesse (CDV) ............................................................................... 1 65 Courbes DV au niveau du rseau................................................................................................................................. 165 Courbes DV au niveau de la table de typologie ........................................................................................................... 166 Prchargements et congestion ............................................................................ 1 67 Matrice............................................................................................................... 1 68 Autres/d ivers ..................................................................................................... 1 69

Annexe 3 - Exemple de facteurs de concentration calculs ................... 171 Annexe 4 - Tableur d'aide au calage ..................................................... 175

Sommaire

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Avant-proposEcrire un guide mthodologique sur le calage des modles de trafic nous semble la fois indispensable et ambitieux. Indispensable, car au moment de construire un modle, le charg dtudes se pose beaucoup de questions sur la manire dont il devra procder pour sassurer que son modle offre une reprsentation conforme lobservation de la ralit. Ambitieux, car on se heurte rapidement des pratiques de modlisation htrognes, ce qui rend difficile la formalisation dune mthode. Aprs un premier chapitre introductif prsentant le contexte, les enjeux et les domaines de pertinence du guide, nous avons ainsi essay de nous attacher restituer ce que nous apprenait la littrature acadmique sur le calage, tout en recensant les pratiques des modlisateurs du Rseau Scientifique et Technique du Ministre (RST). Cest lobjet du chapitre 2. Suite la synthse de cette double approche, nous proposons au lecteur une mthode pour laider dans sa dmarche de calage, prsente au chapitre 3. Cette mthode ne se veut pas rigide, mais bien plus un fil conducteur. Elle ne saurait constituer une rfrence absolue, mais propose un cadre pour aider les chargs d'tudes au moment d'aborder cette tche difficile. Cest ainsi que ce guide sadresse tous les modlisateurs du Rseau Scientifique et Technique, et mme audel, dbutants ou confirms, qui sinterrogent sur leurs pratiques ou sur les pratiques des bureaux dtudes avec lesquels ils travaillent. Plus naturellement tourn vers les pratiques de modlisation statique observes en interurbain, nous pensons que les autres modlisateurs des dplacements pourront galement trouver un intrt confronter leurs expriences aux recommandations de ce guide. Les rdacteurs profitent galement de cet avant-propos pour remercier trs sincrement toutes les personnes qui ont contribu, par leurs travaux, leurs remarques et leurs commentaires, la publication de ce guide. Bonne lecture toutes et tous.

Avant-propos

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Chapitre 1 Champ et contexte du guide


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1 - Rappels sur l'utilit des modles de dplacementsLes rflexions sur lamnagement du territoire peuvent conduire considrer la cration de nouvelles infrastructures de transport ou l'volution de politiques des transports plus larges, qui engagent souvent des ressources considrables pour la puissance publique. Dans ce contexte, les analyses des territoires et des dplacements doivent permettre dapporter des lments daide la dcision au dcideur politique. Selon la complexit du systme tudier, un modle de dplacements ou de trafic peut tre ncessaire. Reflet aussi proche que possible de lobservation de la ralit, ce modle doit permettre, utilis en projection, dvaluer limpact, la pertinence et lintrt dun projet dinfrastructure de transport ou dun programme damnagements. Cest donc cette notion dvaluation qui prside la construction dun modle. Les modles de dplacements sont des outils complexes qui ncessitent rigueur et organisation au cours de leur construction afin de rpondre de faon pertinente aux questions des dcideurs. Il convient donc d'tre vigilant dans leur utilisation, non seulement du ct des matres d'ouvrage qui souhaiteront faire dvelopper et exploiter un modle, mais galement du ct des techniciens qui devront les construire et les utiliser. Le Stra a ainsi publi en 2007 un guide mthodologique Evaluation des projets dinfrastructures routires Pilotage des tudes de trafic [40] , pour aider les matres douvrage grer les commandes d'tudes de dplacements. Le prsent guide s'adresse quant lui aux chargs d'tudes en modlisation pour les assister dans l'tape dite de calage des modles de dplacements. En effet, les modles fournissant une reprsentation abstraite, conventionnelle et simplifie de la ralit observe, il convient de s'assurer que cette reprsentation est suffisamment satisfaisante au vu de l'utilisation souhaite du modle. Ce travail de calage du modle est ralis par le modlisateur et constitue une tape dterminante de la qualit du rsultat final. Pour aborder ce sujet, ce guide propose de prciser ci-aprs le champ d'application du guide ainsi que le contexte dans lequel il s'inscrit. Puis, dans un second chapitre, il expose l'tat des pratiques, en matire de calage des modles de trafic d'aprs la littrature et l'exprience du RST. Enfin, dans un troisime chapitre, il propose des recommandations sur les mthodes de calage et des exemples de mises en uvre pratiques pour certains types de modles utiliss au sein du RST.

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2 - Champ du guide2.1 - Les types de modlesIl existe diffrents types de modles de dplacements et en consquence des mthodes et outils de calage plus ou moins adapts chaque cas. Le prsent guide n'a pas vocation traiter de tous les modles disponibles ; nous rappelons donc ici les grandes familles de modles existants afin d'expliciter prcisment le champ du guide, tout en rappelant schmatiquement leurs domaines d'emploi.

2.1.1 - Les modles statiquesUn modle statique est une reprsentation simplifie des dplacements sur une aire dtude et une priode de temps donnes qui ne tient compte ni des fluctuations de la demande de dplacements sur la priode considre, ni des interactions entre les diffrents pas de temps et de distance. Ces modles sont trs largement rpandus et servent gnralement valuer des projets de modifications importantes du systme de transport (ouverture d'une nouvelle infrastructure, amlioration de la frquence de desserte d'une ligne de transport en commun, ) ou de politiques publiques (amnagements urbains, tarification des transports, ) sur les dplacements de la zone tudie. Ils sappuient sur un ensemble dhypothses sur les caractristiques des dplacements de voyageurs et/ou de marchandises ainsi que sur une reprsentation simplifie du systme de transport. Ces modles consistent alors confronter les donnes doffre et de demande de sorte affecter des trafics sur des rseaux et/ou des services de transport. Ces modles peuvent tre mis en uvre sur des rseaux maills complexes et des chelles de territoire variables, de lagglomration au territoire national, voire au-del. A lintrieur de cette famille des modles statiques, il existe des nuances importantes. Un modle statique peut ainsi tre monomodal ou multimodal, voyageurs et/ou marchandises. De mme, la mthodologie de modlisation peut tre diffrente selon les donnes que l'on souhaite considrer en entre du modle et les sorties ou paramtres intermdiaires que l'on souhaite reproduire avec le modle. Parmi les modles les plus connus, les modles dits quatre tapes sappuient sur des donnes socioconomiques dcrivant loccupation des sols ainsi que sur la description du systme de transport pour modliser, via deux premires tapes dites de gnration et distribution, les flux de dplacements entre des zones pralablement dfinies sur l'aire d'tude (appels flux Origine-Destination ou flux OD). Puis, ltape de choix modal consiste rpartir chaque flux OD entre les diffrents modes desservant la liaison. Enfin, ltape daffectation permet de rpartir les flux sur les rseaux de chacun des modes et d'obtenir les dbits sur les infrastructures, la frquentation des services de transports en commun (TC), les itinraires retenus, D'autres modles plus simples sont galement largement utiliss, c'est le cas des modles routiers interurbains dans lesquels on reconstitue dans un premier temps les flux OD en estimant directement par sondage les flux routiers sur la zone dtude, avant de les affecter sur le rseau modlis. Cette mthode est galement utilise dans certains modles d'affectation TC sur les rseaux urbains. Dans ces cas, la demande de transport n'est donc pas issue d'une dmarche de modlisation, c'est une donne d'entre. Le choix du modle dvelopper est dfini en fonction du problme pos. Les modles statiques servent essentiellement tester des projets ou politiques de transport sur une aire d'tude donne, mais il est vident que l'on ne retiendra pas le mme type de modle si l'on tudie un projet de transport en commun en site propre dans une agglomration, un projet autoroutier dans un milieu interurbain o la route est le seul mode disponible, une modification de la tarification d'un page ou encore une autoroute ferroviaire Les pratiques de calage prsentes dans ce guide au chapitre II concernent uniquement les modles statiques daffectation du trafic. Les tapes prcdentes de constitution de la matrice OD ne sont voques que dans la mesure o elles permettent une amlioration significative des donnes dentre. Pour le chapitre III, qui propose une dmarche pour la ralisation pratique du calage, le champ d'application est plus restreint : il s'agit de celui des modles routiers d'affectation, et en particulier des modles dvelopps avec les Modules Stra de


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TransCAD (cf. 2.3 - ). Nanmoins, la philosophie du calage reste valable pour tous les types de modles statiques, les recommandations pouvant par ailleurs tre applicables de nombreux modles daffectation statique. Pour faciliter la lecture du guide, les parties qui ne s'appliquent qu' la modlisation avec les Modules Stra de TransCAD seront visuellement reprables par cette mise en forme.

2.1.2 - Les modles dynamiquesAu contraire d'un modle statique, un modle dynamique : s'appuie sur une demande de transport qui volue dans la priode d'tude, tient compte des interactions entre les rsultats des diffrents pas de temps et sections du rseau. Cette spcification lui permet de rendre compte de l'volution des conditions de circulation dans le temps de faon fine et de reprsenter plus prcisment lcoulement des flux un carrefour, les phnomnes de congestion tels que les remontes de file, les temps de rsorption des encombrements, Ils aident au dimensionnement des infrastructures et en particulier des changeurs et carrefours ou permettent de simuler les effets de mesures de gestion des trafics. Comme pour les modles statiques, il existe plusieurs types de modles dynamiques et quel que soit le modle retenu, sa mise en uvre ncessite un temps de calage. Nanmoins, le calage de ce type de modle reste assez particulier, mme s'il peut faire appel des techniques qui sont prsentes dans ce guide, entre autres parce que les donnes ncessaires diffrent de celles utilises pour le calage des modles statiques. Le prsent guide n'a donc pas vocation couvrir directement le champ des modles dynamiques.

2.1.3 - Autres types de modlesEnfin, il existe dautres types de modles dont beaucoup relvent essentiellement du domaine de la recherche. Certains commencent se dvelopper dans des contextes oprationnels ou dans des partenariats entre collectivits et laboratoires comme les modles dinterface urbanisme/dplacements, les modles bass sur les activits ou encore les modles fret adapts aux politiques de livraison en milieu urbain, Tous ces outils ncessitent une tape de calage au cours de leur dveloppement mais le prsent guide ne s'applique pas ces modles.

2.2 - Modles et logicielsCe guide s'applique donc au champ des modles statiques pour la revue de l'tat des pratiques puis traite essentiellement des modles d'affectation routire pour les recommandations mthodologiques et plus particulirement de ceux dvelopps avec les Modules Stra de TransCAD. Enfin, il illustre les mthodes proposes uniquement sur le cas pratique des Modules Stra de TransCAD. Dans le document, on distinguera donc le modle du logiciel avec lequel il est dvelopp pour les parties mthodologiques et on abordera la question du logiciel, en particulier celle de TransCAD, lors des illustrations pratiques. Par abus de langage, modle et logiciel pourront lors des illustrations tre confondus mais nous souhaitons rappeler que ces deux notions doivent en thorie tre distingues : un modle est une reprsentation abstraite, conventionnelle et simplifie de la ralit observe. Un modle est dfini par un ensemble de rgles logiques et mathmatiques reliant des paramtres et des variables d'entre. Dans la notion de modle, on englobe parfois par extension les donnes d'entre comme par exemple le rseau sous forme de tables de donnes gorfrences ; un logiciel est une application informatique. Il regroupe un ensemble de programmes, de procds et de rgles afin de pouvoir mettre en uvre les modles. De nombreux logiciels commerciaux de planification des transports sont utiliss en France (CUBE, DAVISUM, EMME, ), dont TransCAD utilis dans le Rseau Scientifique et Technique avec ses Modules Stra (cf. 3.1 - Spcification du modle).

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Les logiciels de modlisation permettent de construire et d'exploiter de nombreux modles de types divers et varis. Ils ont chacun des outils et des fonctions qui leur sont propres, plus ou moins bien documentes, certaines parties techniques des algorithmes restant secrtes car soumises concurrence. Globalement, on peut dire que tous ces logiciels ont approximativement les mmes possibilits. Les diffrences les plus videntes se trouvent dans l'ergonomie et les possibilits de paramtrages avances.

2.3 - De quel type de modle traite ce guide ?Le prsent guide traite, dans la revue bibliographique synthtise au chapitre 2, le domaine des modles daffectation statiques puis se limite dans le chapitre 3, c'est--dire dans les recommandations, aux modles d'affectation du trafic routier en milieu interurbain, et en particulier ceux construits avec les Modules Stra de TransCAD pour certaines mthodes et pour les illustrations pratiques. Ce sont des modles statiques et monomodaux o le choix d'itinraire est rgit par une loi d'affectation prix-temps, utiliss pour l'valuation de projets routiers, dans des contextes o il n'y a pas de concurrence directe entre la route et un autre mode et o le rseau reste modrment maill, c'est--dire en milieu interurbain. Une spcification de ce modle des Modules Stra est donne la partie suivante (cf. 3.1 - Spcification du modle). Ce choix d'une focalisation plus spcifique sur les modles routiers interurbains dans le chapitre 3 est li l'homognit des outils et pratiques dans ce domaine au sein du Rseau Scientifique et Technique o les modles interurbains pour l'valuation des projets routiers sont tous dvelopps avec un outil commun, savoir les Modules Stra de TransCAD. Nanmoins, le travail men conduit aborder les grands principes de calage commun tous les modles daffectation selon les modes de transport individuel et collectif : dfinition du zonage, laboration et amlioration de la matrice OD, arbitrage entre le cot et le temps de transport, effets de la congestion, ... Il en rsulte que de nombreuses mthodes et techniques de calage (notamment toutes celles de description de l'offre et de la demande, (cf. 3.3 - et 3.2 - Construction de la reprsentation de la demande) et prsentes dans ce guide peuvent tre utiles ceux qui construisent ou utilisent d'autres types de modles. Enfin, la plupart des modles notamment les modles multimodaux ncessitent une bonne connaissance du niveau de service offert par la route. Quil y ait une boucle de rtroaction ou pas permettant de prendre en compte l'effet de la congestion routire sur la demande de transport et/ou le choix modal, la mise au point dun modle daffectation routier correctement cal est la seule mthode qui garantisse une bonne description des temps et cots de parcours des modes de transport empruntant la route. Le calage de l'affectation routire peut ainsi tre considr comme une tape part entire, ncessaire la mise au point dun modle de dplacements plus complet, incluant les problmatiques de mobilit, de choix de mode, Le prsent guide sapplique cette tape, maillon parmi dautres, mais incontournable, dune mme chane.

3 - Le calage dans la construction et l'exploitation d'un modleLe calage s'inscrit dans un processus plus large de construction d'un modle de dplacement qui passe par plusieurs tapes dont voici les principales. Le fil conducteur de cette dmarche est d'aboutir une reprsentation d'une ou plusieurs situation(s) connue(s) (passes ou prsentes) suffisamment fidle(s) par rapport ce que l'on mesure pour pouvoir utiliser le modle en projection, afin dvaluer des politiques ou projets de transport l'tude.


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3.1 - Spcification du modleL'tape pralable la construction d'un nouveau modle (ou au dveloppement d'un modle existant) est la formulation des objectifs de ltude afin de construire un modle susceptible dy apporter un clairage. Il s'agit de traduire du point de vue de la modlisation ces objectifs en choisissant le primtre du modle, sa structure gnrale (variables d'entres, lois mathmatiques, ) et son niveau de finesse. Dans de nombreux cas, la structure gnrale du modle ou une partie de celle-ci est standardise (modules 4 tapes, modles d'affectation routiers, ) et les choix de lois mathmatiques pour les diffrentes tapes des modles portent sur un ensemble d'outils dj disponibles. C'est en particulier le cas pour les modles utiliss pour l'valuation des projets routiers interurbains au sein du RST avec les Modules Stra de TransCAD. L'encadr ci-aprs donne les spcifications de ce type de modle.Les Modules Stra de TransCAD sont des programmes accessibles dans l'interface du logiciel TransCAD. Ils servent l'valuation socio-conomique des projets routiers. Ils offrent l'utilisateur trois principaux outils : un gestionnaire de scnarios d'amnagement (qui permet de dfinir le projet routier tudier), un modle d'affectation du trafic routier et un outil de calcul du bilan socio-conomique du projet routier considr. Le modle d'affectation du trafic routier utilis dans ces modules suit une loi prix-temps avec une distribution log-normale des valeurs du temps. Le cot ou prix de transport est estim selon une mthode normalise sur la base des ventuels pages de concession, des cots du carburant, de l'usure du vhicule et de l'inconfort relatif des routes (malus). La congestion est prise en compte par des lois dbit-vitesse de type BPR [1].

Quelle que soit la spcification du modle retenue, le modlisateur doit ensuite travailler la description de la demande et de l'offre de transport. Le but est de respecter ces deux critres du modle sous un format adapt celui-ci (bases de donnes gorfrences, matrices, ) et avec une prcision dfinie en fonction des objectifs finaux du modle.

3.2 - Construction de la reprsentation de la demandePour reprsenter la demande de transport, le modlisateur doit en premier lieu dfinir un zonage, cest--dire prciser le dcoupage de laire dtude en zones homognes d'un point de vue des choix de transport. La demande sera par la suite reprsente par des flux (de voyageurs/vhicules/marchandises) entre ces zones. Plus prcisment, les flux auront pour origine ou destination un nud reprsentatif de la zone appel centrode. Ceux-ci sont souvent placs au centre de gravit des zones mais peuvent tre dplacs. Ces points fictifs sont connects au reste du rseau par un (ou plusieurs) arc(s) appel(s) connecteur(s) de centrode. Selon le niveau de finesse recherch, et les donnes dont on dispose, on choisira un niveau de zonage pertinent en fonction des objectifs du modle. La reprsentation de la demande se fait traditionnellement dans un modle de dplacements par la construction dune matrice origines-destinations (OD) o l'on retrouve les flux entre zones. Selon les modles, la matrice OD sera elle-mme issue d'une dmarche de modlisation ou d'observations directes des flux. Quelle que soit la mthode retenue, nous verrons que le calage des modles de dplacements peut conduire revoir les choix et les rsultats raliss cette tape.

Pour la modlisation avec les Modules Stra de TransCAD, la matrice est directement issue d'observations via la ralisation d'enqutes de circulation [33]. Dans le chapitre 3, partie 4 - , sont disponibles des recommandations pour l'laboration de ces matrices.

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3.3 - Construction de la reprsentation de l'offreLa reprsentation de l'offre de transport est gnralement effectue en parallle de la demande. Il s'agit d'offrir une vision du systme de transport avec ses rseaux d'infrastructures et ses services. Aujourd'hui, les logiciels de planification des transports offrent des outils SIG intressants pour cette reprsentation. Le rseau d'infrastructures est gnralement reprsent par une suite darcs et de nuds correspondant aux sections homognes d'infrastructure et aux carrefours. Le codage des services de transport en commun varie quant lui selon les logiciels mais en gnral, les services sont caractriss par les temps de parcours, les frquences ou horaires de desserte des arrts et leur capacit. Nous verrons ici aussi que les choix initiaux effectus cette tape peuvent tre remis en cause au moment du calage des modles qui intervient juste aprs avoir constitu une premire reprsentation de l'offre et de la demande de transport.

3.4 - Calage d'un modleEn premire approche et d'un point de vue technique, le calage dun modle de dplacements peut se dfinir comme lensemble des processus d'ajustements des variables d'entre et des paramtres du modle, dans l'objectif de reproduire certains aspects de la ralit en comparant des variables de sortie des donnes observes. Dit autrement, il sagit, en ajustant les paramtres de la confrontation de loffre et de la demande modlises, dobtenir un niveau satisfaisant de comparabilit avec la situation observe en ralit. Il sagit d'une des tapes les plus consommatrices en temps de travail lors de la construction du modle. Elle est fondamentale dans la mesure o elle dtermine la qualit du modle. C'est pourquoi elle fait l'objet du prsent guide.

3.5 - Validation d'un modleSouvent nglige ou improprement confondue avec ltape de calage (par abus de langage, on pourra dsigner par calage la fois les tapes de calage tel que dcrit ci-dessus et de validation prsente ici), la validation consiste sassurer que le modle ragit correctement des variations des donnes dentre et quil est apte fonctionner en projection. Idalement, le modlisateur dispose pour cette tape dun jeu de donnes dobservations qui nont pas servi lors du calage. Il est alors en mesure de les utiliser pour valider le fonctionnement du modle. Il peut s'agir par exemple de deux annes diffrentes d'observation, avec un rseau qui a volu entre ces deux annes. En pratique, le modlisateur ne dispose pas la plupart du temps de suffisamment de donnes pour procder de la sorte, aussi ce guide proposera-t-il quelques recommandations pour s'assurer dans la mesure du possible de la qualit du modle sans pour autant procder une validation complte.

3.6 - Exploitation du modleLe modle de dplacements peut finalement tre utilis en projection, une fois celui-ci cal et valid. Le modlisateur pourra alors l'utiliser pour valuer des projets ou politiques de transport, en s'assurant chaque exploitation que son modle reste pertinent pour rpondre la question pose.


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4 - Synthse sur les objets du guideLe calage et la validation sont des tapes essentielles de la construction de tous les modles de dplacements. Le premier objectif de ce guide est de dresser un tat des pratiques de calage et validation des modles statiques de dplacements, au travers d'une revue bibliographique et d'un recensement des mthodes employes au sein du Rseau Scientifique et Technique (RST). Il propose galement un glossaire adapt au domaine de la modlisation et du calage des modles. Le second objet de ce guide, se limitant volontairement la classe des modles statiques d'affectation du trafic routier, voire celle des modles de ce type dvelopps avec les Modules Stra de TransCAD (que lon appellera plus simplement modle de trafic dans la suite du document), est daboutir des recommandations pour faciliter le travail des modlisateurs, en se basant sur lanalyse des bonnes pratiques, inventories dans la littrature ou recenses au sein du RST du Ministre de l'Ecologie, de l'Energie, du Dveloppement Durable et de la Mer (MEEDDM). Dans ce contexte, les tapes de construction de loffre et de la demande ne seront pas dcrites de manire exhaustive, mais leurs relations troites avec le calage dun modle nous permettront den souligner certains aspects, et parfois de renvoyer le lecteur vers dautres ouvrages appropris. Le guide se focalise volontairement sur une classe particulire de modle, mais tous les modles statiques, mono ou multimodaux, interurbains comme urbains, ont une tape daffectation. Aussi les recommandations de cet ouvrage pourront, pour la plupart, se gnraliser, ou tout le moins donner des ides, pour russir le calage dautres types de modles.

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Chapitre 2 Etat des pratiques

Chapitre 2 Etat des pratiques

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Aprs avoir prsent dans un premier chapitre comment s'inscrivait le calage dans le processus de construction d'un modle de trafic, en lien avec les objectifs d'utilisation de celui-ci, cette seconde partie dresse un tat des lieux des pratiques de calage. Elle s'articule en deux parties. La premire apporte les notions et concepts prsents dans la littrature scientifique. La deuxime partie fait tat des pratiques du Rseau Scientifique et Technique suite l'analyse d'un questionnaire adress aux diffrents modlisateurs du ministre. L'objectif est donc de dresser un tat de l'art des concepts et pratiques de calage des modles de trafic et d'identifier les lments critiques de la ralisation oprationnelle du calage.

1 - Revue bibliographiqueLes documents analyss selon une grille de lecture commune ont t choisis dans le but d'obtenir un panel le plus large possible de ce qui a t publi et effectu en matire de calage, par exemple : des documents de recherches scientifiques : thse de F. Leurent Analyse et mesure de l'incertitude dans un modle de simulation [2] ; des guides pratiques : documentation TransCAD [3] et manuels du Stra [4] et [5] guide des pratiques du Certu sur la modlisation des dplacements urbains de voyageurs [6]. La revue a ainsi port sur des ouvrages publis en interne et externe au ministre, en France (Prvoir la demande de transport de P. Bonnel [7]) et l'tranger (Manuel validation and Reasonableness Checking Manual FHWA) [8] et traitant de la modlisation diffrentes chelles : urbaine [6], interurbaine [3], [4] et [5] rgionale [8] .

1.1 - Le calage dans la bibliographieA travers ces diffrentes lectures, les dfinitions des grands concepts comme le calage, le calibrage et la validation ont pu tre tablies. Concernant ces dfinitions dj abordes dans le chapitre prcdent, il est intressant de noter que suivant le contexte dans lequel se trouve le modlisateur, de la recherche ou de l'oprationnel, quelques nuances apparaissent.

1.1.1 - La dfinition du calageAfin de ne pas mlanger les deux termes calage et calibrage, on dfinit tout d'abord le calibrage comme un des processus du calage : c'est le fait de dterminer des paramtres d'un modle partir d'un jeu de donnes observes. En consquence, le calibrage peut tre une des tapes du calage d'un modle. Quel que soit le contexte d'un modle, recherche ou oprationnel, l'tape de calage apparat toujours comme indispensable. Cependant, il existe des nuances que la littrature traduit dans les exemples prsents ci-dessous. Dans le domaine de la recherche, le modlisateur portera une grande attention la construction du modle ainsi qu' la dfinition des rgles thoriques le rgissant, alors que dans l'oprationnel, le modlisateur vrifiera les principes de base de construction de son modle par rapport aux objectifs et finalits qui ont t fixs avec le matre d'ouvrage. Les dfinitions releves dans la recherche bibliographique rendent compte de ces nuances. Ainsi, on relve dans les documents de recherches les dfinitions suivantes : le principe du calage dun modle est de parvenir reproduire un jeu de donnes en estimant un certain nombre de paramtres du modle , Prvoir la demande de transport, P. Bonnel [7] ; le calage consiste lajustement numrique des inputs afin de reproduire les observations , Analyse et mesure de l'incertitude dans un modle de simulation, thse de F. Leurent [2].

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Celles-ci font apparatre une premire dfinition du calage. L'analyse des documents tirs d'activits oprationnelles confirme ces premires dfinitions mais mettent en avant d'autres points qui relvent bien souvent des objectifs fixs au modle afin de rpondre aux questions et problmatiques souleves par le matre d'ouvrage : le calage est une opration relativement longue, ralise de faon itrative et consistant reproduire un jeu de donnes en calant et estimant un certain nombre dlments du modle. Ce travail peut tre ralis pour chacune des tapes qui constituent une chane de modlisation (gnration, distribution, choix modal et affectation par exemple pour un modle 4 tapes) . Recherche bibliographique sur les mthodes de calage, DREIF [9] ; par caler, on entend reconstituer au mieux les phnomnes rels (dbit, temps de parcours, flux originedestination, taux de correspondance pour un modle TC, rpartition modale pour un modle multimodal), ce qui impose de disposer de mesures propres chacun de ces critres pour les priodes considres . Modlisation des dplacements urbains de voyageurs Guide des pratiques, Certu [6]; le Manuel Validation and Reasonableness Checking Manual de la FHWA [8] fait galement ressortir la prise en compte du territoire et de ses caractristiques dans la dfinition du calage (calibration en anglais) : cet ouvrage souligne qu' cette tape, il s'agit d'ajuster les paramtres de telle sorte que les caractristiques de dplacements estims par le modle correspondent aux niveaux observs dans la rgion d'tude. (exemple : les paramtres de choix modal spcifiques un mode, qui doivent permettre de reproduire les parts modales observes).

1.1.2 - Deux concepts distincts : calage, validationDans tous les documents analyss, une notion commune a t mise en avant : la diffrence entre calage et validation du modle. Souvent confondus dans la pratique, la plupart des documents tudis notent et spcifient la diffrence entre ces deux tapes de la construction d'un modle d'affectation de trafic. le Manuel Validation and Reasonableness Checking Manual de la FHWA [8] dfinit la validation du modle comme l'tape au cours de laquelle il s'agit de comparer certaines prdictions du modle avec un jeu d'informations qui n'a pas t utilis lors de l'estimation du modle. Il s'agit d'une procdure lie au calage par itrations : vrification du modle par rapport aux estimations puis ajustement des paramtres jusqu' ce que les rsultats soient compris dans une certaine marge d'erreur. La validation permet galement, en situation de scnario, de vrifier la sensibilit du systme aux changements analyser, afin de s'assurer que les carts sont "raisonnables" ; dans le mme sens, le Travel Forecasting Guidelines (TFG) [10] de l'Etat de Californie prcise que la validation d'un modle 4 tapes consiste en la dtermination de la prcision relative et de la sensibilit du modle comme outil de prvision. . Les donnes de validation devraient tre diffrentes de celles utilises pour le calage. La validation peut inclure des tests de sensibilit aux donnes d'entre ainsi que des vrifications de la vraisemblance des paramtres du modle. Cette dfinition souligne galement le fait que cette tape n'est pas toujours mise en uvre par les modlisateurs, bien souvent par manque de donnes. De ce fait, soit cette tape n'est pas accomplie, soit elle ne l'est que partiellement. Les diffrences dans les dfinitions de la notion de validation montrent quel point celle-ci est peu claire : le rapport Recherche bibliographique sur les mthodes de calage ralis pour la DREIF [9] prcise que la validation d'un modle consiste comparer les rsultats de trafic modliss aux comptages. pour le guide des pratiques du Certu [6] en Modlisation des dplacements urbains de voyageurs, la validation consiste juger de la validit du modle pour savoir s'il est raliste et cohrent. enfin, pour P. Bonnel dans Prvoir la demande de transport [7], elle permet de sassurer que les rsultats produits par le modle sont conformes ce que lon connat lorsque lon fait varier certaines des donnes. le guide Travel Forecasting Guidelines [10] confirme qu'en pratique la signification de calage et validation a volu avec le temps. Ceci est spcialement vrai dans les rgions o les limitations financires (ou le manque de temps) empchent de mener des enqutes de transport, coteuses en argent et en temps. Dans la plupart de ces rgions les procdures de calage et validation sont devenues un seul et mme exercice. Sans des tudesChapitre 3 Recommandations sur les mthodes de calage et de validation Principes gnraux

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d'enqutes origines-destinations (OD) rcurrentes, nombres de modles sont cals en utilisant des valeurs par dfaut issues d'autres tudes et qui sont adaptes localement. Dans la partie 2, l'tat des pratiques rvlera que cette tape de validation n'est galement faite que trs rarement et qu'elle repose surtout sur une validation par le matre d'ouvrage en concordance avec les objectifs du modle fixs au dpart de l'tude.

1.2 - Mthodes de ralisation du calage1.2.1 - Une architecture du processus de calage rarement dfinieLes diffrentes lectures faites dans cette analyse bibliographique mettent en vidence qu'il n'existe d'architecture de calage ni systmatique, ni universelle, bien que les diverses techniques prsentes se rapprochent les unes des autres. L'explication la plus immdiate est lie la plupart du temps au type de modle utilis et aux objectifs qui lui sont fixs, et par consquent au degr de prcision attendu. Cependant, certaines lignes directrices se dgagent de ces diffrents ouvrages. Des efforts sont notamment ports sur la constitution du rseau (codage de l'offre de transport), de la matrice OD (bonne reprsentation de la demande de transport), avec une validation ou un contrle fait par des analyses aux comptages, sur des lignescrans ou encore sur des rpartitions de chemins pour une OD. Dans ce sens, dans la Recherche bibliographique sur les mthodes de calage [9] mene par la DREIF, les techniques de calage proposes visent modifier les paramtres d'entre (codage du rseau), les algorithmes et la matrice OD de sorte atteindre des objectifs fixs sur des indicateurs de calage. Pour caler l'affectation routire, le rapport recommande de : vrifier le codage du rseau ; calibrer la forme du cot gnralis, soit en utilisant des valeurs tutlaires comme celles prconises dans le rapport du groupe prsid par Marcel Boiteux en 2001, Transports : choix des investissements et cot des nuisances [11], soit en utilisant des enqutes de prfrences dclares ; valider les courbes dbit-vitesse en choisissant des courbes adaptes la zone et en codant les intersections de faon pertinente selon qu'elles dimensionnent ou non l'coulement du flux. Pour caler les matrices OD, le rapport recommande plusieurs tapes : caler sur des lignes-crans pour vrifier les volumes des flux, sur un zonage agrg ; caler sur des comptages pour ajuster la matrice sur le zonage fin (cela suppose de travailler avec une matrice dj relativement correcte). Par ailleurs, le Travel Forecasting Guidelines (TFG) [10] donne des analyses mener afin de reprer les points problmatiques du calage et d'atteindre un objectif de reprsentativit des trafics sur au minimum 10% des sections de routes principales reprsentes dans l'aire d'tude : pour le calage, le TFG prconise de procder une comparaison des affectations par type de voies, puis le cas chant de modifier les courbes dbit-vitesse par type de voies pour amliorer l'ajustement ; pour la validation, l'ide est de procder des analyses locales (lignes-crans, lien par lien, ...), puis d'identifier quelle tape a un impact (de mauvais rsultats sur une ligne-cran tmoignent d'un problme l'tape de distribution du modle, une mauvaise affectation sur un secteur d'un problme dans la gnration, ...). Les procdures dcrites peuvent en outre tre automatiques ou manuelles. Finalement, on ne retrouve pas dans la littrature de description complte d'une architecture de calage mais plutt une liste des diffrentes techniques mettre en uvre de faon itrative afin de s'assurer d'une certaine robustesse du modle.18Calage et validation des modles de trafic - Techniques appliques l'affectation routire interurbaine

1.2.2 - Des objectifs de reproduction des donnes observes diversifisLa difficult dfinir une architecture de calage est relier avec la diversit de la nature des modles de dplacements. Selon la nature des enseignements qui sont attendus du modle, des observations trs diffrentes devront tre reproduites correctement. Le calage peut donc avoir des objectifs trs distincts dun modle lautre. Deux sources de diversit principales ont t identifies : les variables de sortie que le modlisateur cherche reproduire ; les chelles danalyses auxquelles les vrifications sont effectues. Ces visions sous diffrentes approches de calage ou chelles doivent permettre au final au modlisateur de se prmunir de bon nombre d'incohrences dans la ralisation du calage du modle ainsi que de porter un regard particulier sur les points cls de cette tape afin de s'assurer de la concordance des informations fournies par le modle par rapport aux objectifs tablis en amont.

1.2.2.1 - Un regard diffrenci selon les variables de sortieL'ouvrage Modlisation des dplacements urbains de voyageurs - Guide des pratiques dit par le Certu [6] apporte une formalisation sur une vision globale du calage, et le dcompose en trois types de calage mener paralllement afin d'obtenir le meilleur rsultat possible : calage en dbit : c'est la pratique la plus dveloppe. Il s'agit de s'assurer que les rsultats de trafic correspondent aux comptages. Le guide prsente une distinction entre cart relatif et absolu. Ces carts permettent de prciser la qualit du calage ; calage en temps de parcours : il s'agit de comparer les temps modliss aux temps rels. Une notion de seuil d'acceptabilit est galement prsente bien que ce seuil soit difficilement reprsentatif, notamment du fait de la problmatique de congestion que l'on peut rencontrer en milieu urbain ; calage en flux origine-destination : cela consiste vrifier la rpartition entre les diffrents chemins d'une OD. Cette situation soulve des difficults particulires : si, comme le souligne la thse de F. Leurent Analyse et mesure de l'incertitude dans un modle de simulation [2], le calage tel qu'il est ralis dans la pratique consiste le plus souvent constater des carts entre l'observation et le modle localement, puis ajuster le modle pour rduire ces carts , comment garantir la cohrence entre les trois variables de sortie ? Si leffet de modifications du modle pour reproduire une des trois variables peut tre anticip, comment prvoir la raction dun outil complexe la tentative de reproduire trois variables simultanment ? Une rflexion a priori est donc conduire sur la hirarchie de reproduction des trois variables. F. Leurent [2] conseille par exemple de caler en priorit et dans la mesure du possible les temps de parcours, plus proches du critre de dcision (cot gnralis minimum) que le simple dbit.

1.2.2.2 - Un regard diffrenci selon les chellesD'autres ouvrages comme le manuel Model Validation and Reasonableness Checking Manual [8] de la FHWA mettent en avant non pas diffrents types de calage raliser comme le Certu mais un ensemble de stratgies de rsolution des problmes qui se prsente sous trois niveaux : global, corridor, local et transports en commun : au niveau global, il est principalement conseill d'analyser la construction de la matrice : ratios de gnration, donnes socio-conomiques, taux d'occupation des vhicules, pourcentages des dplacements intrazonaux, distribution de la longueur des dplacements, ... au niveau du corridor, la comparaison d'une affectation tout ou rien avec l'affectation contrainte de capacit sera pertinente, de mme qu'une analyse des chemins (ou chevelus). Il sagit de sintresser des OD spcifiques, et notamment lestimation de leur flux. Par exemple, certains centres d'activit majeurs peuvent tre mal positionns, mme si le total rgional de l'emploi est correct, et donc entraner des erreurs lors de la gnration qui se rpercutent sur la distribution. Les paramtres pris en compte lors de la distribution (classiquement la distance ou le temps de parcours) peuvent tre insuffisants pour reproduire les liens prfrentiels stablissant entre diffrentes zones : une correction par la mthode des facteurs K peut alors tre mise en uvre (cf. 1.2.3.3 - Ajustements statistiques bass sur les variables de sortie).

Chapitre 3 Recommandations sur les mthodes de calage et de validation Principes gnraux

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au niveau local, les attributs des liens seront vrifis, de mme que l'emplacement des connecteurs de centrodes. Des gnrateurs spcifiques peuvent avoir t omis. Enfin, les pnalits de mouvement tournant peuvent avoir t mal codifies. Ces trois chelles sont galement sources dinteractions potentielles. Le manuel Model Validation and Reasonableness Checking Manual [8] recommande de procder selon une approche descendante, avec des critres de vrification spcifiques : vrifications globales : vhicules.heures (vh/h) et vhicules.kilomtres (vh/km) parcourus par type de voies ou par classe de vitesses, vh/h et vh/km parcourus par mnage et par personne, somme des trafics sur des cordons ou des lignes-crans ; vrifications par corridor, bases sur le total des comptages sur une coupure ; vrifications par arc, bases sur les comptages. Les vrifications globales et par corridor permettent surtout d'analyser les donnes d'entre. La vrification par arc (et par type d'arc) doit permettre quant elle d'ajuster les paramtres d'affectation. Il est recommand de limiter au maximum les modifications des paramtres par arc, et plutt de travailler sur les types d'arcs.

1.2.3 - Des techniques de calage diversesP. Bonnel [7] souligne dans son ouvrage qu'il n'existe pas de procdure standard de calage. Les donnes pour caler les attributs des fonctions servant codifier les rseaux et dfinir les cots des liens ne sont pas toujours directement disponibles. Il n'en reste pas moins que diffrentes techniques de calage transposables sont proposes comme tant disponibles pour la plupart des exercices de modlisation de trafic. Ces techniques peuvent tre dcomposes en trois groupes : recherches et corrections derreurs ; ajustements statistiques bass sur la diversit des comportements des individus ; ajustements statistiques bass sur les variables de sortie. Toutes ces mthodes ont en commun la difficult suivante : elles ne permettent destimer quun nombre restreint de paramtres et devraient donc tre largement itratives. Par ailleurs, contrairement aux deux premires techniques, la troisime technique conduit une perte de pouvoir explicatif : elle ne devrait donc intervenir que dans les dernires tapes du calage du modle. Enfin, l'issue de toutes ces vrifications (donnes d'entre et affectation), se pose le question : Quand le modle d'affectation est-il cal ? Quels sont les indicateurs et critres de validation ? Bien que cette question semble primordiale, il n'existe pas de liste exhaustive d'indicateurs et de critres d'arrt (valeurs seuils) permettant de valider assurment la pertinence du modle. Il existe cependant certains indicateurs qui contribuent valuer lamlioration du modle, prsents dans la partie suivante.

1.2.3.1 - Recherche et correction derreursComme le soulignent Ortzar et Willumsen [12] dans leur ouvrage de rfrence sur la modlisation des transports, la premire piste dexplication dun mauvais calage du modle est rechercher dans les erreurs de dtermination des paramtres et variables dentre, par exemple lors du codage du rseau. Ils insistent ainsi sur l'importance de vrifier les donnes entres dans le modle pour dcrire l'offre de transport : Check and double-check the network (Vrifiez et re-vrifiez le rseau). Le manuel Model Validation and Reasonableness Checking Manual [8] dresse une liste de ces sources d'erreurs potentielles : erreurs de mesure ou de codification du rseau rsultant d'un contrle de la qualit des donnes insuffisant ; erreurs d'chantillonnage venant du biais introduit par la slection d'un chantillon d'observations dans la population ; erreurs de calcul ; erreurs de spcification dues une mauvaise structure du modle (omission d'une variable cl) ;

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erreurs de transfert lorsque des lments utiliss dans un contexte sont transposs un autre ; erreurs d'agrgation issues de modles reprsentant des groupes dindividus ou de mnages, alors que les comportements sont l'chelle de l'individu. En particulier, en ce qui concerne ltape daffectation, le manuel recommande dexaminer les points suivants : convergence de laffectation, notamment le nombre d'itrations ; paramtres de la courbe dbit-vitesse ; paramtres de conversion des trafics journaliers en trafics horaires ; facteurs de conversion d'units (de miles/h en km/h, par exemple) ; contraintes de vitesses minimum et maximum ; types de trafics prchargs (transit, poids lourds, trajets longs/courts, vhicule haute occupation, ...) ; modle de file d'attente au page. Selon le type de modle et ses objectifs, la littrature montre qu'il faut attacher plus d'importance certaines vrifications : dans le cas de modlisation interurbaine et notamment dans la prise en compte du transit, il est judicieux d'effectuer des vrifications des chevelus ; dans le cadre de modlisation quatre tapes, il est primordial de s'assurer chaque tape que ces erreurs soient matrises. Dans le cas contraire, elles se propagent au cours des ralisations des diffrentes tapes et le modle perd ainsi une grande prcision (cf. figure ci-dessous extraite de la FHWA [8]).1,2

Intervalle de confiance

1,1

1

0,9

0,8 Gnration Distribution Choix modal Affectation

Etapes du modle

Figure 1 - Reprsentation de la propagation de l'erreur au cours du droulement des tapes d'un modle

1.2.3.2 - Ajustements statistiques bass sur les comportements individuelsLapproche par correction et vrification derreurs, si elle constitue un pralable indispensable, peut savrer insuffisante. D'autres techniques peuvent alors prendre le relais pour le calage et notamment pour reproduire la fois des spcificits rgionales (par exemple dans des zones o le pouvoir d'achat est faible, on s'attendra une moindre utilisation des infrastructures page en moyenne) et la diversit des comportements individuels. Ces techniques sont typiquement mises en uvre pour caler certains modles de gnration, de choix modal ou de choix d'itinraires. En ce qui concerne le choix ditinraires, ces spcificits sont surtout relies larbitrage effectu par chaque individu entre le temps et le cot de parcours, capt par le concept de valeur du temps, qui permet de convertir un gain de temps en valeur montarise. Si des lments de cadrage sur la valeur du temps existent (cf. 4.5 Valeurs du temps vs. Malus : comment choisir ?), de fortes disparits rgionales peuvent intervenir dans sa


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distribution. Dautres lments traduisant les prfrences individuelles peuvent galement peser dans le rsultat, comme par exemple linfluence de la signalisation ou celle de linconfort dusage de certains types de routes, Dans les modles, cette diversit des comportements qui se retrouve dans diffrents endroits des modles de dplacement peut tre intgre de diffrentes manires telles que celles dtailles dans Pfeffer [13] : affectation lquilibre usager, selon le principe de Wardrop, avec segmentation de la matrice en classes dusagers ; affectation stochastique, fonde sur la thorie des choix discrets ; affectation bi-critre prix-temps avec distribution statistique des valeurs du temps, fonde sur la recherche des itinraires efficaces (dfinis par le fait que, pour un itinraire efficace de cot C et de temps de parcours T, il nexiste pas ditinraire ayant simultanment un cot C* infrieur C et un temps de parcours T* infrieur T). Dans ltude de F. Leurent [14] sur le page du tunnel du Prado Carnage Marseille, un cadre gnral de calibrage des valeurs du temps est dfini, fond sur la mthode du maximum de vraisemblance (cf. Chapitre 6 4.5 - Valeurs du temps vs. Malus : comment choisir ? pour une description dtaille). Ce cadre de calibrage peut sadapter diffrents types de modle : dans ltude en question, les valeurs du temps sont calibres pour diffrents modles de choix discrets et diffrents modles bi-critres. Dans le cas prsent, le calibrage est effectu sur des donnes dsagrges de prfrences rvles sur les choix ditinraires. Cependant lusage de prfrences dclares peut galement tre intressant, notamment lorsquune infrastructure page est ltude. Ce principe de calibrage est adapt certains cas prcis, notamment lorsquune infrastructure page est en concurrence avec une infrastructure dusage gratuit. Nanmoins, il sagit de veiller leffectuer au moment opportun lors de la ralisation du calage : avant une vrification complte des attributs du rseau, la description des alternatives serait fausse, ce qui crerait des biais dans loptimisation. Une autre difficult est lie au fait que cette technique noptimise pas simultanment tous les paramtres de laffectation, et notamment ceux lis la congestion. La cohrence entre les rsultats de loptimisation et laffectation effectue avec ces rsultats nest donc pas garantie. Ceci ncessite donc une planification amont du processus de calage, voire des procdures itratives.

1.2.3.3 - Ajustements statistiques bass sur les variables de sortieLe fondement de ce groupe de techniques est principalement reli lincohrence entre : les donnes servant dterminer les variables dentre (par exemple, la description de la demande), qui sont bases sur un chantillon trs faible de la population ; les donnes dobservation reproduire : on peut citer les donnes de comptages routiers, dont certains sont issus de relevs horaires sur toute lanne, dautres sur une semaine, Lide sous-jacente consiste utiliser une technique doptimisation (par exemple la mthode du gradient) pour dterminer les valeurs des variables dentre permettant de minimiser lcart entre les rsultats du modle et les donnes observes. Ce groupe de techniques est principalement employ pour corriger les matrices OD. Les plus rencontres dans la littrature sont illustres ci-aprs dans des encadrs montrant des exemples de mise en uvre tmoignant ainsi de leur champ d'application. Le chapitre 4 (cf. 4.3 - reviendra plus en dtails sur les principes rgissant la plupart des modules automatiques disponibles dans les logiciels de planification des transports, de redressement de matrice sur les comptages, tels que celui mis en uvre dans le premier encadr. Leur usage semble pertinent, car il permet didentifier clairement la matrice OD comme un lment important dans le processus du calage. Cependant, l'utilisation de ces mthodes ncessite des prcautions dusage, car le risque de procder des dformations arbitraires sans lien avec la ralit des comportements est lev. Or, la revue bibliographique reste trs limite sur les recommandations demploi de ces mthodes. Sans viser lexhaustivit, trois sources de complications sont identifies : la slection des comptages que le modle devrait tre capable de reproduire ; les interactions avec les autres paramtres du calage (ncessitant probablement une mthode itrative) ; le caractre non explicatif pouvant entraner des estimations irralistes.22


Ltude mene par la DREIF [9] permet galement didentifier une technique de ce type visant ajuster simultanment les paramtres du rseau et la matrice OD, pratique par Cofiroute. Si cette mthode permet de garantir une estimation cohrente de lensemble des variables et paramtres dentre, les rsultats obtenus ne sont pas systmatiquement ralistes et pertinents, notamment pour les paramtres du rseau, ce qui ncessite un important travail de vrification manuelle.

Ajustement de la matrice OD sur les comptages Cas du modle de la DREIF [9] En injectant en entre au modle de demande MODUS de la DREIF les variables dcrivant ltat de la situation actuelle (occupation des sols, description du systme de transport), les matrices obtenues en sortie des trois tapes (gnration, distribution, rpartition modale) simulent la demande de mobilit observe dans la ralit. Leur affectation permet ensuite de confronter les rsultats de la modlisation lpreuve des faits. Des carts plus ou moins importants apparaissent alors invitablement. Ils sont dus la non prise en compte de certains dplacements : flux touristiques, flux spcifiques lis certains ples gnrateurs de trafics non considrs, ou aux dfauts intrinsques de modlisation. Afin damliorer les rsultats de laffectation, l'opration de calage est alors ralise en deux temps : d'abord, un ajustement pralable des paramtres du rseau (temps de parcours vide, capacit pour les arcs routiers) est ralis lorsque cette intervention est justifie ; ensuite, on procde la dformation ponctuelle et progressive des matrices : on obtient des matrices cales au niveau de laffectation. Le calage est un exercice doptimisation sous la contrainte de conserver autant que possible la structure matricielle issue du modle : si les matrices cales et les matrices de sortie sont trs diffrentes, des problmes se poseront dans le cadre de lutilisation en scnario. La mthode doptimisation de la matrice OD partir des comptages est dcrite plus en dtails dans la suite du document ( 4.3 - Ajustement de la matrice).


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Technique du pivot ou report de calage Cas du modle de la DREIF [9] Recommandations du TAG Unit 3.10.3 [15] La DREIF [38] prsente dans son document la notion de report de calage, complmentaire au calage. Cette technique est rendue ncessaire lorsque la matrice utilise pour laffectation a t dforme (par exemple par un ajustement automatique sur les comptages) et est donc diffrente de la matrice issue des tapes prcdentes de construction du modle (par exemple un modle de gnration/distribution/partage modal). Le problme suivant se pose alors pour ltude de scnarios : comment utiliser les rsultats du modle de distribution pour projeter la matrice daffectation ? La solution propose consiste dterminer la matrice daffectation du scnario tudi comme une combinaison dun effet multiplicatif li au ratio de la matrice de distribution du scnario tudi sur la matrice de distribution en situation de calage et dun effet additif li la diffrence entre la matrice de distribution du scnario tudi et la matrice de distribution en situation de calage.

Figure 2 - Exemple de calage et report de calage Schma extrait de "Modus 2.1. Documentation dtaille du modle de dplacements de la DREIF"[9]

Une approche similaire est prsente dans TAG Unit 3.10.3 [15]. Elle fournit les lments de recommandation suivants : lutilisation du report de calage peut tre rendue ncessaire par une mauvaise spcification du modle de distribution. Dans ce cas, lapplication du modle de distribution en situation de scnario risque dtre une importante source derreurs ; nanmoins la mise en uvre dun modle de distribution correctement spcifi est trs dlicate ; une approche combinant donnes observes/donnes modlises est donc privilgier (notamment afin de remplir les cases vides de la matrice lies lerreur dchantillonnage), avec la mise en uvre dune technique de report de calage en situation de scnarios ; lutilisation dun modle de distribution absolu (sans report de calage) est rserver pour les cas o des modifications importantes des O/D sont prvisibles (forte modification de lusage du sol par exemple).

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Ajustement de la distribution laide des facteurs K Recommandations du TAG Unit 3.10.3 [15] TAG Unit 3.10.3 [15] (TAG par la suite) propose une alternative au report de calage : lintroduction de facteurs K dans le modle de distribution. Lide est fonde sur les limitations du modle de distribution classique, selon lequel la valeur dun flux de la zone i vers la zone j est uniquement lie trois paramtres : la quantit de dplacements mise par la zone i ; celle attire par la zone j ; la rsistance la distance ou au cot de transport entre i et j.

Or, la matrice dpend non seulement de la structuration spatiale du territoire, mais galement dautres facteurs (sont cits dans le TAG les choix antrieurs concernant la localisation et les dplacements). Linclusion de facteurs multiplicatifs de correction Kij, traduisant le lien prfrentiel de la zone i vers la zone j, permet de prendre en compte ces interactions omises par le modle synthtique. Lorsque la fonction de rsistance la distance est une exponentielle ngative, ces facteurs K peuvent tre interprts comme un paramtre additif au cot gnralis de transport. Ils sont galement utiliss en projection. Cependant, le TAG insiste sur le fait quil reste difficile dinterprter si les facteurs K traduisent rellement des facteurs omis ou si une sensibilit au cot de transport distincte selon les rgions devrait tre incluse. Ceci a des consquences en termes dlasticit qui sont dcisives en situation de scnario.

1.3 - Le modle est-il cal ?Diffrents indicateurs et critres montrant la qualit d'un modle et sa robustesse se dgagent la lecture des documents bibliographiques. Pour autant, dans la pratique, il apparat difficile d'affirmer qu'un modle est dfinitivement cal, tant donn qu'il fait souvent l'objet d'amliorations plus ou moins long terme, par exemple grce : des donnes d'enqutes plus rcentes et plus fines ; des informations sur la rpartition des modes, des chemins sur diffrentes OD ; une connaissance du rseau plus fine et mieux renseigne ; l'utilisation de courbes dbit-vitesse permettant une meilleure reprsentation des comportements selon le type de voiries ; ...

1.3.1 - Les indicateursCertains indicateurs de calage sont mentionns dans la majorit des ouvrages avec un accord sur des valeurs seuils retenir. On retient ainsi en synthse de cette revue bibliographique les indicateurs suivants : par ligne-cran, l'cart relatif entre trafics observs et modliss ; par point de comptage, les diffrences absolues et relatives entre trafics observs et modliss. Les rsultats peuvent tre prsents : soit sous forme de graphe, comme ci-aprs ; soit dans un tableau dans lequel on indiquera les carts maxima par type de voies.


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14000 12000

Trafics observs

10000 8000 6000 4000 2000 0 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000

Trafics estimsFigure 3 - Diagramme des flux estims par rapport aux flux observs

Types de voiesAutoroute Artre principale Artre secondaire Collectrice

carts relatifs FHWA+/- 7% 10% 15% 25%

carts relatifs MDOT+/- 6% 7% 10% 20%

Tableau 1 - carts relatifs maxima (trafics estims - comptages) par type de voies prconiss dans la FHWA (Federal Highway Agency) [8] et MDOT (Michigan Department of Transport)[16]

pour l'ensemble des comptages, le coefficient de dtermination R entre le trafic observ et le trafic affect. Le coefficient de dtermination est un indicateur qui permet de juger la qualit dune rgression linaire, simple ou multiple. Dune valeur comprise entre 0 et 1, il mesure ladquation entre le modle et les donnes observes ; pour l'ensemble des comptages et par type d'arcs, la racine carre de lerreur quadratique moyenne (RMSE : Root Mean Square Error) entre les trafics observs et affects pour tous les liens compts par type d'arc :

RMSE =

N i =1

(v ci v ai ) 2 / ( N 1)

N

i =1 ci

v /N

avec Vai les flux affects et Vci les comptages pour l'arc i. pour chaque point de comptage et donc de comparaison, l'indicateur GEH (appel ainsi d'aprs son inventeur : Geoffrey E. Havers), qui prend en compte la fois les erreurs absolue et relative, fournissant ainsi un bon indicateur entre flux affects et comptages observs par tronon. Cet indicateur, qui se rapproche dans sa dfinition du test Chi-deux, est conu pour tre tolrant pour les erreurs les plus importantes dans les faibles dbits.

GEH =avec f les flux affects et c les comptages.26

( f c) 2 ( f + c) / 2


Nous reportons ci-aprs dans un tableau les valeurs de seuils rencontres dans la littrature.Nom de l'indicateurEcarts relatifs des trafics

Champ de l'indicateurPar ligne-cran Par tronon Pour 85% des tronons dont le trafic est 2700 vh/h Pour plus de 85% des tronons Par ligne-cran

Valeur seuil

Documents

1020w Calage Et Validation Des Modeles de Trafic