Etude comparative de logiciels de simulation …journee2011.simulationdynamique.fr/.../2_CETE_LYON.pdf · 6 octobre 2011 Journée Simulation Dynamique 2011 CETE de Lyon - Olivier

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Journée technique du 6 octobre 2011 – Paris

Etude comparative de logiciels de simulation dynamique : leçons à tirer

Olivier Richard, Aurélien DuretCETE de Lyon / département Mobilités

2Journée Simulation Dynamique 20116 octobre 2011 CETE de Lyon - Olivier Richard & Aurélien Duret

Etude comparative de logiciels de simulation, leçons à tirer

Plan de la présentation

1 - Présentation des études de comparaison

2 - Comparaison des logicielsEnseignements méthodologiques sur les études de comparaison

Enseignement sur les cas théoriquesApplication à un cas de régulation

Enseignements sur le cas d'étude réel

3 - Recommandations opérationnelles

4 - Conclusion générale

36 octobre 2011 CETE de Lyon - Olivier Richard & Aurélien Duret

Présentations des études Enseignements Recommandationsopérationnelles Conclusions


Journée Simulation Dynamique 2011

Objectifs et démarche

Deux objectifs

• Identifier les possibilités et les limites de plusieurs logiciels(Aimsun, Dynasim, TransModeler, SymuVia)

• Améliorer les usages des outils de simulation dynamique

Démarche de travail

• Tests de performances sur des cas théoriques (« cas tests »)

• Comparaison des résultats sur un cas d'étude réel





Le contexte

Les acteurs : une étude collaborative du RST• Commanditaires

SETRA, CERTU, INRETS (maintenant IFSTTAR)• Réalisation

CETE de Lyon (pilotage)INRETS, ZELT ToulouseCETE Ouest, Normandie Centre, Nord Picardie et Méditerranée

Une étude en plusieurs temps• Etude initiale : généraliste

Initiée début 2009, terminée début 2011Une comparaison a priori des fonctionnalités, des « cas tests » généraux et

un cas d'étude réel

• Seconde étude : prenant en compte les enseignements méthodologiquesInitiée début 2011, en coursFocalisée sur la régulation dynamique





Les « cas tests »

« Cas tests » généralistes• Comportements en file• Propagation d'une file d'attente• Changement de voie• Insertion• Giratoires

« Cas tests » pour la régulation dynamique• Insertion sur voie rapide (pour la régulation d'accès)• Capacité en section courante (pour la régulation de vitesse)• Répartition par voie (pour la régulation de vitesse)

Qu'est ce qu'un « cas test » ? Un cas test est une combinaison d'un réseau, d'une demande et d'indicateurs de résultats en vue de tester la réponse du logiciel dans une configuration particulière :Par exemple : mesurer la file d'attente sur un feu en section courante en augmentant progressivement le débit.





Le cas réel : arrivée de la RCEA à Chalon sur SaôneInitialement une étude opérationnelleRéalisée en 2009 par le CETE de Lyon pour le compte de la DREAL Bourgogne.Visait à comparer différentes variantes d'aménagement à différents horizons de temps

Méthodologie pour l'étude de comparaison• Recueil de données spécifiques en Octobre 2009 • Modélisation par deux équipes avec Dynasim et Aimsun et par une équipe débutante avec Transmodeler de la situation actuelle et d'un scénario de réseau projet• Comparaison de résultats bruts et d'analyses faites par les équipes

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6 octobre 2011 Journée Simulation Dynamique 2011

Difficultés rencontrées● Différentes équipes de modélisation sur plusieurs sites différents Manque de cadrage méthodologique initial Manque de précision théorique sur les cas tests Pas de méthode d'analyse des résultats homogènes Sorties des logiciels pas toujours comparables

Enseignements méthodologiques sur les études de comparaison

Préconisations méthodologiques● Enoncer clairement les objectifs des cas tests● Décrire les cas tests avec le plus de précision possible● Expliciter les résultats attendus et les outils d'analyse utilisés





1. Objectif du cas-test

2. Présentation du cas-test− Description du réseau (offre)

Schéma du réseau Caractéristiques des voiries

− Decription de la demande Chronique des débits sur chaque entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules

− Définition des capteurs Lieu Variables mesurées

3. Résultats attendus− Etat de l'art

Etudes théoriques Etudes empiriques

− Description de la méthode d'analyse

Enseignements méthodologiquesNouvelle trame méthodologique

Trame proposée





Objectif du cas test

Enseignements méthodologiques









Nouvelle trame méthodologique

Trame proposéeTrame proposée Application à la régulation des vitessesTrame proposée







1. Objectif du cas-test1. Objectif du cas-test








Comment implémenter une régulation des vitesses?Quel impact de la mesure sur la capacité d'une section?Quel impact de la mesure sur l'utilisation des voies?










2. Présentation du cas-test2. Présentation du cas-test− Description du réseau (offre)


− Decription de la demande Chronique des débits sur chaque

entrée Composition du trafic Caractéristiques des véhicules





3000m

Capteur

Légende500m

• Demande initiale200 veh/h au début de la simulationpuis augmentation de 100 veh/h toutes les 5 minutes

• Composition du traficVéhicules légers uniquement

• Caractéristiques des véhiculesVitesse libre = 110km/hLongueur ~ 5m (pour une distance à l'arrêt d'environ 7m)













3. Résultats attendusRésultats attendus− Etat de l'art



Débits observés

Temps

% utilisation de la voie

Débits observés



Impact de la régulation sur la capacité

Impact de la régulation sur la répartition par voie





Enseignements sur les cas théoriquesConclusions sur les cas théoriques

• Différences dans les distributions de vitesses

• Difficultés à reproduire les comportements d'utilisation des voies

• Les paramètrages par défaut des changements de voie ne doivent pas être pris comme « cadre de référence » systématique

• Effort à produire dans le calage des comportements d'insertion





Enseignements sur les cas théoriquesConclusions sur la régulation des vitesses

Les analyses sont actuellement en cours...

Implémentation de la régulation des vitesses dans les outils: – ni Aimsun, ni Dynasim ne proposent un module de régulation dynamique

des vitesses– la régulation des vitesses s'implémente par un changement de

distribution des vitesses libres des véhicules

Impact de la régulation sur les niveaux d'utilisation des voies– Pour Aimsun, la régulation des vitesses : • baisse légèrement la capacité d'une section à deux voies• modifie légèrement les niveaux d'utilisation des voies

– Pour Dynasim, la régulation des vitesses : • n'a pas d'impact sur la capacité, sauf à partir de V<70km/h• ne change pas le niveau d'utilisation des voies





Enseignements sur le cas d'étude réel : les résultats brutsSituation actuelle avant et après calageGlobalement, les branches saturées et fluides sont les mêmes mais :Carrefour giratoire : des différences très importantes de temps de parcours entre les 3 logiciels mais une homogénéité par équipe travaillant sur le même logicielCarrefour Cortelin : des différences entre logiciels mais aussi entre équipes sur un même logiciel

Carrefour de Cortelin actuel

Une situation réelle difficile à décrireLa situation actuelle est en équilibre instable avec des effets de seuil importantsLa demande est très évolutive et le recueil de données n'a pas permis de décrire précisément le fonctionnement réel => absence de situation de référence pour départager clairement les logiciels





Enseignements sur le cas d'étude réel : les résultats bruts

Situation projetLe carrefour de Cortelin est remplacé par deux giratoires au fonctionnement plus stableRésultats : Les différences entre logiciels sont beaucoup moins prononcées qu'en situation actuelle et les résultats sont globalement similaires entre équipes travaillant sur le même logiciel.

Projet testé





Enseignements sur le cas d'étude réel : les analysesMéthodologie :Chaque équipe expérimentée a rédigé une note de synthèse des résultats à l'attention d'un maître d'ouvrage et ces notes ont été comparées entre elles.

Résultats de l'analyse de fonctionnement:Situation actuelle : les deux points noirs majeurs sont mis en évidence par toutes les équipes. Il y a quelques divergences sur l'importance et la localisation des autres difficultés. Il n'y a pas d'accord sur le fonctionnement du carrefour de Cortelin.Situation projet : les analyses des équipes convergent sur l'amélioration très nette de la situation. Les difficultés résiduelles sont globalement les mêmes.

Résultats des recommandations au maître d'ouvrage : Les recommandations finales sur l'aménagement testé sont exactement les mêmes pour deux équipes (travaillant sur deux logiciels différents) et très légèrement différentes pour la troisième équipe.





Conclusions sur la comparaison sur cas réelSituation instable :La simulation dynamique d'un réseau atypique en limite de congestion avec les mêmes données d'entrées peut donner des résultats différents selon le logiciel utilisé mais également selon les équipes

La simulation dynamique peut permettre d'identifier les points de blocage éventuels mais ne permet pas dans ce cas de prévoir le fonctionnement du réseau

Situation plus stable (en congestion ou en fluide) :La simulation dynamique d'un réseau plus classique en dehors d'une zone d'équilibre instable donne globalement les mêmes résultats quels que soient les logiciels utilisés

La simulation dynamique permet de prévoir le fonctionnement du réseau mais il faut rester prudent sur les valeurs numériques

Validité des logicielsL'absence de situation de référence complètement quantifiée rend difficile la comparaison des logiciels. Les performances des logiciels changent selon le type d'aménagement. L'influence de l'équipe de modélisation est très nette

Le travail d'analyse des résultats bruts de la simulation est primordial





Méthodologie générale d'une étude : le calage

Le modèleLe modèle

Réseau actuel

paramètres

Résultats de modélisation

- temps de parcours- vitesse- remontée de fileDemande actuelle

Conditions de trafic réelles





Méthodologie générale d'une étude : tests et analyse

Le modèleLe modèle

Réseau futur

paramètresDemande future

Analyse

Conclusions

Résultats de modélisation

- temps de parcours- vitesse- remontée de file





Préconisation recueil de donnéesRecueil de la demande :• Par combinaison de recueil automatique et d'enquêtes OD minéralogiques (cohérence)• Emploi d'un matériel adapté (radar ou plaques notamment) pour les postes délicats• Localisation des postes le plus possible en dehors de la congestion, prévoir une méthode de redressement si la congestion remonte en aval du poste.• Choix de la période d'enquête de manière à intégrer l'apparition et la disparition de la congestion. • Deux semaines minimum de recueil automatique, pas de temps de 15 minutes aux heures de pointe

Recueil des conditions de circulation :• Par combinaison de recueil automatique et manuel• Temps de parcours par exploitation de l'enquête minéralogique• Recueil automatique (vitesses et débits) sont très utiles mais attention aux effets de seuil• Reportage photo et/ou vidéo pour une compréhension qualitative du fonctionnement• Recueil de remontées de file à éviter en dehors de files « dures » et limitées spatialement• Temps de parcours par véhicule traceur difficilement exploitable

• La visite terrain aux heures de pointe est indispensable!





Préconisation calageUtilisation des cas théoriques










D2

D1

240m 600m

200m

600m

capt.1

capt.2

Entr e de capteuré

Sortie de capteur

L gendeé

Capteur






Préconisations sur l'analyse et la présentation des résultats

Les résultats du modèle ne sont pas la réalité révélée :La phase de traduction et de prise de recul sur les résultats par le prestataire est indispensable et primordiale.

Présentation de la méthodologie :• Donner les résultats de la reconstitution de la situation actuelle• Présenter la méthodologie et les incertitudes sur la prévision de la demande de trafic• Le cas échéant, effectuer et présenter des tests de sensibilité à la demande

Présentation des résultats:• Ne pas donner de réponses à des questions en dehors du domaine de validité du modèle• Adapter la précision des rendus à la fiabilité du modèle (attention à la variabilité inter réplications)• Privilégier les analyses comparatives entre scénarios de demande ou d'aménagements• Utiliser les visualisations en priorité pour expliquer des phénomènes

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Rigueur et modestieChoix d'un logiciel :• Les résultats d'une étude de simulation dynamique sont plus dépendants de la méthodologie que du logiciel utilisé• Les fonctionnalités diffèrent d'un logiciel à l'autre : élément déterminant du choix

Rigueur sur la méthode …Recueil de données, reconstitution situation actuelle, cas tests, calage, tests de sensibilité, etc.

… modestie sur les résultatsAnalyse des conditions de validité des résultats en fonction des sources d'erreurs possibles

(données d'entrée, calage du modèle, simplifications théoriques)

Choix d'un logiciel :• Les résultats d'une étude de simulation dynamique sont largement aussi dépendants à la méthodologie qu'au logiciel utilisé• Les fonctionnalités diffèrent d'un logiciel à l'autre : élément déterminant du choix

Dans tous les cas, la simulation dynamique apporte des réponses mais pas forcément à toutes les questions !

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[email protected]@developpement-durable.gouv.fr

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