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CETE Méditerranée DCEDI / TIM

Avril 2010 1/18

CETEMéditerranée

Avril2010

Tests de l'interface entre les logiciels de simulation de trafic AIMSUN et EMME

Simulation de trafic

Centre d'Etudes Techniques de l'Equipement Méditerranée

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Rapport

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CERTU

Tests de l'interface entre les logiciel de simulations de trafic AIMSUN et EMME

Simulation de trafic

date : Avril 2010

auteur : CETE méditerranée

responsable de l'étude : Nicolas DITCHI, DCEDI/TIM

participants : Isabelle Gossmann et Guillaume Fasquelle DAT/PPM

résumé de l'étude :

La présente étude financée par le CERTU a pour but de tester l'interface entre le logiciel de simulation de trafic AIMSUN et le logiciel de planification EMME. Ce module d'interface a été mis en œuvre pour importer dans AIMSUN un modèle EMME de Marseille réalisé par le service « prospective et planification de la mobilité » du CETE Méditerranée.

Les affectations de trafic dans les deux logiciels ont été comparées et ont donné des résultats très satisfaisants.

L'importation de ce type de modèle permet, après un travail d'affinage de la description du réseau, de réaliser dans certaines zones des simulations dynamiques. Plusieurs niveaux de modélisation peuvent être alors mis en œuvre (macroscopique statique, mésoscopique et microscopique) sur la base d'un réseau de voirie commun à chacune des approches.

Ce rapport pourra servir aux autres services du réseau scientifique et technique du ministère utilisant le logiciel AIMSUN comme le CETE de Lyon ou la DREIF. Enfin il pourra également intéresser tous les services qui utilisent des outils de modélisation du trafic statique ou dynamique.

nombre de pages : n° d'affaire : 09C000299maître d'ouvrage : CERTUréférence : devis n° C0 2009 D 343 du 16/12/2009

Avril 2010 2/18www.cete-mediterranee.fr


SOMMAIRE

1 CONTEXTE ...................................................................................................................................................... 4

2 LE MODÈLE EMME DE MARSEILLE ...................................................................................................... 4

3 LE LOGICIEL DE SIMULATION DU TRAFIC AIMSUN ........................................................................ 5 3.1 Introduction .................................................................................................................................................. 5 3.2 Module d'interface EMME - AIMSUN ....................................................................................................... 5

4 CAS DE L'IMPORT DU MODÈLE EMME DE MARSEILLE DANS AIMSUN ..................................... 8 4.1 Géométrie .................................................................................................................................................... 8 4.2 Attributs et fonction de coût ........................................................................................................................ 9 4.3 Matrices O/D .............................................................................................................................................. 11 4.4 Affectation statique du trafic dans AIMSUN ............................................................................................. 11

5 CONCLUSIONS ............................................................................................................................................. 18



1 ContexteLe CETE Méditerranée travaille depuis plusieurs années dans le domaine de la simulation microscopique. Plusieurs des modèles qu'il a constitués se basent sur des données issues de modèles de planification et d'affectation statique crées avec l'outil EMME.

L'outil utilisé pour les modélisations microscopiques est le logiciel AIMSUN.Ce logiciel combine plusieurs niveaux de modélisation des déplacements basés sur un réseau de voiries commun:– un niveau macroscopique statique– un niveau mésoscopique (dynamique)– un niveau microscopique(dynamique)

Un module supplémentaire d'AIMSUN permet l'interface entre les 2 logiciels. Cette interface offre, entre autres, la possibilité d'importer des modèles créés avec l'outil de planification EMME et donc de bâtir rapidement dans AIMSUN un modèle macroscopique statique pouvant servir à la création de modèles microscopiques dans des « sous-zones » du modèle de planification.

Cette étude a pour but:– de tester ce module d'import sur un modèle EMME de Marseille :

– import du réseau et de ses caractéristiques (fonctions de coût, paramètres, etc ...)– import des matrices de déplacements

– de détailler les fonctionnalités, les limites et les difficultés rencontrées– de comparer les résultats d'affectation statique produits par AIMSUN et par EMME– d'illustrer l'intérêt de disposer dans un même outil de différents niveaux de modélisation

2 Le modèle EMME de MarseilleLe service « prospective et planification de la mobilité » du CETE Méditerranée a élaboré depuis plusieurs années un modèle de planification sur la ville de Marseille. Ce modèle a été créé avec le logiciel EMME.Ce modèle a récemment été retravaillé pour uniformiser sa codification.Une seule fonction de coût (« Volume Delay Function » VDF) a été attribuée à l'ensemble des arcs du modèle. Cette fonction fait appel à trois attributs de chacun des arcs :

– @a : paramètre de type de voie (0,3 pour voie urbaine, 0,5 pour voie intermédiaire et 0,66 pour voie autoroutière)

– @v0 : vitesse à vide de l'arc– @capa : capacité de l'arc

Ces trois attributs sont stockés dans la « bank » EMME sous forme d'extra attribut, on y accède via les liens el1, el2 et el3.

La fonction VDF pour les liens est la suivante :

fd4=0*put(volau+volad)+0*put(el3)+0*put(get(1)/get(2))+60/el2*length*((1.1-el1*get(3))/(1.1- get(3))*(get(1).lt. get(2))+((1.1-el1)/.1)*get(3)*get(3)*(get(1).ge.get(2)))



Les connecteurs de centroides utilisent la VDF suivante :

fd1=2*length

3 Le logiciel de simulation du trafic AIMSUN

3.1 Introduction

Le logiciel de simulation de trafic AIMSUN est à la base un outil de microsimulation de trafic. Ces dernières années, il s'est enrichi de deux niveaux de modélisation supplémentaires :

– un modèle macroscopique statique d'affectation– un modèle dynamique mésoscopique

Le logiciel fournit désormais sur la base d'une même représentation du réseau de voiries trois niveaux d'approche de modélisation.

Un module supplémentaire du logiciel AIMSUN permet de s'interfacer avec plusieurs logiciel de planification (EMME, VISUM et SATURN).

Le logiciel AIMSUN permet de réaliser des scripts en langage Python pour manipuler tous les objets du simulateur. Cette fonctionnalité a été utilisée dans le cadre de ce test pour attribuer la bonne fonction de coût aux connecteurs de centroides (cf §4.2).

3.2 Module d'interface EMME - AIMSUNCe module permet de réaliser les actions suivantes :

– Traduction d'un modèle AIMSUN en un modèle EMME (géométrie, attributs, VDF et demande de trafic)

– Génération de fichiers d'entrée pour AIMSUN d'une affectation faite avec EMME (les résultats d'affection EMME sont intégrés dans AIMSUN pour réaliser des simulations dynamiques)

– Génération d'un modèle AIMSUN à partir d'un modèle EMME– Import export de matrices O/D– Utilisation des algorithmes EMME pour ajuster des matrices dans AIMSUN– Utilisation des algorithmes EMME pour générer des matrices « traversal » dans AIMSUN

Dans le cadre de la présente étude, seule la génération d'un modèle AIMSUN à partir d'un modèle EMME et l'import de matrices O/D ont été testés.

La figure suivante illustre l'IHM permettant l'import du réseau et des matrices vers AIMSUN.



Pour utiliser ce module, les logiciels EMME et AIMSUN et leur « dongle »doivent être installés sur le même PC.On crée un réseau vide dans AIMSUN.On spécifie la version de EMME (2 ou 3), la localisation du fichier EMMEBANK sur l'ordinateur ainsi que le numéro du scénario à importer. Les attributs classiques ul1, ul2 et ul3 sont directement importables via cette fenêtre, on spécifie ici vers quels attributs AIMSUN on souhaite les importer.A partir de cette fenêtre, on peut également importer les matrices disponibles dans la base de données EMME.



L'étape suivante permet de réaliser la correspondance entre les types de voies définis dans EMME et ceux définis dans AIMSUN.

Enfin la dernière étape permet d'importer les VDF associées aux liens et mouvements tournants.

Dans cette dernière partie, il faut spécifier la correspondance entre les variables utilisées dans EMME pour la formulation des VDF et leurs équivalentes dans AIMSUN.

Si la variable « lanes » est spécifiée dans le modèle EMME, AIMSUN créera automatiquement des sections dont le nombre de voies correspond aux valeurs de cet attribut.Dans EMME un seul lien représente des axes à sens unique ou à double sens, un attribut permet de distinguer les sens de circulation. Dans AIMSUN qui est à la base un modèle microscopique, chaque section ne possède qu'un sens de circulation. Le module d'importation va donc générer de façon automatique dans AIMSUN deux



sections parallèles dans le cas d'un lien à double sens.

4 Cas de l'import du modèle EMME de Marseille dans AIMSUN

4.1 Géométrie

L'importation de la géométrie du modèle EMME dans AIMSUN ne pose pas de problème particulier.L'outil d'importation du réseau donne de manière automatique un nom à chaque section créée qui dépend du numéro du noeud de départ et du noeud d'arrivée dans EMME, par exemple N217_N216 comme le montre la figure suivante.

Cette section représente le lien entre le nœud 217 et le nœud 216 dans EMME.

Dans le cas particulier du modèle de Marseille du CETE, la codification simplifiée du réseau dans l'outil EMME ne permet de générer qu'un réseau simplifié dans AIMSUN.Par exemple l'attibut « lanes », qui est censé indiquer le nombre de voies du lien, n'est pas renseigné. L'import de la géométrie par le module d'interface va créer que des sections à une voie.



Il n'y a également pas de courbure sur les liens du modèle EMME, les sections générées dans AIMSUN sont donc droites.

4.2 Attributs et fonction de coût

Les attributs qu'il faut nécessairement importer dans le modèle AIMSUN sont ceux nécessaires à la formulation des fonctions de coût (VDF).La fonction de coût utilisée dans EMME sur les liens est la suivante :

fd4=0*put(volau+volad)+0*put(el3)+0*put(get(1)/get(2))+60/el2*length*((1.1-el1*get(3))/(1.1- get(3))*(get(1).lt. get(2))+((1.1-el1)/.1)*get(3)*get(3)*(get(1).ge.get(2)))

L'expression « put » permet de mettre en mémoire la valeur entre parenthèses, ainsi les trois premiers termes de la fonction permettent uniquement de mettre en mémoire. L'expression « get » rappelle les valeurs mises en mémoire dans l'ordre d'apparition des « put » ainsi :

get(1) = volau + volad (volume affecté + volume additionnel)get(2) = el3get(3) = (volau+volad)/el3

« length » correspond à la longueur du lien en kilomètre, lt est une expression de test « less than » (inférieur à) et « gt » (supérieur à).

Les attributs classiques ul1, ul2 et ul3 (que le module d'interfaçage permet d'importer) ne sont pas utilisés dans la fonction de coût des liens dans EMME.

La fonction de coût utilise les liens el1, el2 et el3 vers des « extra attributs » des arcs :

• el1 pointe vers une variable appelée @a dont la valeur dépend du type du lien :◦ 0.3 pour les liens urbains◦ 0.5 pour les liens intermédiaires◦ 0.66 pour les liens autoroutiers

• el2 pointe vers une variable appelée @v0 qui est la vitesse à vide du lien• el3 pointe vers une variable appelée @capa qui est la capacité du lien.

Pour les importer dans AIMSUN, nous avons réalisé une copie des trois attributs dans les attributs ul1, ul2 et ul3 classiques.

Le module d'importation dans AIMSUN ne permet pas d'importer des valeurs décimales, nous avons donc multiplié par 100 la variable @a avant l'importation.

Cette valeur a ensuite été divisée par 100 sur toutes les sections du modèle AIMSUN en utilisant l'outil de modification d'attribut par lots.

Nous avons utilisé les attributs « user defined cost », « second user defined cost » et « third user defined cost » pour importer @a, @v0 et @capa.

Le module d'importation AIMSUN ne permet pas d'importer les VDF qui utilisent des « extra attributs » et des fonctions de tests type « lt » ou « gt ».



La fonction de coût fd4 a donc été réécrite dans AIMSUN en utilisant le formalisme du logiciel et les attributs AIMSUN ce qui se traduit sous la forme :

IF(LinkVolume(S)<LinkThirdUserDefinedCost(S);60/LinkSecondUserDefinedCost(S)*LinkLength(S)*((1.1-LinkUserDefinedCost(S)*LinkVolume(S)/LinkThirdUserDefinedCost(S))/(1.1-LinkVolume(S)/LinkThirdUserDefinedCost(S)));60/LinkSecondUserDefinedCost(S)*LinkLength(S)*10*((1.1-LinkUserDefinedCost(S))*LinkVolume(S)*LinkVolume(S)/LinkThirdUserDefinedCost(S)/LinkThirdUserDefinedCost(S)))

Cette fonction de coût a été ensuite appliquée à toutes les sections du réseau importé.

La figure suivante illustre la fonction de coût d'une section du modèle AIMSUN importé où :@a = UserDefinedCost = 0.3 (Voie de type urbaine)@v0 = SecondUserDefinedCost = 30 km/h (Vitesse à vide)@capa = ThirdUserDefinedCost = 900 UVP/h (Capacité)

Chaque connecteur de centroides possède également une fonction de coût dans EMME qui dépend uniquement de sa longueur :

fd1 = 2*length



Cette fonction a été traduite dans le formalisme du logiciel AIMSUN :

fd1 = 2*LinkLength(S)

Elle a ensuite été appliquée à tous les connecteurs de centroides importés en réalisant un script en Python dont voici le code :

# Entry code, the script starts here:

# Get the current model model = GKSystem.getSystem().getActiveModel()# fd1 ID = 266VDFFunction = model.getCatalog().find( 266 )

print "Function Id %d" % VDFFunction.getId()# Iterate over all the centroid connections in the network.centroidType = model.getType( "GKCentroid" )for types in model.getCatalog().getUsedSubTypesFromType( centroidType ):

for key in types:centroid = types[key]print"Centroidid %d"%centroid.getId()connectors = centroid.getConnections()if connectors != None:

for connector in connectors:#Changes macro functionconnector.setDataValueObject( GKCenConnection.vdfAtt, VDFFunction )

# Be sure that we reset the UNDO buffer after a non undoable modificationmodel.getCommander().addCommand( None )print "Done"

Il n'y avait pas de fonction de pénalisation de mouvements tournants dans ce modèle EMME.

4.3 Matrices O/DL'importation de la matrice O/D n'a pas posé de problème particulier.

4.4 Affectation statique du trafic dans AIMSUNUn scenario statique a été implémenté dans AIMSUN pour réaliser l'affectation de la matrice O/D importée du modèle EMME.Les critères de convergence ont été implémentés de la même manière dans les deux outils (Rgap<0,05%).

EMME converge au bout de 178 itérations contre 672 dans AIMSUN. Cependant les temps de calculs restent relativement faibles, de l'ordre de quelques minutes.

La copie d'écran illustre les cartes d'affectation obtenues dans AIMSUN.



Les résultats d'affectation des deux logiciels sont représentés sur les deux graphes suivants (le premier pour les volumes et le second pour les temps de parcours en unité de VDF).Il y a 1702 liens dans le modèle.En haut à gauche de chaque graphique, on trouve l'équation de la droite de régression linéaire ainsi que le coefficient R2.


0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 70000

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000f(x) = 0,99780x + 2,39821R² = 0,99923

Comparaison des volumes affectés par les deux logiciels

Volume EMME

Volu

me

AIM

SU

N


Le tableau suivant donne quelques éléments statistiques sur la comparaison des volumes affectés dans les deux outils.


0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 500

10

20

30

40

50

60

f(x) = 1,01282x - 0,13679R² = 0,99300

Comparaison des temps de parcours obtenus par les deux logiciels

temps de parcours EMME

tem

ps d

e pa

rcou

rs A

IMS

UN

nombre de liens 1702

28

13

11

72

71

147

302

nombre de liens où le volume affecté dans EMME est nulle

nombre de liens où le volume affecté dans AIMSUN est nulle

nombre de liens où la différence absolue entre les deux affectations est supérieure à

100 UVPnombre de liens où la différence absolue

entre les deux affectations est supérieure à 50 UVP

nombre de liens où la différence relative entre les deux affectations est supérieure à

20%nombre de liens où la différence relative

entre les deux affectations est supérieure à 10%

nombre de liens où la différence relative entre les deux affectations est supérieure à

5%


Les résultats obtenus sont très satisfaisants. Il semble donc intéressant d'utiliser AIMSUN pour réaliser des études où plusieurs niveaux de modélisation sont nécessaires.La copie d'écran suivante illustre la possibilité de créer des « sous zones » d'études et de générer des matrices (traversal matrix) et centroides spécifiques à cette zone. Ces zones peuvent faire l'objet d'une modélisation microscopique.


Génération d'une matrice traversal pour la zone en

pointillé

Matrice traversal

Sous zone

Centroides créés pour la nouvelle zone d'étude


5 ConclusionsL'objet de cette étude a été de tester le module d'interface entre AIMSUN et EMME pour importer des modèles initialement créés avec EMME.Un cas concret d'import a été réalisé sur un modèle EMME de Marseille. La codification de ce réseau (attributs non renseignés : nombre de voies, non utilisation des attributs ul1, ul2 et ul3) n'a pas permis d'utiliser de façon optimal ce module d'import.Ce modèle un peu ancien n'utilise que des liens qui ne respectent pas la géométrie réelle des voies.Le module d'import a également quelques lacunes dans l'import direct des fonctions de coût (VDF) un peu complexes (non prise en compte des test : si, inférieur à, supérieur à, ou logique etc …).L'utilisation d'une fonction de coût unique dans EMME a grandement facilité l'import du modèle dans AIMSUN.La traduction de la fonction de coût dans le formalisme AIMSUN n'a pas posé de problème même si le module d'import n'a pas permis une traduction automatique des deux VDF utilisées dans EMME.Les possibilités offertes par AIMSUN de changer des attributs par lots et de modifier ceux-ci par l'utilisation de scripts en Python ont également grandement facilité l'import et la codification du modèle EMME.

La comparaison des affectations dans les deux logiciels a donné de très bon résultats.

Il semble donc opportun d'utiliser un outil comme AIMSUN pour réaliser des études où plusieurs niveaux de modélisation peuvent être pris en compte sur un même réseau (macro statique, mésoscopique et microscopique). Les résultats de chacune des approches peuvent alimenter les autres (Par exemple les débits modélisés en microscopique peuvent permettre de retravailler les VDF du niveau macro statique).L'import d'un modèle EMME (ou autres : il existe d'autres modules d'import pour VISUM et SATURN) existant permet de disposer rapidement d'un modèle exploitable dans AIMSUN surtout si celui-ci a été implémenté avec un maximum d'informations comme cela est possible avec les dernières version d'EMME :

– description de la géométrie– implémentation de l'attribut nombre de voies

Quel que soit le niveau de détail du modèle macroscopique statique, les zones qui seront simulées en microscopique nécessitent d'être retravaillées :

– géométrie– description précise des nœuds (priorité, gestion par feux, etc ..)– voies réservées– prise en compte des transports collectifs– découpage de la demande de trafic en plusieurs classes de véhicules


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