FR2711000A1 - Dispositif de gestion de feux de carrefours. - Google Patents

Abstract

Le dispositif pour la gestion en temps réel de l'état des différents feux d'un carrefour comporte un module d'optimisation (6) mettant en œuvre l'algorithme PRODYN, qui sélectionne, à partir d'informations sur la détection en amont des feux du passage de véhicules, un prochain état de feux minimisant les files d'attente de véhicules aux feux du carrefour, ainsi qu'un module de prétraitement (5) qui détecte des particularités de circulation et corrige les informations transmises au module d'optimisation (6).

Description

La présente invention est relative à un dispositif de gestion de feux de carrefours.

Les dispositifs classiques de gestion de feux de carrefours sont habituellement programmés selon des cycles de circulation répétitifs et figés, qui ne prennent pas en compte le trafic en temps réel sur les différentes voies de circulation. Leur programmation est fonction de précomptages à partir desquels sont établies des lois de circulation statistiques.

Depuis plusieurs années, 1'ONERA-CERT (Office
National d'Etudes et de Recherches Aérospatiales - Centre d'Etudes et de Recherches de Toulouse) a développé un algorithme, appelé PRODYN, qui permet, en temps réel, d'optimiser la fluidité du trafic sur l'ensemble des voies d'un même carrefour. Une application de cet algorithme a notamment été décrite dans la publication suivante
Realization and Test of a prototype for real time urban traffic control - J.L. FARGES, 1.KAMDEM, J.B. LESORT.
Advanced telematics in road transport Vol. II.
Proceedings of the Drive Conference - Brussels, February 4/6-1991. Cet algorithme PRODYN consiste en une modélisation de la circulation, qui permet d'établir à partir d'un état de circulation donné à un instant T, des prédictions sur la circulation à un instant T + AT postérieur, en fonction des lois de programmation choisies pour les feux d'un carrefour.

Des dispositifs de gestion des feux d'un carrefour mettant en oeuvre cet algorithme existent déjà. Les carrefours gérés par ces dispositifs présentent des moyens pour la détection, en amont des feux, du passage des véhicules circulant sur les voies dudit carrefour et les feux sont commandés par au moins un contrôleur.

Un tel dispositif comporte - un module d'interface d'entrée relié notamment auxdits
moyens de détection - un module d'optimisation relié au module d'interface
d'entrée et traitant les informations qu'il reçoit de
celui-ci, de façon à sélectionner un prochain état des
feux minimisant les files d'attente de véhicules aux
feux du carrefour - un module d'interface de sortie relié au module
d'optimisation et au contrôleur, ce module d'interface
de sortie recevant du module d'optimisation des
informations de sélection d'état des feux et
transmettant au contrôleur des ordres de changement
d'états.

Toutes les cinq secondes, le module d'optimisation prédit pour chacune des lois de programmation envisageables pour le contrôleur, l'état de la circulation au carrefour soixante-quinze secondes plus tard, et choisit celle de ces lois de programmation qui permettra de minimiser la somme des files d'attente au carrefour, à l'issue de ces soixante-quinze secondes.

La présente invention propose quant à elle un dispositif de gestion présentant un fonctionnement amélioré par rapport aux dispositifs déjà connus pour la gestion en temps réel des feux d'un carrefour.

A cet effet, le dispositif de gestion selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comporte également - un module de prétraitement relié au module d'interface
d'entrée et au module d'optimisation, ce module de
prétraitement comportant, d'une part, des moyens pour
analyser les informations qu'il reçoit du module
d'interface d'entrée afin de détecter des
particularités de circulation, et, d'autre part, des
moyens pour générer en fonction de cette analyse des
corrections pour les informations transmises au module
d'optimisation par le module d'interface d'entrée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit d'un mode de réalisation particulier de celle-ci.

Cette description est purement illustrative et non limitative. Elle doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels
- la figure 1 est une représentation schématique en vue de dessus de deux carrefours successifs dont les feux sont commandés par des dispositifs conformes à ce mode de réalisation de l'invention
- la figure 2 est une représentation par schémas blocs d'un tel dispositif
- la figure 3 illustre schématiquement la commande que peut générer le dispositif de gestion de la figure 2 ;
- la figure 4 est une illustration schématique de la procédure d'initialisation du dispositif de gestion de la figure 2.

Les deux carrefours représentés sur la figure 1 ont été référencés par C1 et C2. Les feux F de chacun de ces deux carrefours C1 et C2 sont commandés par un contrôleur 1 qui reçoit ses ordres de changement d'états d'un dispositif de gestion D. A 200 mètres en amont de chacun des feux F, est disposée sur la chaussée une boucle 2 pour la détection du passage d'un véhicule. Des boucles 3 de détection de la présence d'un véhicule sont également avantageusement disposées sur la chaussée à la hauteur de chaque feu F.

Le dispositif de gestion D est constitué de plusieurs modules qui sont des cartes électroniques disposées dans un rack commun. Ce rack est un boîtier parallélépipédique dont les dimensions lui permettent d'être aisément installé dans un placard de contrôleur déjà existant.

Ce dispositif D comporte plus précisément ainsi qu'on l'a illustré sur la figure 2, un module 4 d'interface d'entrée, un module 5 de prétraitement de ces entrées, un module 6 d'optimisation algorithmique, un module 7 d'interface de sortie, un module 8 pour la communication avec les dispositifs de gestion d'autres carrefours, un module 9 pour la communication avec un poste central de contrôle extérieur 13, ou encore avec des terminaux portables 11 interrogés par des opérateurs se trouvant sur le carrefour, ainsi qu'un module 10 de paramétrage.

Le module 4 d'interface d'entrée reçoit par des liaisons filaires ou encore par des liaisons de type RS 232, une information binaire en provenance du contrôleur 1 et des boucles de détection 2 et 3 du carrefour.

Le contrôleur 1 transmet notamment au module 4 des informations relatives au fonctionnement des différents feux: retour de couleurs, fonctionnement en mode clignotant, etc.

Le module d'interface 4 reçoit également du contrôleur 1 des informations de fonctionnement plus générales : coupure de secteur, ouverture de l'armoire du contrôleur, extinction ou défaillance du contrôleur.

Les boucles 2 et 3 transmettent au module 4 des impulsions de détection du passage d'un véhicule. Le module 4 comporte des moyens lui permettant de déterminer, à partir d'une séquence d'impulsions reçue d'une boucle de détection 2 ou 3, le trafic sur la voie observée par cette boucle de détection, ainsi que le taux d'occupation de cette boucle par passage de véhicule.

On entend ici et dans l'ensemble du présent texte par "trafic" un nombre de passages de véhicules par unité de temps sur une boucle de détection et par taux d'occupation" la durée du passage d'un véhicule sur une boucle de détection.

Les impulsions d'une boucle 3 ne sont prises en compte par le module d'interface d'entrée 4 que lorsque le feu F correspondant est rouge. Elles signalent les véhicules en attente audit feu F.

Le module d'interface d'entrée 4 reçoit des informations en provenance d'autres éléments actifs. En particulier, il reçoit des informations en provenance de véhicules de transport en commun (bus, tramways) circulant en direction du carrefour et demandant le passage au vert des feux de la voie sur laquelle ils se trouvent.

Les informations sont acquises par le module d'interface d'entrée 4 par cycles de 25 ms et sont filtrées par intégration sur 100 ms, une information devant se retrouver quatre fois de suite pour être validée.

En sortie du module d'interface d'entrée 4, les informations sont transmises au module 5 de prétraitement des données et au module 6 d'optimisation algorithmique.

Le module 5 réalise un prétraitement qui analyse les données reçues pour générer, en fonction de particularités de la circulation, des corrections pour les informations transmises au module algorithmique 6 par le module d'interface d'entrée 4.

Conformément à un aspect avantageux de l'invention, le module 5 de prétraitement compare les taux d'occupation des boucles de détection 2 et 3 à des seuils prédéterminés et corrige, le cas échéant, les informations transmises au module d'optimisation 6, de façon à les rapprocher de la réalité de la circulation.

Si le taux d'occupation d'une boucle de détection 2 par un véhicule est supérieur à un seuil (par exemple de 2 secondes), cette détection est interprétée comme celle du passage d'un poids lourd et le module de prétraitement 5 génère pour le module algorithmique 6 des informations supplémentaires de trafic, de façon à tenir compte de la longueur qu'occupera le poids lourd dans les files d'attente aux feux F. Sans un tel prétraitement, le passage d'un poids lourd serait traité par le module algorithmique 6 de la même façon que le passage d'un véhicule normal.

Les boucles de détection 3 permettent de prendre en compte les véhicules qui quittent un emplacement de stationnement entre un feu F et la boucle de détection 2 en amont dudit feu. Si le taux d'occupation d'une boucle de détection 3 est supérieur à un seuil donné, par exemple de 5 secondes, on considére qu'il s'agit d'un véhicule qui quitte un stationnement et qui n'a pas été pris en compte par la boucle de détection 2 en amont. Le module de prétraitement 5 génère du trafic supplémentaire pour les informations envoyées au module de calcul algorithmique 6.

En effet, les véhicules qui arrivent sur un feu F en étant passé sur une boucle 2 sont pris en compte par le module algorithmique 6 à leur passage sur cette boucle 2, et ont en général un temps d'attente au feu F inférieur à ce seuil de taux d'occupation.

Le module de prétraitement 5 gère les défaillances de boucles de détection 2. Si l'une des boucles de détection 2 envoie sur le module 4 d'interface d'entrée une information de défaillance, le module de prétraitement 5 remplace les informations de détection de passage de véhicules relevées par cette boucle défaillante, par une information de trafic moyen.

Conformément à un aspect particulièrement avantageux de l'invention, ce trafic moyen est choisi comme étant la moitié du maximum de trafic observé par la boucle de détection 2 avant qu'elle ne devienne défaillante.

I1 est en effet apparu que le choix de cette valeur de trafic moyen permet, malgré la défaillance d'une des boucles de détection, de conserver une grande fluidité de trafic, aussi bien aux heures de pointe qu'aux heures creuses.

A cet effet, le module de prétraitement 5 comporte pour chaque boucle de détection 2 des moyens de mémorisation, ainsi que des moyens pour comparer par tranches de 5 secondes le nombre de détections de passages de véhicules relevées à la valeur maximum précédemment mémorisée et remplacer cette valeur lorsqu'un nouveau maximum est atteint.

I1 peut arriver que les boucles de détection 2 ou 3 ne s'auto-contrôlent pas de façon fiable. Le module de prétraitement 5 est susceptible de relever de lui-même les défaillances d'une boucle de détection 2. A cet effet, il compare le nombre de détections relevées par tranches de 5s à des valeurs seuil. Dans le cas d'une défaillance, ce nombre de détections subit des oscillations. Au-delà d'un seuil correspondant à une valeur de détection aberrante (passages de plus de trois véhicules pendant une durée de cinq secondes), le module de prétraitement 5 considère la boucle 2 de détection comme défaillante et génère le trafic moyen précité pour remplacer, dans les informations transmises au module d'optimisation 6, les informations en provenance de la boucle 2 défaillante.

Le module de prétraitement 5 peut également considérer qu'une boucle de détection 2 est défaillante lorsqu'elle ne détecte aucun passage de véhicule, pendant une durée importante, alors que les détecteurs immédiatement voisins détectent des passages de véhicules, ou encore, alors que l'on se situe à une heure de pointe et que des passages de véhicules devraient obligatoirement être détectés.

Le module 6 d'optimisation met en oeuvre l'algorithme PRODYN dont les principes généraux ont notamment été décrits dans les publications suivantes - J.L. FARGES, 1.KAMDEM, J.B. LESORT. - Realization and
Test of a prototype for real time urban traffic
control - Advanced telematics in road transport Vol.

II. - Proceedings of the Drive Conference - Brussels,
February 4/6-1991, p. 527-541 - HENRY J J. FARGES, J L. 1989, PRODYN, Proc. of the 6th
IFAC/IPIF/IFORS Symposium on Control, Computer and
Communication in Transportation, IFAC Symposia Series,
1990, N 12, Pergamon Press, Oxford, p. 253-255.

Le traitement que réalise le module algorithmique 6 est fonction du trafic relevé par les boucles de détection 2 et 3, ainsi que des paramètres transmis au module 6, par le module de paramétrage 10. Ces paramètres sont propres à chaque carrefour et consistent, par exemple, en des contraintes de choix supplémentaires imposées au module 6.

Ainsi, dans le cas du carrefour C2, qui est un carrefour du type 3 voies, dans lequel l'une des voies est une voie mineure où passent peu de véhicules, le module de paramétrage 10 oblige le module algorithmique 6 à choisir un état de circulation dans lequel le feu de la voie mineure est vert, dès lors qu'un seuil de nombre de véhicules en attente est dépassé sur cette voie mineure.

En effet, l'optimisation théorique du carrefour conduirait le plus souvent le module algorithmique à laisser la circulation sur la voie principale et à bloquer totalement celle de la voie mineure.

Egalement, en fonction du carrefour auquel il correspond, le module de paramétrage 10 impose au module d'optimisation algorithmique 6 des taux de dégagement de véhicules tenant compte des fluctuations de la vitesse des véhicules, et notamment de la différence de vitesse de dégagement entre les véhicules qui sont initialement à l'arrêt aux feux et les véhicules qui passent les feux en étant préalablement lancés. Le module d'optimisation 6 réalise à cet effet une discrimination entre ces véhicules dont la présence est détectée par une boucle 5 lorsque le feu est rouge, et les autres véhicules.

A partir de l'ensemble des données qui lui sont transmises par les modules 4, 5 et 10, le module d'optimisation 6 simule, en fonction des différentes lois de programmation d'états des feux envisageables, l'état de la circulation au carrefour 75 secondes plus tard. Il choisit ensuite comme prochain état de feux, celui des états de feux qui correspond à une loi de programmation permettant de minimiser à l'issue de ces 75 secondes la somme des longueurs de files d'attente aux feux du carrefour. Ce choix tient compte des contraintes complémentaires imposées par le module de paramétrage 10.

Les cycles de calcul sont de 5 secondes.

Les feux d'un même carrefour prennent en fonctionnement normal un nombre d'états finis qu'on a représentés sur la figure 3 dans le cas du carrefour C1 par état 1, état 2 et état 3. Dans le cas d'un contrôleur de type classique, celui-ci est préprogrammé pour passer à l'intervalle de temps figé ou évoluant éventuellement entre un minimum et un maximum en fonction du résultat de la détection de boucles au sol, de l'état 1 à l'état 2, de l'état 2 à l'état 3, puis de l'état 3 à l'état 1. Avec le dispositif D de gestion selon l'invention, le contrôleur 1 du carrefour C1 commande les feux de façon à ce qu'ils passent de l'un des états à un autre quelconque selon un séquencement qui est choisi par le module d'optimisation 6 pour que la fluidité de la circulation au carrefour soit optimale. Ce séquencement est illustré par les flèches qui ont été portées sur la figure 3.

A la fin de son cycle de calculs, le module d'optimisation 6 transmet au module d'interface de sortie 7 son choix de prochain état des feux. Pour commander le passage d'un état X à un état Y, ce module d'interface de sortie 7 renvoie sur le contrôleur 1 du carrefour, dans un premier temps, un ordre lui indiquant de se préparer à aller vers l'état Y, puis dans un deuxième temps un ordre lui demandant de quitter l'état X dans lequel il se trouve.

En se référant à nouveau à la figure 2, on voit que le module 7 d'interface de sortie est relié à un module de communication 9 auquel il transmet des informations relatives au choix du prochain état des feux.

Ce module de communication 9 envoie ces informations sur un poste de contrôle 13 externe (P.C., sur la figure 2) qui centralise les informations pour plusieurs carrefours d'un même secteur géographique.

Le module de communication 9 comporte des moyens permettant à un opérateur de l'interroger sur le carrefour à l'aide d'un terminal portable 11, pour lire le prochain état de feux choisi par le module d'optimisation 6, ainsi que d'autres informations telles que la valeur des paramètres qu'utilise le module d'optimisation 6, le débit algorithmique, les taux d'occupation des boucles de détection, etc.

Conformément à un aspect particulièrement avantageux de l'invention, le module de communication 9 comporte des moyens pour transmettre des informations à des moyens d'affichage embarqués 12 équipant des véhicules de particuliers ou des véhicules de transport en commun (bus, tramways). Ces moyens 12 d'affichage informent les usagers des prévisions d'états de la circulation sur les carrefours dont ils s'approchent. Ils les informent également des prochains changements d'états des feux. La liaison entre le module de communication 9 et les moyens d'affichage 12 est assurée par des moyens de communication binaire en radiofréquence.

Le dispositif de gestion D comporte encore un module 8 qui dialogue par voie filaire (type RS422) avec d'autres modules analogues que présentent les dispositifs de gestion d'autres carrefours. I1 transmet au module algorithmique 6 des informations relatives à la circulation réelle ou prévue sur les autres carrefours. il reçoit de celui-ci des informations analogues à celles que reçoit le module d'interface de sortie 7.

Un dispositif commun 14 synchronise les différents modules du système.

On a illustré sur la figure 4 la procédure d'initialisation de cette synchronisation. Cette procédure intervient lors de l'activation du dispositif de gestion
D. A la réception d'une information de retour de vert émise par le contrôleur 1 (signal S1), le dispositif D ouvre une fenêtre de réception pendant laquelle il attend de recevoir un bit de prise de coordination émis par le contrôleur 1. A cet effet, le module d'interface de sortie 7 transmet au contrôleur 1 un signal S2 de demande de prise de coordination. Ce signal de demande de prise de coordination est maintenu pendant un temps T attribué au contrôleur 1 pour que celui-ci fournisse sa réponse. Si le signal de prise de coordination (signal S3) est reçu dans cette fenêtre temporelle, il sert de temps zéro de synchronisation pour les différents modules du dispositif
D. Sinon, le signal S2 de demande prise de coordination est désactivé.

Claims (12)

REVENDICATIONS

1. Dispositif pour la gestion en temps réel de l'état des différents feux (F) d'un carrefour (C1,C2) qui présente des moyens (2,3) pour la détection, en amont des feux (F) et/ou à hauteur de ceux-ci, du passage des véhicules circulant sur les voies dudit carrefour, ces feux (F) étant commandés par au moins un contrôleur (1), ce dispositif comportant - un module d'interface d'entrée (4) relié notamment

auxdits moyens de détection (2,3); - un module d'optimisation (6) relié au module

d'interface d'entrée (4) et traitant les informations

qu'il reçoit de celui-ci, de façon à sélectionner un

prochain état des feux (F) minimisant les files

d'attente de véhicules aux feux (F) du carrefour (C1,C2); - un module d'interface de sortie (7) relié au module

d'optimisation (6) et au contrôleur (1), ce module

d'interface de sortie (7) recevant du module

d'optimisation (6) des informations de sélection d'état

des feux (F) et transmettant au contrôleur (1) des

ordres de changement d'états, caractérisé en ce qu'il comporte également - un module de prétraitement (5) relié au module

d'interface d'entrée (4) et au module d'optimisation

(6), ce module de prétraitement (5) comportant, d'une

part, des moyens pour analyser les informations qu'il

reçoit du module d'interface d'entrée (4) afin de

détecter des particularités de circulation, et, d'autre

part, des moyens pour générer en fonction de cette

analyse des corrections pour les informations

transmises au module d'optimisation (6) par le module

d'interface d'entrée (4).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le module d'interface d'entrée (4) comporte des moyens pour déterminer le taux d'occupation des moyens de détection (2,3) lors d'un passage de véhicule et pour transmettre ce taux d'occupation au module de prétraitement (5) et en ce que le module de prétraitement (5) comporte, d'une part, des moyens pour comparer ce taux d'occupation à des valeurs seuils et, d'autre part, des moyens pour générer, en fonction de cette comparaison, des corrections de la valeur du trafic.

3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les moyens précités du module de prétraitement (5) génèrent du trafic supplémentaire lorsque le taux d'occupation d'un moyen de détection en amont d'un feu est supérieur à un seuil, qui correspond à un seuil de détection du passage d'un poids lourd.

4. Dispositif selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que les moyens précités du module de prétraitement (5) génèrent du trafic supplémentaire lorsque le taux d'occupation d'un moyen de détection au niveau d'un feu est supérieur à un seuil, qui correspond à un seuil de détection de l'arret d'un véhicule.

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de prétraitement (5) comporte des moyens pour remplacer le trafic relevé sur une voie par un trafic moyen, lorsque l'un des moyens de détection (2) est défaillant.

6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que, pour détecter la défaillance d'un des moyens de détection (2), le module de prétraitement (5) comporte des moyens pour comparer le trafic relevé par ce moyen de détection pendant un intervalle de temps donné, à une valeur de consigne de trafic, ainsi que des moyens pour générer un signal de défaillance lorsque le trafic relevé s'écarte de la valeur de consigne d'une quantité supérieure à un seuil.

7. Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque moyen de détection (2) des moyens pour mémoriser le maximum de trafic relevé par ledit moyen de détection (2) et en ce que le trafic moyen par lequel on remplace le trafic relevé par un tel moyen de détection lorsqu'il est considéré comme défaillant est égal à la moitié de la valeur mémorisée pour le maximum de trafic.

8. Dispositif de gestion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un module de paramètrage (10) qui impose au module d'optimisation (6) des contraintes de choix complémentaires propres au carrefour (C1,C2).

9. Dispositif de gestion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module de paramétrage (10) impose au module d'optimisation (6) de libérer la ciculation sur au moins l'une des voies, lorsqu'un seuil de véhicules en attente sur cette voie est atteint.

10. Dispositif de gestion selon la revendication 8, caractérisé en ce que le module de paramétrage (10) transmet au module d'optimisation (6) des valeurs de taux de dégagement qui tiennent compte de la différence de vitesses de dégagement entre un véhicule à l'arrêt et un véhicule en marche.

11. Dispositif de gestion selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le module d'interface de sortie (7) comporte des moyens (7,9) pour transmettre à des unités d'affichage extérieures (12) des informations relatives aux états de feux (F) et/ou aux états de la circulation prévus par le module d'optimisation (6).

12. Dispositif de gestion selon la revendication 11, caractérisé en ce que des unités d'affichage (12) sont embarquées sur des véhicules.