Les modèles régionaux de transport sont limités lorsqu'il s'agit d'analyser la dynamique de circulation d'une intersection, d'un échangeur ou d'un corridor complexe de transport. Pour ce genre d'analyse, on a recours à un modèle de simulation microscopique de l'écoulement de la circulation, communément appelé microsimulation. Cette procédure permet de simuler les déplacements des véhicules selon le comportement individuel de chacun des conducteurs sur la route d'après leurs interactions avec les autres usagers et la signalisation. Dans le but d'imiter la complexité de la dynamique de circulation, l'écoulement du trafic est simulé à l'aide de combinaisons aléatoires de caractéristiques individuelles conducteurs - véhicules.
À quoi servent ces modèles?
Les modèles de microsimulation permettent principalement d'optimiser les aménagements routiers sur les plans de la géométrie et de la signalisation. Ils servent à valider les concepts et à maximiser la fluidité des flux véhiculaires en précisant et en corrigeant les problèmes potentiels avant la construction. Ils sont particulièrement utiles pour évaluer « en laboratoire » l'impact de l'implantation de nouvelles infrastructures, de nouveaux systèmes de contrôle ou de nouvelles politiques de gestion de circulation. Ces modèles trouvent application non seulement dans l'étude des problèmes de circulation, mais aussi dans les analyses touchant les systèmes d'information aux usagers de la route, les systèmes intelligents de transport, la gestion des interruptions de la circulation et les mesures de gestion des accès (ramp metering).
Exemples d'application
Quelle configuration d'un échangeur permettrait de minimiser ou d'éliminer le retard des usagers et la longueur des files d'attente?
Quel est l'impact, sur les temps de parcours de l'ensemble des usagers d'un corridor autoroutier, de l'implantation d'une voie réservée aux autobus?
Serait-il bénéfique, globalement, de permettre aux covoitureurs d'utiliser la voie réservée?
Si oui, avec combien de personnes à bord?
Peut-on améliorer la fluidité de la circulation sur une pente ascendante en aménageant une voie auxiliaire ou encore une baie de stockage afin de regrouper les poids lourds avant de leur permettre de monter en convoi?
Comment doit-on gérer la circulation pendant des travaux routiers afin de minimiser les inconvénients pour les usagers?
Est-ce que l'allongement de la voie d'accélération à tel endroit ou le doublage de la voie de virage à tel carrefour résoudrait le problème de file d'attente qu'on éprouve?
Quel sera l'impact de l'ouverture de tel centre commercial sur les échangeurs autoroutiers adjacents?
Par rapport à un réseau de transport actuel et à une demande qui augmente annuellement...
Dans combien d'années le réseau (ou une portion de réseau) ne suffira-t-il plus à la demande?
Quels endroits seront touchés en premier?
Les outils de microsimulation
Différents outils de microsimulation sont exploités au Ministère dont INTEGRATION et TRAF-NETSIM. Pour les problèmes concernant des systèmes routiers complexes, tels les grands échangeurs ou les longs corridors routiers, le Ministère a développé une expérience particulière avec le progiciel AIMSUN - Advanced Interactive Microscopic Simulator for Urban and Non-Urban Networks. Il permet de reproduire dynamiquement les conditions réelles de circulation d'un réseau urbain et autoroutier, à une échelle territoriale locale ou intermédiaire à la région métropolitaine. Il comprend aussi un éditeur graphique permettant l'importation des dessins d'ingénierie et de photos aériennes de même que l'arrimage avec les données provenant des modèles régionaux élaborés sous EMME/2 pour les grandes agglomérations du Québec.
Principaux résultats obtenus
Lors des simulations, AIMSUN compile des statistiques ou indicateurs de performance, exprimés en valeurs moyennes : le débit, la densité, la vitesse, le temps de parcours, le retard et le temps d'arrêt, les files d'attente, le nombre d'arrêts, l'émission de matière polluante, la consommation d'essence, etc.
Ces résultats peuvent être compilés pour un intervalle de temps ou pour un sous-ensemble de tronçons déterminé, par exemple par seconde, par section de route et par type de véhicules pour l'ensemble du réseau.
Pour codifier le réseau de transport à modéliser, dans AIMSUN, on utilise un éditeur graphique qui permet, en plaçant en arrière-plan une image ou une photo aérienne à l'échelle, de littéralement calquer les trois principaux éléments de géométrie du réseau :
les nœuds représentant les intersections et jonctions;
les sections qui relient ces nœuds en fonction du nombre de voies et des limites de vitesse;
et les centroïdes, lieux par où les véhicules entrent et sortent du réseau.
Le réseau est ainsi modélisé en prenant en considération les voies de virage, les zones d'entrecroisement et de divergence, les intersections, le contrôle des feux de circulation et la présence de voies réservées à des types particuliers de véhicules (ex. : covoiturage, autobus, camions).
On simule sur ce réseau les déplacements faits par tous les types de véhicules : autos, autobus et camions. Cette demande en transport est représentée par fines tranches de temps, typiquement des intervalles de 15 minutes, sous forme de matrices entre les points d'entrée et de sortie du système étudié. Ces matrices sont dérivées de comptages de circulation, d'enquêtes origine-destination locales, de relevés de plaques d'immatriculation à l'intérieur du corridor d'analyse ou des flux simulés à partir des modèles régionaux de transport de la région touchée.
AIMSUN simule le comportement du conducteur de chaque véhicule à l'aide de dix sous-modèles.
Poursuite : définit le comportement d'un conducteur en fonction de ceux des autres qui le précèdent sur la route, principalement celui du conducteur du véhicule de tête.
Poursuite en considérant deux voies : modifie l'application du modèle de poursuite en prenant en considération la présence des véhicules sur la voie adjacente.
Vitesse sur un tronçon : calcule la vitesse de roulement des véhicules en fonction de la vitesse maximale souhaitée, de la vitesse tolérée (Speed Acceptance) et de la vitesse permise.
Influence d'une pente : adapte l'accélération (la décélération) des véhicules en fonction du relief.
Changement de voie (Lane Changing) : identifie selon les conditions de circulation environnantes, quand un changement de voie peut ou doit s'effectuer.
Manœuvre de dépassement : détermine si un dépassement est souhaitable ou non et, dans l'affirmative, s'assure qu'il est réalisable.
Convergence dans une bretelle d'entrée : contrôle l'insertion des véhicules sur une autoroute.
Divergence vers une bretelle de sortie : contrôle la sortie des véhicules d'une autoroute vers une bretelle.
Préemption : choisit la voie où le conducteur doit se placer pour effectuer un virage situé à deux intersections en aval de sa position du moment.
Acceptation de créneau : détermine la priorité d'arrêt ou de cédez à accorder entre deux véhicules qui se dirigent simultanément vers une même intersection par des approches différentes. Ce sous-modèle, intégré dans plusieurs des autres sous-modèles, utilise la position et la vitesse relative de chacun des véhicules pour établir cette priorité.
Tous ces sous-modèles interagissent entre eux afin de reproduire le plus fidèlement possible le comportement des conducteurs et de leur véhicule dans des situations d'écoulement libre, de congestion (file d'attente) ou dans toutes situations intermédiaires. Le modèle est calé et validé de façon qu'il reflète bien les conditions de la circulation observées sur le terrain, principalement le débit, le temps et la vitesse moyenne de parcours sur les principaux axes.
Par la suite, on pourra étudier et comparer différents scénarios routiers en modifiant la géométrie du réseau et en y affectant la demande de transport pour l'horizon qui correspondra à la mise en place de ce projet.
Des outils complémentaires
Les microsimulateurs ne sont pas les seuls outils utilisés pour les études de circulation. Pour l'analyse fine de la capacité des éléments routiers, incluant les intersections, le Ministère exploite notamment le logiciel HCS (Highway Capacity Software). Il utilise également les progiciels SimTraffic (Synchro), Passer et TRANSYT pour l'optimisation des plans de feux de circulation.
Par ailleurs, le Ministère a commencé à expérimenter le progiciel DYNAMEQ pour l'analyse de la circulation dans des réseaux routiers sous-régionaux de moyenne ou grande taille sujets à des niveaux élevés de congestion. Le modèle repose sur un algorithme d'affectation d'équilibre dynamique simulant l'état de chaque voie de chaque tronçon routier à mesure que les véhicules progressent dans le réseau. Ce modèle constituerait un compromis intéressant entre les outils de microsimulation, lourds et très exigeants en données fines, et les modèles statiques régionaux qui donnent une bonne vue d'ensemble du réseau, mais ne tiennent pas compte de la dynamique locale de la congestion.
