Le domaine de la modélisation du trafic routier vise à comprendre son évolution. Dans les dernières années, plusieurs modèles du trafic ont été proposés dans l’objectif de géolocaliser les embouteillages au sein du trafic, détecter des motifs dans le trafic routier, estimer l’état du trafic etc. La plupart des modèles proposés considèrent le trafic routier en termes de ses constituants ou comme une entité agrégée en fonction de l’échelle choisie et expliquent l’évolution du trafic quantitativement en tenant compte des relations entre les variables de trafic comme le flot, la densité et la vitesse. Ces modèles décrivent le trafic en utilisant des données très précises acquises par différents capteurs. La précision des données rend son calcul coûteux en termes de ressources requises. Une des solutions à ce problème est la représentation qualitative du trafic routier qui réduit le nombre de ressources de traitement nécessaires. Puisque le trafic routier est un phénomène spatio-temporel, les modèles proposés pour représenter ce type de phénomène pourraient être appliqués dans le cas du trafic routier. Les modèles spatio-temporels, proposés par la communauté de l’Analyse Spatio-Temporelle, ont comme objectif la représentation d’un phénomène tant du point de vue qualitatif que quantitatif. Certains de ces modèles proposent une discrétisation des phénomènes modélisés en considérant un phénomène comme constitué d’entités. Appliquée au trafic routier, cette notion permet d’identifier différentes entités, comme les véhicules, les piétons, les bâtiments etc., qui le constituent. Ces entités influent sur l’évolution du trafic. Les modèles spatio-temporels qualitatifs définissent l’effet des différentes entités les unes sur les autres en terme de relations spatiales. L’évolution spatio-temporelle du phénomène modélisé est représenté par la variation temporelle de ces relations. La prise en compte des entités du trafic et des relations spatiales formalise une structure qui peut être représentée en utilisant un graphe, où les nœuds modélisent des entités et les arcs des relations spatiales. Par conséquent, l’évolution du trafic, modélisée via ce graphe, devient l’évolution du graphe et peut être représenté en terme de la variation de la structure du graphe ainsi que celle des attributs de ses nœuds et de ses arcs. Dans cette thèse, nous proposons une modélisation du trafic routier de ce type basée sur la théorie des graphes. Une des applications à la modélisation du trafic routier est la détection des motifs pertinents au sein du trafic. Dans les modèles du trafic existants, les motifs détectés sont statistiques et sont représentés en utilisant des caractéristiques numériques. Le modèle que nous pro posons dans cette thèse met en avant la structure représentant le trafic routier et peut donc être utilisé pour définir des motifs structurels du trafic qui prennent en compte des différentes entités du trafic et leurs relations. Ces motifs structurels sont sous-jacents à une modélisation sous forme de graphe dynamique. Dans cette thèse, nous proposons un algorithme pour détecter ces motifs structurels du trafic dans le graphe spatio-temporel représentant le trafic routier. Ce problème est formalisé comme celui de l’isomorphisme de sous-graphe pour des graphes dynamiques. L’algorithme proposé est évalué en fonction desdifférents paramètres de graphes. / For past several decades, researchers have been interested in understanding traffic evolution, hence, have proposed various traffic models to identify bottleneck locations where traffic congestion occurs, to detect traffic patterns, to predict traffic states etc. Most of the existing models consider traffic as many-particle system, describe it using different scales of representation and explain its evolution quantitatively by deducing relations between traffic variables like flow, density and speed. Such models are mainly focused on computing precise information about traffic using acquired traffic data. However, computation of such precise information requires more processing resources. A way to remedy this problem is to consider traffic evolution in qualitative terms which reduces the required number of processing resources. Since traffic is spatio-temporal in nature, the models which deal with spatio-temporal phenomenon can be applied in case of traffic. Such models represent spatio-temporal phenomenon from qualitative as well as quantitative standpoints. Depending on the intended application, some models are able to differentiate between various entities taking part in the phenomenon, which proves useful in case of traffic since different objects like vehicles, buildings, pedestrians, bicycles etc., directly affecting traffic evolution, can be included in traffic models. Qualitative spatio-temporal models consider the effects of different entities on each other in terms of spatial relations between them and spatio-temporal evolution of the modeled phenomenon is described in terms of variation in such relations over time. Considering different traffic constituents and spatial relations between them leads to the formation of a structure which can be abstracted using graph, whose nodes represent individual constituents and edges represent the corresponding spatial relations. As a result, the evolution of traffic, represented using graph, is described in terms of evolution of the graph itself, i. e. change in graph structure and attributes of nodes and edges, with time. In this thesis, we propose such a graph model to represent traffic. As mentioned above, one of the applications of existing traffic models is in detecting traffic patterns. However, since such models consider traffic quantitatively, in terms of acquired traffic data, the patterns detected using such models are statistical (a term employed by Pattern Recognition researchers) in the sense that they are represented using numerical description. Since graph-based traffic model proposed in this thesis represents the structure of traffic, it can be employed to redefine the meaning of traffic patterns from statistical to structural (also a term from Pattern Recognition community). Structural traffic patterns include different traffic constituents and their inter-links and are represented using time-varying graphs. An algorithm to detect a given structural traffic pattern in the spatio-temporal graph representing traffic is proposed in this thesis. It formalizes this problem as subgraph isomorphism for time-varying graphs. In the end, the performance of the algorithm is tested using various graph parameters.

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En France, dans un contexte d’accident technologique, les consignes de mise en sécurité de la population préconisent le confinement à défaut de l’évacuation, pour laquelle les retours d’expérience à l’échelle d’une ville sont rares. De plus, s’il existe de nombreux documents de gestion du risque et de crise, ces derniers n’intègrent que de manière très marginale la population automobile, pour laquelle l’évacuation demeure pourtant la solution la plus adaptée. Le (bon) déroulement d’un tel processus dépend à la fois de la stratégie mise en place par les autorités publiques (le cas échéant) et des dynamiques de déplacement, rythmées par les choix opérés par chaque automobiliste. En effet, certains comportements individuels peuvent générer des conflits en quelques points du réseau routier et contribuer ainsi à une augmentation du temps nécessaire pour évacuer les automobilistes présents sur l’ensemble du réseau exposé. Ce travail de recherche s’est attaché, par la simulation multi-agents, à développer une méthode capable de rendre compte, dans l’espace et dans le temps, des conséquences que pourraient engendrer telle ou telle stratégie d’évacuation, à Rouen (Normandie). À partir d’une modélisation des déplacements quotidiens, une série de scénarios d’évacuation a été testée, combinant la mise en place ou non d’itinéraires spécifiques, le maintien ou non de la signalétique et l’adoption d’un comportement impatient de conduite par un certain nombre d’automobilistes. L’efficacité de chaque stratégie, définie en termes de durée d’évacuation totale, est complétée par une analyse cartographique et dynamique des zones problématiques (saturées) du réseau rouennais. / In France, when an industrial accident occurs, the population confinement mainly prevails over its evacuation. Moreover, the latter suffers a lack of experience feedbacks, especially at the city scale. In addition, while numerous risk management and crisis documents exist, they marginally integrate the car drivers, for which evacuation does remain the most appropriate solution. The (good) progress of such a process depends both on (1) the public authorities’ strategy and (2) the choices made by each car driver during his trip. Indeed, some individual behaviors can generate conflicts in some points of the road network, and thus increase the duration of the whole network discharge. Thanks to the multi-agents simulation, we developed a method able to report the spatio-temporal consequences generated by different evacuation strategies, in Rouen (Normandy). Based on a daily travel model, a series of evacuation scenarios is tested, combining whether or not specific routes are set up, whether or not signage are maintained, and the adoption of an impatient behavior by some car drivers. The effectiveness of each strategy is defined by the total evacuation duration, and completed by a cartographic and dynamic analysis of the jammed areas of the Rouen network.

De nos jours, la pollution atmosphérique particulièrement issue du trafic routier en milieu urbain dans l’Union Européenne, a été associée à une augmentation de la prévalence des maladies respiratoires. Parmi ces maladies associées, l’asthme constitue aujourd’hui un réel problème de santé publique particulièrement chez les enfants. Cracovie, ville inscrite au patrimoine mondial de l’UNESCO, est un terrain d’étude pertinent dans la mesure où la source de pollution du trafic routier est prédominante et où des relations ont été établies entre la mauvaise qualité de l’air et le développement de l’asthme chez les enfants. Une démarche méthodologique pluridisciplinaire d’évaluation du risque sanitaire, combinant des approches de statistiques, de modélisation CALINE4 et d’épidémiologie à l’aide du système d’Information Géographique, a été élaborée afin de mettre en exergue des relations significatives entre la pollution issue du trafic routier et l’asthme infantile. Les plus forts Risques Relatifs Sanitaires ont été mis en évidence jusqu’à 300 m de la chaussée et particulièrement au niveau des axes routiers stratégiques de Cracovie, tels que les axes reliant les deux centres-villes historique et moderne de Cracovie ou ceux constitutifs de la rocade. Ces axes routiers traversent les quartiers les plus densément peuplés où résident aussi les plus fortes proportions d’enfants les plus vulnérables face à l’asthme. Ce résultat pourrait inciter le gestionnaire à intervenir pour améliorer le plan de déplacement urbain de Cracovie et d’autres villes avec des problématiques semblables afin de limiter l’impact de la pollution issue du trafic routier sur le développement de l’asthme infantile. / Nowadays, the air pollution particularly emitted from road traffic in urban areas in the European Union, was associated with an increased prevalence of respiratory diseases. Among these associated pathologies, asthma is now a real public health issue particularly among children. Cracow, a city declared as a UNESCO World Heritage, is a relevant field study insofar as the source of air pollution, the road traffic is predominant and insofar as relevant relationships were shown between poor air quality and the development of asthma among children. A multidisciplinary methodological approach of health risk assessment, combining statistical, modeling CALINE4 and epidemiological approaches using Geographic Information System was developed to highlight relevant relationships between air pollution generated by road traffic and childhood asthma. The strongest Health Relative Risks have been highlighted up to 300 m from the roadway and particularly on the strategic roads of Cracow, i.e. the roads linking the two historic and modern downtowns of Cracow or the constitutive road of the bypass. These roads pass through the most densely districts where also lives the highest proportion of children most vulnerable to asthma.These results could encourage the planner to review the urban transport plan of Cracow and other cities with similar problems, in order to limit the impact of road traffic air pollution on the development of childhood asthma.

Les services de livraison express font face au défi d’optimiser les routes de leurs véhicules alors que ceux-ci circulent dans un réseau routier où les temps de parcours varient en fonction du moment de la journée et où ils doivent répondre à l’arrivée dynamique de requêtes consistant à récupérer et livrer des colis. Notre but ici est de proposer une modélisation et une méthode de type heuristique pour résoudre ce problème. Nous commençons par explorer les travaux menés précédemment au sujet de l’arrivée dynamique des requêtes, des temps de parcours variables selon le moment de la journée et des collectes et livraisons dans les problèmes de tournées de véhicules. Ensuite, nous décrivons le problème de manière formelle sur le graphe du réseau routier avec des requêtes deux-points où l’objectif est de minimiser le temps total de parcours des véhicules et les temps de retard aux points de service et au dépôt. Par la suite, nous détaillons l’implémentation d’une méthode de résolution basée sur la recherche tabou utilisant une structure de voisinage basée sur la réinsertion d’une requête. Cette méthode utilise également la structure Dominant Shortest Path (DSP) qui considère plusieurs chemins alternatifs entre chaque paire de sommets, contrairement à l’approche traditionnelle où un chemin unique est fixé a priori. Finalement, nous testons notre méthode à l’aide de 390 instances générées de manière synthétique afin d’évaluer son efficacité ainsi que l’impact de certains aspects du problème et de la méthode de résolution. Les résultats démontrent une amélioration particulièrement importante due à l’utilisation de la structure DSP. / Express delivery services face the challenge of optimizing the routes of their vehicles while they are moving in a road network where the travel times vary according to the time of day in order to serve dynamic requests which consist in collecting and delivering parcels. Our goal here is to propose a model and a heuristic method to solve this problem. We begin by exploring previous work on the topic of the dynamic arrival of requests, timedependent travel times and pickups and deliveries in vehicle routing problems. Afterwards, we describe the problem formally on the graph of the road network with the objective of minimizing the total travel time of the vehicles and lateness at the service points and at the depot. Then, we detail the implementation of a solving method based on tabu search using a neighbourhood structure based on the reinsertion of a request. This method also uses the Dominant Shortest Path (DSP) structure which considers multiple alternative paths between each pair of vertices, unlike the traditional approach where a single path is fixed a priori. Finally, we test our method using 390 instances generated synthetically in order to evaluate its efficiency as well as the impact of certain aspects of the problem and solution method. The results show a particularly significant improvement due to the use of the DSP structure.

Ce travail analyse l'intégration de la dimension transport dans la production vivrière et sa commercialisation. Il reconstitue dans le cas de la Côte d'Ivoire la chaîne de transport en étudiant toutes les étapes du parcours des produits, depuis les champs jusqu'aux zones de consommation. En considérant l'écoulement des produits vivriers dans son environnement socio-économique, la thèse décrit et analyse d'abord les circuits de commercialisation, l'organisation des opérations de transport et les relations entre les opérateurs économiques et les stratégies mises en oeuvre. Identifiant ensuite les contraintes, les blocages et les enjeux correspondants, elle s'achève sur des propositions relatives à la contribution du transport pour assurer, dans de meilleures conditions économiques, l'approvisionnement des centres urbains, principaux débouchés de l'agriculture vivrière. Les contraintes résident dans les mécanismes réglementaires et le fonctionnement du transport routier de marchandises, dans les problèmes de surcoût et la non rationalisation des circuits, dans l'insuffisance des moyens de transport au niveau le plus bas de la hiérarchie du système de transport et des marchés en milieu rural, dans le caractère atomisé et dispersé de la production vivrière qui, ajouté à la faible accessibilité des zones de production, rend peu efficace l'organisation de la collecte et de l'évacuation des produits vers les marchés urbains et, enfin, dans la faiblesse de la trésorerie des commerçants privés. L'enjeu d'une bonne organisation du transport n'est pas seulement d'assurer la rentabilité des prestations des transporteurs mais aussi de permettre aux producteurs d'écouler plus régulièrement leurs récoltes et d'améliorer leurs revenus. Compte tenu de la part élevée du prix de transport dans les coûts de commercialisation, les grossistes s'approvisionnent en priorité dans les zones de proximité, ce qui pénalise les zones de production reculées. Au niveau des grands centres urbains de consommation comme Abidjan, le transport constitue un facteur de compétitivité et de concurrence. L'ouverture de la thèse sur les problèmes de la compétition entre produits domestiques et produits importés, cultures vivrières et cultures d'exportation permet d'analyser l'influence des aspects extravertis du système de production-commercialisation. Les produits importés comme le riz importé ainsi que les cultures d'exportation connaissent une meilleure organisation du transport assurant une meilleure utilisation des véhicules et des opérations de transport plus rémunératrices. Cette compétition se traduit bien souvent en terme d'offre de transport insuffisante pour les produits vivriers locaux. Des éléments d'action, prenant en compte non seulement le volet transport mais considérant aussi des aspects commerciaux, agricoles et institutionnels, sont élaborés afin d'assurer une bonne articulation entre le transport en zone de production (transport local) et le transport interrégional. Les propositions d'ordre organisationnel, technique et financier ont été formulées dans le but de rendre plus efficace l'ensemble du système production-commercialisation des produits vivriers et d'impulser par là une plus grande dynamique de développement en milieu rural.

La congestion en milieu urbain est un enjeu majeur que ce soit d’un point vue économique, social ou environnemental. À court et moyen terme, l’utilisation de la simulation dynamique du trafic routier peut permettre d’analyser et de guider des politiques d’optimisation des infrastructures existantes. Aujourd’hui, du fait de la complexité des systèmes de transport, les outils de modélisation classiques sont limités à des échelles géographiques peu étendues (de l’ordre du quartier). À grande échelle, le temps de calcul devient rapidement un facteur limitant tout comme le calibrage et la scénarisation. Néanmoins les dernières décennies ont vu l’apparition d’une nouvelle génération de modèles bien adaptés aux métropoles urbaines. Ceux-ci sont basés sur une relation phénoménologique entre la production de déplacements et le nombre de véhicules dans une zone spatiale d’un réseau routier, appelée Diagramme Fondamental de Zone (Macroscopic Fundamental Diagram, MFD). Cette relation, validée empiriquement sur de nombreuses villes, a permis d’étudier différentes méthodes de contrôle du trafic pour une ville entière, mais a été peu utilisée à des fins de prévision de la congestion. L’objectif de cette thèse est de proposer un premier outil opérationnel de simulation et d’analyse des grands réseaux de métropoles, en utilisant et développant les modèles de trafic basés sur la relation MFD. Cet outil doit posséder un cadre théorique cohérent qui puisse convenir à des applications telles que la prévision d’états de trafic, le développement de nouvelles politiques de contrôle, l’estimation de pollutions liées au trafic, etc. Les contributions de la thèse portent sur deux aspects. Le premier est l’analyse des propriétés mathématiques et physiques des modèles existants, en incluant une formalisation complète de la gestion de plusieurs longueurs de parcours au sein d’une même zone urbaine. En particulier, cette formalisation traite de la distinction des trajets internes à la zone et des problèmes de flux convergents et divergents pour les trajets traversant la zone lorsque la congestion se propage d’une zone à l’autre. Le deuxième aspect est la proposition d’un nouveau modèle basé sur la distance individuelle parcourue à l’intérieur d’une zone urbaine (trip-based). Cette approche permet d’individualiser les usagers (auparavant représentés sous forme de flux continus) et donc de définir plus finement leurs caractéristiques, en vue de coupler leurs déplacements à des modèles d’affectations sur différentes routes. Enfin, des exemples d’application illustrant diverses collaborations sont donnés en dernière partie de la thèse. La simulation du trafic sur l’aire urbaine du Grand Lyon (France) y est présentée, ainsi que de nouveaux modules de modélisation de la recherche de parking ou de contrôle périphérique. Cette thèse est partie intégrante d’un projet européen ERC intitulé MAGnUM : Approche multi-échelle et multimodale de la modélisation du trafic pour une gestion durable de la mobilité urbaine. / Congestion in urban areas has become a major issue in terms of economic, social or environmental impact. For short or mid term, using dynamic road traffic simulation can help analyzing and providing guidelines to optimization policies of existing infrastructures. Today, because of the complexity of transport systems, classical modeling tools are limited to small geographical areas (of a district size). Computational time, together with simulation calibration, are notably very constraining at large scales. However, a new generation of models designed for metropolitan areas has arisen over the past decades. These models are based on a phenomenological relationship between travel production and the number of vehicles in a given spatial area of a road network, known as the Macroscopic Fundamental Diagram (MFD). This relationship, supported by empirical evidences from several cities around the world, has allowed the study of different traffic control schemes at a whole city scale, but was rarely used for traffic state forecasting. The aim of this PhD is to propose an efficient modeling tool, based upon the concept of MFD, to simulate and analyze traffic states in large metropolitan areas. The theoretical framework of this tool must be consistent and applicable for traffic state forecasting, development of new control policies, traffic emission estimation, etc. There are two major contributions in this PhD. The first one is analyzing the mathematical and physical properties of existing models, and formalizing the dynamics of several trip lengths inside the same urban zone. In particular, this formalization distinguishes between internal trips and trips crossing the zone. Flow merging and diverging issues are also addressed when congestion propagates from one zone to another. The second contribution is proposing a new trip-based model based on individual traveled distance. This approach allows to treat users independently (previously represented with continuous flows), and thus to define their characteristics more precisely to couple their trips with assignment models on different paths. Finally, examples of application from various collaborations are given in the last part of this thesis. It includes a simulation study of the Grand Lyon urban area (France), as well as new modules to simulate search-for-parking or perimeter control. This PhD is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility.

L'analyse régionale est une investigation délicate puisqu'une région est un ensemble hétéroclite et complexe d'invariants et de paramètres, visibles ou invisibles, mobiles ou inertes, en relation continue et interdépendante. Cerner toutes les composantes spatiales d'une région donnée est presque du domaine de l'impossible; seulement, il faut que les facteurs pris en considération soient essentiels et déterminants et permettent donc de mettre en relief les principaux écarts et décalages qui caractérisent une région quelconque.<br />C'est ainsi que l'objectif qui a déterminé la démarche de notre étude a été d'essayer de dépeindre la configuration spatiale antérieure et actuelle de l'Algérie à travers sa partie orientale qui est "l'Est Algérien". Pour tenter d'y parvenir, nous avons pris en considération trois types de maillages qui sont les territoires (wilayas et communes), le réseau urbain (toute taille confondue) et le réseau des voies de communication avec la trame routière et le réseau ferroviaire. Pour chaque type de réseau (territoires, réseau urbain et voies de communication), il a été à chaque fois nécessaire de présenter son évolution depuis presque l'antiquité, d'étudier sa configuration actuelle puis de la confronter avec des modèles théoriques en utilisant des outils d'analyse et d'investigation mis au point dans ce contexte.<br />Il ressort cependant que quel que soit le réseau ou le maillage pris en considération, l'Est Algérien s'est toujours montré comme un exemple typique d'un espace qui présente des formes opposées identifiables quelle que soit la méthode d'analyse utilisée. Il en résulte ainsi que la région, c'est à dire l'Est Algérien, est dominée par deux systèmes spatiaux dualistes :<br />+ un système classique traditionnel caractérisant les régions périphériques (partie occidentale du Tell, sud des Hautes Plaines ou la Steppe, les Nememcha, la région du Hodna et l'Atlas Saharien) qui accusent souvent des retards et des décalages négatifs dans tous les domaines;<br />+ un système spatial hérité légué principalement par le pouvoir colonial et qui se présente globalement comme une région polarisée linéairement le long des principales voies de communication en reliant les villes les plus importantes.<br />Il s'agit en fait du modèle de la région anisotropique qui se présente sous la forme d'une succession de sous-régions polarisées autour de grands centres urbains et bien connectés par les voies de communication suivant un axe préferentiel. De part et d'autre de ce premier système hérité subsistent des sous-systèmes spatiaux marginaux.

Cette thèse analyse la portée et les limites de la politique nationale des transports collectifs urbains élaborée en 1976 par l'Etat fédéral brésilien. Elle met en évidence les grandes différences dans les résultats de cette politique d'une ville à l'autre. En particulier, on y procède à la reconstitution historique du processus d'élaboration et d'application des politiques locales de transports dans les villes de Recife et de Curitiba. Cette analyse permet de montrer que ce processus est compréhensible à partir de l'analyse des relations entre les acteurs des transports et de leurs interventions propres. Ces relations sont elles-mêmes tributaires des contextes économiques, urbains, politiques et sociaux locaux.

Cette thèse présente une nouvelle méthode, semi-automatique et hiérarchique, d'extraction du réseau routier urbain à partir d'images de télédétection de très haute résolution spatiale. La méthode est basée sur le modèle de rues développé dans cette thèse, et sur les deux outils mathématiques que sont l'analyse multirésolution et la transformée en ondelettes. Le modèle de rues intègre les propriétés radiométriques, géométriques et topographiques des différents types de rues présents dans les réseaux routiers urbains. Il est explicite et générique. Un modèle de réseau routier a également été élaboré. Il est basé sur des propriétés de connexité simplifiée et de hiérarchie du réseau. L'analyse multiéchelle des images, obtenue par une analyse multirésolution, conduit à l'extraction, hiérarchique, des bords des différentes rues du réseau. La modélisation de l'information à différentes échelles caractéristiques, par la transformée en ondelettes, permet d'en établir la topographie, c'est à dire d'en extraire les terre-pleins. Ces extractions s'effectuent par deux algorithmes multirésolutions et itératifs. Des critères quantitatifs d'évaluation ont été développés en liaison avec des cartographes urbanistes. Ils sont basés sur l'emprise et la localisation des rues, et sur des indices de connexité du réseau routier quadrangulaire. Cette méthode a été appliquée à des images de différentes résolutions spatiales et spectrales. Les rues ainsi extraites sont positionnées avec une erreur moyenne de 2 pixels quelle que soit la résolution des images originales. Cette méthode permet une automatisation partielle des taches de cartographie du milieu urbain.