Les systèmes de transports intelligents et les techniques de Communications

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Contexte, services et les applications des STI

Origine et définitions

Une grande partie de la technologie moderne des STI a été initialement mise au point pour des applications routières tels que le contrôle des feux de signalisation en zone urbaine nous pouvons citer : SCOOT (Split, Cycle and Offset Optimization Technique) [Robertson et Hunt., 1982][Robertson et Bretherton., 1991] et SCATS (Sydney Coordinated Adaptive Traffic System) [Sims et al., ] [Lowrie., 1982]. D’autres initiatives ont été prises par les campagnes de sensibilisation et de prévention routière comme : les sanctions aux violations du code de la route qui deviennent de plus en plus sévères, (exemple : des radars automatisés sont installés au bord de la route pour le contrôle de la vitesse excessive), l’intégration des moyens de protection à bord des véhicules et l’amélioration des infrastructures routières. Une autre solution parue dès le début des années 1990 est celle des Systèmes de Transport Intelligents (STI) (ou ITS pour Intelligent Transportation Systems). Le terme « STI » peut être interprété au sens large ou au sens étroit. L’expression « télématique des transports » désigne en Europe l’ensemble des technologies qui soutiennent les STI. Les STI englobent tous les modes de transport et tiennent compte de toutes les composantes du système de transport – le véhicule, l’infrastructure, et le conducteur ou l’utilisateur. [Ait-Ali., 2013].
Ces systèmes consistent en l’intégration des technologies de l’information et de la communication aux infrastructures de transport et aux véhicules permettant d’améliorer l’efficacité des systèmes de transport, la sécurité et le confort des usagers. Les applications de STI sont basées sur la collecte, le traitement et la diffusion de l’information et elles offrent divers services qui vont des applications basiques telles que la gestion des feux de signalisation, les panneaux à messages dynamiques, à des applications plus élaborées comme le paiement électronique, la gestion du trafic, la diffusion de l’information aux conducteurs et la gestion des urgences [Ait-Ali., 2013].

Contexte et services des STI

Les systèmes de transport intelligents est une expression générique utilisée pour décrire l’application intégrée des technologies de communication, de contrôle, et de traitement de l’information au système de transport. Nous trouvons les STI dans plusieurs champs d’activités : dans l’optimisation de l’utilisation des infrastructures de transport, dans l’amélioration de la sécurité (notamment de la sécurité routière) et dans le développement des systèmes de contrôle et de surveillance, ex. services d’information sur l’état du trafic et les sociétés de services de navigation. Les avantages offerts par ces systèmes permettent de sauver des vies, de gagner du temps, d’économiser de l’argent et de l’énergie, et de protéger l’environnement. L’utilisation des STI s’intègre aussi dans un contexte de développement durable : ces nouveaux systèmes concourent à la maîtrise de la mobilité en favorisant entre autres le report de la voiture vers des modes plus respectueux de l’environnement. Ils font l’objet d’une compétition économique serrée au niveau mondial [Faye et al., 2011].
Les STI englobent tous les modes de transport et tiennent compte de toutes les composantes du système de transport : le véhicule, l’infrastructure, et le conducteur ou l’utilisateur, qui interagissent d’une façon dynamique. L’activité principale des STI est d’améliorer en temps réel la prise de décisions, en collaborations avec des exploitants du réseau de transport et les autres utilisateurs. La définition comprend un vaste éventail d’approches et de techniques qui peuvent être mises en pratique au moyen d’applications technologiques autonomes ou sous forme d’améliorations apportées à d’autres stratégies de transport. L’information est au cœur des STI, qu’il s’agisse de données statiques ou en temps réel sur la circulation ou de cartographie numérique. Un grand nombre d’outils des STI sont fondés sur la collecte, le traitement, l’intégration et la diffusion d’information. Les données provenant des STI peuvent fournir de l’information en temps réel sur l’état actuel d’un réseau ou pour la planification des déplacements, ce qui permet aux administrations routières et aux organismes s’occupant des routes ainsi qu’aux exploitants routiers, aux fournisseurs de services de transport en commun et de transport commercial et aux voyageurs individuels d’utiliser les réseaux d’une manière plus éclairée, plus sécuritaire, mieux coordonnée et plus « intelligente » ou « ingénieuse » [Manuel1., 2013].

Domaines d’applications et utilisation des STI

Nous présentons dans ce qui suit les utilisations les plus récentes des applications des STI dans le domaine de la sécurité routière et de transports :
Améliorer la sûreté et la sécurité [Dobias& Baret, 2005]
La sécurité routière concerne l’ensemble des connaissances, dispositifs et mesures visant à éviter les accidents de la route ou à atténuer ses conséquences. Les STI peuvent contribuer directement ou indirectement à la sécurité routière, rendre le transport plus sûr et plus sécuritaire, développer les systèmes de surveillance et d’alerte « bord de voie » qui permettent d’alerter les usagers de la route d’une difficulté de conduite, maximiser sa capacité à contrôler et à réduire les impacts des désastres, tant naturels que d’origine humaine, p. ex., certaines applications de planification contribuent à la réduction des délais d’intervention des services d’urgence, et à la création d’itinéraires d’évacuation en cas de désastre et à l’établissement de la priorité d’accès à ceux-ci. Ils peuvent favoriser une réduction durable du nombre d’accidents et de leurs gravités en signalant les conditions et les situations dangereuses aux voyageurs, en intervenant dans la tâche de conduite. D’autres dispositifs permettent de protéger directement les usagers (protection des usagers.
Alléger la congestion [Manuel1., 2013]
La congestion constitue un problème majeur pour tous les réseaux de transport, et l’augmentation de l’efficacité des systèmes de transport existants est l’un des principaux objectifs des programmes de STI partout dans le monde. Les stratégies pour réduire la congestion sont : Mettre en place des systèmes de surveillances, de contrôles, dotant les réseaux d’instruments qui permettront d’améliorer leur exploitation en temps réel, en gérant la demande par la diffusion d’information juste à temps, et en encourageant la mobilité hors des heures de pointe ou l’utilisation d’autres modes de transport. Parmi les services de STI pertinents, mentionnons les suivants :
Outils de gestion du trafic permettant d’assurer l’efficacité maximale du réseau routier, notamment (surveillance des conditions de trafic actuelles et prévision coordination des feux de circulation, réactive aux condition de circulation, détection et gestion des incidents survenant sur le réseau routier; vidéos surveillance des points chauds de congestion.
Systèmes de paiement électronique, de contrôle d’accès et de contrôle du respect de la réglementation, notamment : tarification des routes, y compris le péage électronique et le péage de congestion ; reconnaissance des véhicules et systèmes de limite de vitesse.
Avantages sur les plans de la sécurité et de l’environnement [Manuel1., 2013]
Surveillance et gestion de la qualité de l’air, notamment : (détection et prévision de la pollution ; mise en œuvre de stratégies visant à atténuer les problèmes de qualité de l’air).
Systèmes de sécurité, notamment : (régulateur adaptatif de vitesse; détection et prévention des collisions ; systèmes de sécurité des véhicules; systèmes coopératifs véhicule-infrastructure).

Fonctionnement des systèmes de transport intelligents

La réussite d’une application des STI est liée à l’intégration de toutes les composantes des STI (interfaces d’échange de données, liens de communication et des différentes plates-formes) qui nécessite d’être ensembles comme un seul système intégré. Grâce à une planification rigoureuse, de bonnes communications et une coordination efficace des intérêts des partenaires intervenant que l’impact des STI se fera pleinement sentir.
À l’heure actuelle, un grand nombre des STI qui sont déployés sont des applications autonomes car il est souvent plus rentable à court terme de déployer une application individuelle sans se soucier de déployer les applications compliquées qui nécessitent le déploiement de tout le système intégré [Manuel1., 2013].

Technologies

Les STI se fondent sur trois technologies en pleine expansion [Jacobs., 2006] :
– les technologies de l’information : ces technologies se reposent sur les systèmes de traitement automatisé de bases de données.
– les technologies de la communication : elles regroupent les solutions de télécommunications qui permettent de collecter l’information, de la transmettre et de la diffuser à distance, soit par les émissions des radios FM, soit par ondes courtes ou infrarouge; plus récemment sont apparues de nouvelles technologies, telles que les communications dédiées à courte portée (DSRC) hyperfréquences ou infrarouge – utilisées pour le péage électronique (EFC), le WiFi et surtout la téléphonie mobile, dont la quatrième génération commence à se développer, ainsi que les communications par hyperfréquence.

Acquisition des données

Sources de données routières
Le secret de réussite d’une application STI dépend de la première étape qui concerne le bon moment et le degré d’acquisition des informations faibles. Un des éléments indispensables à plusieurs services des STI est la collecte en temps opportun de données exactes et fiables sur le débit de la circulation et l’état des routes. Les types de données sur la circulation sont classés en trois catégories : données ponctuelles sur le flux de circulation (exemple : vitesse moyenne), données sur les véhicules individuels (comme : type de véhicule), et données relatives à la circulation sur les liens (p. ex., temps de parcours moyen) [Manuel2., 2013].
Sources de données sur les véhicules
Le besoin de service de localisation et d’identification des véhicules au sein des applications des STI est très importante, non seulement pour le conducteur qui demande de se situer à des fins de navigation ou pour recevoir des renseignements sur le lieu où il se trouve, mais aussi pour l’exploitant de parc de véhicules qui souhaite effectuer le suivi des véhicules afin d’assurer la gestion du trafic de véhicules. Le service de localisation des véhicules est donc précieux pour les organismes publics lorsqu’il s’agit d’une localisation un véhicule en situation de difficulté, à des fins de secours ou problème d’arrestation. L’identification automatique des véhicules comprend l’utilisation de l’équipement installé sur l’infrastructure. L’utilisation des capteurs de véhicules basés sur l’AVI nécessitent l’installation d’équipement approprié sur l’infrastructure (il peut s’agir de balises installées en bordure de la route qui décèlent les véhicules dotés d’un badge ou d’un transpondeur qui peuvent être reconnus, ou de lecteurs de plaques d’immatriculation dotés de caméra, qui font appel à des techniques de traitement d’images). La localisation automatique des véhicules (AVL) est basée sur des systèmes de navigation globale par satellite (GNSS). Les deux méthodes AVI et AVL sont les plus utilisées dans la récolte des sources d’informations sur les véhicules [Dobias& Baret, 2005].
Sources de données sur le réseau de transport
Le plus intéressant au monde public en plus des données relatives à la circulation et aux véhicules, c’est les données sur les réseaux de transport mêmes. En raison que ces applications nécessite des bases de données détaillées et fiables sur les liens, les nœuds et d’autres caractéristiques des réseaux, alors des budgets considérables doivent être investies dans les données sur les réseaux de transport. Ce service est basé sur un système de géo-référencement solide qui contient les références détaillées à des cartes et plans, à des photographies aériennes et relevés sur le terrain. L’enregistrement vidéo du réseau effectué à partir d’un véhicule, est souvent utilisé, afin de réduire le temps requis sur le terrain [Manuel2., 2013].

Obtention des informations : Traitement de données

Information sur la circulation et les voyages
Il existe plusieurs sources pour accueillir des données, mais pour obtenir des informations fiables et exactes, il nous faut un traitement et un filtrage sur les données rassemblées. Exemple l’information sur la circulation peut être obtenue de nombreuses façons et à partir de nombreuses sources simultanément (le centre de gestion des transports en commun, l’organisme responsable de l’entretien du réseau routier, le service de police, etc). Par conséquent, au centre de gestion du trafic ou de gestion du transport, il faut traiter ces données, en commençant d’abord à vérifier l’exactitude, corriger les renseignements contradictoires, organiser les données dans des formats compatibles, et les combiner aux données provenant d’autres organismes Ce processus est connu sous le nom de « fusion de données » [Manuel2., 2013]. Parmi les applications importantes de traitement de données consiste à fournir aux utilisateurs des renseignements courants sur la circulation et/ou des données sur les temps de parcours prévus (PIT), cette information peut être diffusée non seulement sur des panneaux à messages dynamiques (PMD) mais aussi par le biais des médias, de dispositifs embarqués comme le Trafficmaster.
Détection automatique des incidents
La détection automatique des incidents (AID) est une autre approche qui fait le traitement de données à base des algorithmes évolués. Cette méthode de détection est liée à l’infrastructure, elle consiste à effectuer un traitement informatique appliqué aux données de circulation recueillies au moyen de divers détecteur. Pour déterminer la présence d’un incident, les données d’entrée provenant du système de détection sont vérifiées à l’aide d’un algorithme. Les algorithmes qui ont été mis au point comprennent un certain nombre de méthodologies. La confirmation de la fin d’un incident est aussi importante que la détection précoce. Il est essentiel d’indiquer de façon fiable le début et la fin d’un incident afin d’éviter que les conducteurs ne reçoivent de fausse alertes qui mineraient leur confiance à l’égard des systèmes liés aux STI [Manuel2., 2013].

Communications et échange de données

Le choix d’un moyen de communication adéquat dans une application de STI à une relation décrite à la réussite de cette application, en d’autre terme la méthode de communication utilisée est en fonction des applications particulières des STI. L’industrie des télécommunications a mis au point plusieurs technologies évoluées, et les spécialistes des STI tirent rapidement profit de ces développements pour établir des réseaux à haute vitesse, à faible temps d’attente, à multiplexage et commutés. En général, le coût d’installation des moyens de communication de données sur les STI augmentent en fonction de la quantité de largeur de bande, ce qui détermine le volume de données qu’il est possible de transmettre simultanément (paquets, image, vidéo .etc..) [Manuel2., 2013].
Communications fondées sur l’infrastructure
Il est nécessaire d’avoir recours à la communication de données, à la fois la collecte de données et la diffusion de l’information. En terme d’infrastructure, l’équipement de communication fixe est le plus fréquemment utilisé, comme les câbles de cuivre ou à fibres optiques. Les données acquises au moyen de sources fixes, comme les détecteurs au niveau du sol et la caméra en circuit fermé (CCTV), sont transmises à des centres des opérations (qui les retransmettent par la suite) au moyen d’une combinaison de communications fixes et de communications sans fil, selon les conditions propres au site. Au niveau des véhicules, les communications sans fil sont de mise. Par conséquent, l’information provenant de sources mobiles, comme les patrouilles aériennes, et l’information provenant des équipements embarqués de traitement de données, telles que les coordonnées établies au moyen du GNSS, doivent être transmises aux centres d’exploitation, au moyen de communications sans fil. Comme exemple nous citons la technologie de communication sans fil à courte portée DSRC (Deticated Short-Range Communications) que nous allons détailler dans le suivant chapitre [Belarbi., 2004].
Communications mobiles
Quant aux véhicules, les communications sans fil jouent un rôle essentiel dans diverses fonctions des STI. Par exemple, les incidents de circulation sont signalés directement au moyen de téléphones cellulaires par les conducteurs circulant sur les routes. Jusqu’à récemment, les téléphones de voiture étaient des appareils analogiques (une caractéristique des communications de première génération, 1G) qui ne permettaient pas de communiquer des données. Les terminaux numériques mobiles (MDT) sont utilisés depuis plusieurs années à bord des voitures de police, de camions et d’autres véhicules spéciaux pour la communication de données. De nos jours, les téléphones cellulaires et les autres systèmes de communication personnelle (PCS – p. ex., les téléavertisseurs) [Belarbi., 2004].
o Diffusion de données
Les renseignements concernant la circulation et d’autres informations connexes (état de la route, places de stationnement disponibles, parcs relais, etc.) peuvent être diffusés par les pouvoirs publics afin d’améliorer la qualité de l’environnement, l’efficacité, et la sûreté des transports ou par des fournisseurs de services du secteur privé qui perçoivent des recettes issues de la publicité et/ou de frais imposés aux utilisateurs finaux [Manuel2., 2013]. Les équipements fixes et les terminaux mobiles sont les deux principaux modes de diffusion de l’information sur la circulation et d’autres renseignements pertinents. Les équipements fixes, qui sont utilisés en relation avec l’infrastructure, comprennent les téléphones conventionnels, les récepteurs radio classiques, les téléviseurs, les ordinateurs de bureau, les télécopieurs, les kiosques d’information, et les panneaux à messages dynamiques [Belarbi., 2004].

Utilisation de l’information

Dans les STI, l’étape « utilisation d’information » consiste à informer l’utilisateur afin qu’il puisse prendre des décisions appropriées et exactes, cette tâche permet aussi à appuyer la régulation du trafic à coté de l’infrastructure, aider le conducteur ainsi que les véhicules afin d’assurer un fonctionnement coopératif entres les trois entités (conducteurs, véhicules et infrastructure).

L’architecture et normes des STI

Les premières applications de STI étaient souvent conçues pour fournir juste un ou deux services maximum et qui fonctionnent indépendamment les uns des autres. Par contre dernièrement, les applications deviennent plus complexes, non seulement par la diversité des services qu’elles offrent mais aussi par les risques que certains sous-systèmes entrent en conflit les uns avec les autres. Pour ces raisons, il est toutefois possible que ces sous-systèmes fonctionnent en synergie, une fois fusionnés et les intégrer de manière à former un système complet. Chaque application d’un STI doit avoir comme une étape initiale une architecture de ce système complet, cette architecture fournit un cadre logique requis, en fonction des exigences des utilisateurs quant à leur planification, définition, et intégration des systèmes de transport intelligents. L’établissement et l’utilisation de l’architecture des STI ajoutent une valeur considérable au processus global d’élaboration des STI de diverses façons :
Gestion des risques : Une bonne conception d’une architecture de STI tiendra compte des modes de défaillance et devrait prévoir toutes mesures logiques visant à assurer le fonctionnement en mode dégradé des systèmes en cas de circonstances anormales.
L’élaboration d’une architecture des STI exige en outre de préciser, de façon explicite, les politiques de transport ainsi que des hypothèses quant aux divers rôles à remplir.
Etablir une base pour le développement : Au niveau de ce stade, un document décrivant le fonctionnement théorique des opérations doit être établie, une base rigoureuse et détaillée pour définir la fonction de modules de traitement de données particuliers, préciser l’endroit où le traitement devrait avoir lieu et les données qu’il faut acquérir et qui doivent être partagées entre les unités de traitement de données. Par conséquent, l’architecture fournit une plateforme de premier choix à partir de laquelle le développement de systèmes (et de logiciels) pourra être entrepris [Manuel3., 2013] .
Services aux utilisateurs, exigences fonctionnelles et conception des traitements
La première étape lors de la conception d’une architecture des STI consiste à sélectionner les besoins des utilisateurs et fixer l’ordre de priorité. Tous les principaux intervenants et acteurs devraient participer à ce processus, et profiter de l’élaboration de l’architecture pour établir un consensus, ce qui est très important pour assurer la réussite du déploiement et d’exploitation des STI. [Manuel3., 2013] .

La sécurité routière et STI

La sécurité routière est un sujet transversal dans le domaine des transports, elle concerne l’ensemble des connaissances, dispositifs et mesures visant à éviter les accidents de la route ou à en atténuer les conséquences [Trans_Intel., 2014]. L’information routière a pour but d’améliorer la sécurité routière, en évitant les sur-accidents et en réduisant les situations à risques, de faciliter la gestion des situations exceptionnelles et des crises par les autorités, de réduire les coûts économiques et, par la fluidification du trafic ou par la proposition d’itinéraires alternatifs. Les STI peuvent contribuer directement ou indirectement à la sécurité routière. Les premières contributions reposaient sur des systèmes de sécurité passive qui sont des équipements permettant de sauver des vies et de limiter les dégâts occasionnés lors d’accidents (voir la figure 2.6). Toutefois, ils n’empêchent en aucun cas l’évitement des accidents, mais en réduisent les conséquences [Favier et al., 2004]. Ce sont des systèmes embarqués d’aide à la conduite avec une capacité de pallier les défaillances du conducteur et de l’aider dans sa tâche de conduite en l’informant ou en réalisant, à sa place, un certain nombre d’opérations visant à une gestion plus optimale du véhicule. D’autres dispositifs permettent de protéger directement les usagers (protection des usagers). Il existe également le Contrôle Automatisé qui participe à la sécurité routière en cherchant à faire respecter la réglementation. Par la suite nous constatons de plus en plus un passage vers ce qu’on appelle la sécurité active comme la figure ci-dessous le montre. i.e. développer des équipements qui minimisent ou évitent les accidents en offrant une meilleure visibilité de la situation, en avertissant le conducteur des dangers, en agissant directement sur les commandes du véhicule [Favier et al., 2004]. Ainsi se développent les systèmes de surveillance et d’alerte qui permettent d’alerter les usagers d’une difficulté de conduite.
Enfin, d’une autre façon, participe à la sécurité routière en cherchant à rendre la route intelligente i.e. interactive et communicante à la fois.
La route communicante : Pendant longtemps, les constructeurs se sont contentés d’équiper leurs véhicules de systèmes autonomes (la sécurité passive vers la sécurité active), mais la tendance est aujourd’hui à une approche intégrée et systémique, en liaison avec les autorités et les gestionnaires de trafic. En effet, en mariant les données issues de la cartographie (GPS) à celles détectées par les capteurs du véhicule (caméras, radars etc.) il devient possible de faire de cette interactivité une conduite coopérative. Les recherches actuelles conduisent à envisager la mise en place de systèmes de communication entre véhicules, mais aussi avec l’infrastructure elle-même, ce qui permettrait d’envisager des systèmes de détection d’incidents (embouteillages, verglas, travaux etc.) et d’avertissements à l’approche de situations dangereuses [Trans_Intel., 2014].

Caractéristiques des réseaux VANET

Il est important de signaler que les réseaux VANET ont quelques spécificités qui les distinguent des réseaux MANET. Les travaux et les études de recherche réalisés dans le contexte des réseaux MANET ne peuvent pas être directement appliqués dans le domaine des réseaux de véhicules vus ses différences qui rendent l’application des protocoles et les architectures des réseaux ad hoc inadaptée. Dans ce qui suit nous présenterons quelques caractéristiques et contraintes liées à l’environnement des réseaux de véhicules qui les distinguent des réseaux ad Hoc [Senouciet al., 2006]:
1.Capacité de traitement, d’énergie et de communication : Parmi les contraintes les plus importantes lors d’un traitement dans les réseaux ad hoc mobiles sont la contrainte d’énergie, par contre dans un réseau VANET, les véhicules ne souffrent pas de cette contrainte vue qu’ils n’ont pas de limite en terme d’énergie et ils disposent d’une grande capacité de traitement (peuvent avoir plusieurs interfaces de communication : Wifi, Bluetooth…) [Jerbi., 2008]
2.Forte mobilité et topologie du réseau : Le nœud mobile dans un VANET qu’est la voiture est caractérisée par une vitesse élevée, en un temps très court, la voiture peut rapidement rejoindre ou quitter le réseau. Par conséquent, cette forte mobilité des nœuds cause des changements rapides de la topologie du réseau.
3.Connectivité et partitionnement de réseau : la forte mobilité des véhicules et le changement rapide de la topologie de réseau donne comme conséquence la disparition de certain chemins i.e. le partitionnement du réseau peuvent fréquemment apparaître [Moustafa et al., 2009].
4.L’environnement de déplacement et modèle de mobilité : dans un réseau MANET, les nœuds se déplacent aléatoirement, contrairement au réseau VANET où les véhicules suivent un modèle de mobilité spécifique, Les déplacements des véhicules sont liés aux infrastructures routières (limitation de vitesse, ronds-points, carrefours) [Senouciet al., 2006].
5.Diffusion de type d’informations : généralement les types d’informations communiquées dans un réseau VANET s’orientent sur la diffusion des messages de prévention ou d’alerte d’une source à une ou plusieurs destinations. Néanmoins, la diffusion est faite en fonction de la position géographique et le degré d’implication de véhicule dans l’évènement déclenché. Dans de telles situations, les communications sont principalement unidirectionnelles [Moustafa et al., 2009].

Les applications des réseaux VANET

Les principales applications des réseaux VANET peuvent être placées selon le service offert en trois grandes catégories, chaque catégorie peut avoir diverses classes, et sur chaque classe plusieurs applications peuvent être distinguées.

Catégorie de la sécurité routière et prévention

La sécurité routière est prise en première priorité suite au nombre élevé d’accidents. Pour remédier à la sécurité des déplacements et faire face aux accidents routiers, les communications inter véhicules offrent la possibilité de prévenir les conducteurs sur l’existence d’un accident, des travaux sur la route et même de distribuer les informations météorologiques par envoi de messages d’alerte. A titre d’exemple, alerter un conducteur en cas d’accidents permet d’avertir les véhicules qui se dirigent vers le lieu de l’accident que les conditions de circulations se trouvent modifiées et qu’il est nécessaire de redoubler de vigilance. Les messages d’alertes et de sécurité doivent être de taille réduite pour être transmis le plus rapidement possible et doivent être émis à des périodes régulières [Moustafa et al., 2009].
Les applications liées à la sécurité ont suscité une attention considérable car elles sont directement liées à minimiser le nombre d’accidents de la route. Cette catégorie est associée aux applications de la classe « sécurité routière active » qui vise à fournir des services de sensibilisation et d’alerte au conducteur à travers trois types d’applications : la sensibilisation coopérative (CA), l’assistance à la conduite coopérative (CDA), et les applications d’alertes de risque de collision (RHCW). En fait, la classe de la sécurité routière active fournit des fonctions de sensibilisation qui fournissent des informations au conducteur pendant la conduite normale, avertissent le conducteur des conditions de danger de la route et les accidents probables et aident activement le conducteur à éviter des accidents imminents. En d’autres termes, les applications liées à la sécurité sont responsables de: sensibilisation, mise en garde et d’assistance [Bouchemal et al., 2014].
1. les applications de sensibilisation coopérative CA
Les applications de sensibilisations coopératives (CA) : consistent à sensibiliser les conducteurs des autres véhicules et fournir des informations sur l’environnement alentours du véhicule. Plusieurs applications sont offertes dans cette catégorie. Parmi ces applications, nous mentionnons : l’indication d’un véhicule d’urgence, indication de l’approche d’une moto et signalisation d’un véhicule lent. Pour ces derniers exemples d’applications, le véhicule diffuse des messages d’alertes à l’approche des véhicules dans son entourage. Les informations diffusées aident les conducteurs routiers à s’adapter aux conditions de la route.
2. les applications d’assistance et d’aide à la conduite coopérative (CDA) :
Ces applications fournissent des services d’assistance au conducteur. Beaucoup de services appartiennent à cette catégorie, entre autres:
Systèmes de conduite coopérative (CDS) : cette application exploite l’échange de données de capteurs ou d’autres informations d’état entre les voitures. Ces systèmes de conduite aident les conducteurs pour maintenir un temps et une distance de sécurité entre les véhicules pour s’assurer que le freinage d’urgence ne causera pas de collisions entre les voitures. Le système de calcul des progrès adapte le progrès d’un véhicule en tenant compte des nouvelles conditions environnementales, la dynamique du véhicule, et des considérations de sécurité.
Assistance au changement de voie (LCA): Cette application assiste le conducteur dans le choix de l’instant optimal pour changer de voie et influe sur le comportement des conducteurs en vue d’améliorer les performances de conduite.
3. Application d’avertissement de collision et risque de la route (RHCW)
Les applications de la classe (RHCW) fournissent des informations au sujet des collisions imminentes dues à l’état dangereux de la route, obstacles et conducteurs erratiques pour que les conducteurs soient vigilants à la collision imminente. Les systèmes de détection d’accident (CD) se fondent sur des radars, des capteurs, ou des cameras afin de détecter une collision imminente. Plusieurs services sont offerts dans cette classe :
Avertissement Coopératif de Collision : Un véhicule surveille activement les messages concernant le statut de la cinématique des véhicules de son voisinage pour avertir la collision potentielle[Bai et al., 2006].
Emergence électronique des feux de stop : un freinage dur d’un véhicule provoque un message d’avertissement qui sera diffusé aux conducteurs mis en danger au sujet de la situation critique avec une latence minimum[Yunpeng et al., 2008].
Notification des risques de la route : En détectant un risque de route (par exemple brouillard, fluide, glace, et vent), les véhicules se trouvant dans le même périmètre sont annoncés.
Notification des caractéristiques d’une route : Un véhicule détectant une caractéristique de route (par exemple descente, virage courbe) informe les véhicules en voisinage.

Catégorie liées aux STI et à la gestion de trafic routier

Les applications liées aux STI comprennent les messages rappelant les limitations de vitesse ou les distances de sécurité aussi les systèmes d’aide à la conduite et les véhicules coopératifs : aide aux dépassements de véhicules, prévention des sorties de voies enligne ou en virage, etc.… [Jerbi., 2008]. Les applications liées à la gestion de trafic routier consistent à fournir aux conducteurs des informations leur permettant d’adapter leur parcours à la situation du trafic routier, comme exemple : l’ordonnancement des feux de signalisations et la surveillance du trafic. [Ait-Ali., 2013] La catégorie de la gestion du trafic est liée à la classe de l’efficacité du trafic coopérative (voir figure 3.1). Depuis que les congestions dépassent la capacité de demande de la circulation, une approche efficace basée sur la gestion du trafic est nécessaire pour réduire la congestion. L’efficacité de trafic coopérative se compose de deux applications : les applications liées à la gestion de la vitesse coopérative (CSM) et des applications liées à la navigation coopérative (CoNa )[Bouchemal et al., 2014] .
Les applications de la gestion de vitesse coopérative (CSM) :
la gestion de la vitesse coopérative( CSM ) comprend deux services .
CSM – La notification de la vitesse limite : fournit des notifications concernant la vitesse limite qui contient des limites de vitesse réglementaire actuels et des limites de vitesse recommandé contextuels.
CSM- vitesse optimale de feu de circulation consultative : Elle est responsable de la vitesse optimale de feu de circulation consultative. Pour ceci, une station sur l’infrastructure fournit des informations au sujet des phases courantes de feu de circulation, le temps restant avant des changements de phases et la durée de chaque phase.
• Les application de la navigation coopérative ( CoNa ) :
Un véhicule est conseillé pour un itinéraire optimal et il est assisté à la navigation.
L’application CoNa propose de nombreux services parmi d’autres :
Trafic Probe : Véhicules agrègent les informations de la circulation probe et les transmettre aux unités en bord de route. Ecoulement libre (péage) : .Les véhicules sont automatiquement facturés lors de leur passage à travers la zone de péage, en minimisant le retard. Immatriculation du véhicule, inspection, des pouvoirs : l’inspection du véhicule permet de contrôler la légalité des transports de marchandises / personnes. Les actions d’arrêter les véhicules pour vérifier la validité du permis de conduire ou pour vérifier l’état physique des véhicules avant d’entrer dansune infrastructure routière sont des exemples de contrôles de véhicules. Un réseau de véhicules sans fil permet l’échange de données entre les véhicules et entre les véhicules et les infrastructures routières [Bouchemaletal., 2014].

Table des matières

1. Introduction Générale
1.1. Contexte et Problématique
1.2. Objectifs et Motivations
1.3. Organisation de la thèse
2. Les systèmes de transports intelligents et les techniques de Communications
2.1. Introduction
2.2. Contexte, services et domaines d’applications des STI
2.2.1. Origines et définitions
2.2.2. Contexte et Services des STI
2.2.3. Domaine d’applications et l’utilisation des STI
2.3. Fonctionnement des ITS
2.3.1. Technologies des STI
2.3.2. Principe de fonctionnement d’un STI
2.3.2.1. Acquisition de données
2.3.2.2. Obtention des informations
2.3.2.3. Communications et échanges de données
2.3.2.4. Utilisation d’informations
2.4. Architectures et normes des STI
2.4.1. Architecture logique
2.4.2. Architecture physique
2.4.3. Normes des STI
2.5. Etude de cas d’un système VICS au Japon
2.6. La sécurité routière et les STI
2.7. Conclusion
3. Les réseaux véhiculaire
3.1. Introduction
3.2. Définitions, propriétés et services
3.3 Caractéristiques des réseaux VANET
3.4. Applications des réseaux VENET
3.4.1. Catégorie de la sécurité routière
3.4.2. Catégorie de la gestion du trafic routier
3.4.3. Catégorie confort
3.5. Architectures des réseaux véhiculaires
3.5.1. Communication Véhicule à Véhicule (V2V)
3.5.2. Communication Véhicule à Infrastructure(V2I)
3.5.3. Communication Hybride
3.6. Les technologies de communication dans un réseau VANET
3.6.1. Les techniques de communication par radio diffusion
3.6.2. Les techniques de communication sans fil
3.6.2.1. Les systèmes cellulaires
3.6.3.2. Les techniques sans fil
3.6.3. Activités de Standardisation sur les communications véhiculaires
3.6.3.1. DSRC
3.6.3.2. Le standard IEEE 802.11p
3.6.3.2.1. La couche physique
3.6.3.2.2. La couche MAC
3.6.3.3. WAVE
3.7. Les projet de recherches
3.8. Etat de l’art sur les VANET
3.9. Conclusion
4. Modélisation et Simulation des réseaux véhiculaires
4.1. Introduction
4.2. Modélisation du trafic routier
4.2.1. Approche macroscopique
4.2.2. Approche microscopique
4.2.3. Approche mesoscopique
4.2.4. Modèle de particules « automates cellulaires »
4.2.4.1. Règles de fonctionnement
4.2.4.2. Modèle de Nagel & Schreckenberg
4.3. De la modélisation microscopique à la simulation des réseaux VANET
4.3.1. Processus de simulation dans VANET
4.3.1.1. Génération d’une mappe de simulation
4.3.1.2. Simulation de modèle de mobilité et génération du Trafic
4.3.1.3. Simulation de modèle réseau
4.4. Vue d’ensemble des simulateurs dans VANET
4.4.1. Simulateurs des modèles de mobilité et les générateurs de trafic
4.4.2. Simulateurs de modèle réseau
4.5. Simulation des protocoles de routages
4.5.1. Protocoles de routage pour les MANET
4.5.2. Protocoles de routage pour les VANET
4.6. Etude et simulation d’un scénario (Mobilité, trafic et réseau)
4.7. Conclusion
5. Eléments de modélisation et présentation de l’approche FCAA
5.1. Introduction
5.2. La modélisation cinématique
5.2.1. Le modèle cinématique Uni-cycle de type bicyclette
5.2.2. Le modèle cinématique de type véhicule quatre roues
5.2.3. Validation du modèle par simulation
5.3. L’estimation de la trajectoire du véhicule
5.3.1. Utilisation de la modélisation cinématique (MMC)
5.3.2. Utilisation de la modélisation par filtre de Kalman (MMK)
5.4. L’architecture proposée sur un réseau de communication VANET
5.4.1. Présentation du module pronostic
5.5. Présentation de l’approche de prédiction et d’évitement de collision FCAA
5.5.1. Suppositions
5.5.2. Problématique
5.5.3. Description de scénario
5.5.4. Le concept de l’approche de prédiction proposée
5.5.5. Présentation de l’Algorithme FCAA
5.6. Conclusion
6. Simulation, Test et Résultats
6.1. Introduction
6.2. Application et simulation de l’approche FCAA sur un réseau VANET
6.2.1. Simulation d’un scénario sans FCCA
6.2.2. Simulation d’un scénario avec FCAA
6.3. Validation de l’approche FCAA par le simulateur SCANeR Studio
6.3.1. Le choix du simulateur
6.3.2. Présentation du simulateur SCANeR Studio
6.3.3. Conception de notre scénario de simulation en temps réel
6.3.3.1. Mode terrain
6.3.3.2. Mode Véhicule
6.3.3.3. Mode scénario
6.3.3.4. Mode simulation
6.3.3.5. Mode Analyse
6.4. Analyse comparative
6.5. Conclusion
7. Conclusion et perspectives
7.1 Conclusion Générale
7.2 Travaux réalisés
7.3 Perspectives
Bibliographie

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