Systèmes de transport intelligents

Les systèmes de transport intelligents (STI) (en anglais Intelligent Transportation Systems (ITS)) désignent les applications des nouvelles technologies de l'information et de la communication au domaine des transports. On les dit "Intelligents" parce que leur développement repose sur des fonctions généralement associées à l'intelligence : capacités sensorielles, mémoire, communication, traitement de l'information et comportement adaptatif. On trouve les STI dans plusieurs champs d'activité : dans l'optimisation de l'utilisation des infrastructures de transport, dans l'amélioration de la sécurité (notamment de la sécurité routière) et de la sûreté ainsi que dans le développement des services. 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.

Sommaire 1 Contexte 2 Politique des STI dans l'Union européenne 3 Technologies des transports intelligents 3.1 Communications sans fil 3.2 Technologies de calcul 3.3 Technologies de localisation 3.3.1 La géolocalisation par système de positionnement par satellites 3.3.1.1 GPS 3.3.1.2 Galileo 3.3.1.3 La téléphonie mobile 3.4 Technologies de capteurs 3.4.1 Les boucles électromagnétiques 3.4.2 Les capteurs vidéo 3.4.3 Les autres capteurs 4 Applications pour les transports intelligents [2] 4.1 Le paiement électronique 4.2 La gestion des urgences [3] 4.3 La gestion du trafic 4.4 Les transports publics de voyageurs 4.5 Les aides à la conduite 4.6 Le contrôle du respect de la réglementation 4.7 La gestion des flottes et du fret pour le transport de marchandises [6] 4.8 La gestion de données partagées 5 Voir aussi 6 Références 6.1 Livres 6.2 Organisations dans le domaine des STI 6.3 Sites internet consacrés aux STI 6.4 Les STI dans le domaine de la recherche 6.5 Revues, journaux et médias

Contexte

Les STI interviennent dans un contexte mondial de congestion du trafic routier d'une part et de développement des nouvelles technologies de l'information d'autre part, en particulier dans les domaines de la simulation, du contrôle en temps-réel et des réseaux de télécommunication.

Le monde de la recherche a commencé à se mobiliser autour des années 1960 pour lutter contre les effets néfastes des congestions. En effet, la congestion globale des infrastructures de transport représente un coût socio-économique important en termes de pollution de l'air, de consommation de carburant et donc d'émissions de gaz à effet de serre (GES) ainsi que de temps perdu par les usagers dans les transports. Elle a été en constante augmentation dans le monde, résultat de l'accroissement de l'urbanisation, de la croissance démographique et surtout du nombre d'automobiles qui a permis le phénomène dit de rurbanisation, principalement dans les pays développés. On peut distinguer 4 grandes périodes dans le développement des STI :

• Années 1960-1970 : les prémisses
• Années 1980-1995 : investissement dans l'information routière embarquée
• Années 1995-2000 : interopérabilité, billettique et autoroute automatisée
• Années 2000-2005 : mobilité durable, multimodalité et sécurité routière

Dans les pays en développement, les migrations des personnes des habitats ruraux vers les habitats urbains ont progressé assez différemment en comparaison de celles des pays développés. Bon nombre de zones se sont urbanisées sans augmentation significative du parc automobile et sans formation de banlieues. Dans des zones comme Santiago du Chili, une forte densité de population est supportée par un système multimodal de transport avec la marche à pied, la bicyclette, la motos, l'autobus et le train. Seule une frange réduite de la population peut se permettre de posséder une voiture, mais ces automobiles augmentent fortement la congestion des systèmes de transport multimodaux. Elles produisent aussi une pollution de l'air considérable, créent un risque significatif pour la sécurité des personnes et exacerbent les sentiments d'inégalité dans la société. Les STI peuvent aider à une meilleure organisation de la multimodalité et de l'intermodalité.

D'autres parties du monde en voie de développement, comme la Chine, restent largement rurales mais s'urbanisent et s'industrialisent rapidement. Dans ces zones, les infrastructures routières sont développées en parallèle avec la motorisation de la population. De grandes disparités de ressources impliquent que seule une partie de la population peut se motoriser et c'est pourquoi le système de transport multimodal très dense des plus pauvres s'entrecroise avec le système de transport fortement motorisé des plus riches. Dans ces zones, l'infrastructure urbaine se développe moins rapidement que la demande de mobilité, les systèmes STI apparaissent comme un ultime recours pour maintenir un fonctionnement régulier des réseaux de transport urbain.

De récentes actions gouvernementales dans le domaine des STI — spécifiquement aux É.-U. — sont davantage motivées par le besoin ressenti de sécurité du territoire. Bon nombre de STI se focalisent sur la surveillance des routes. Les STI peuvent aussi jouer un rôle important dans une évacuation de masse rapide des centres d'affaires urbains en cas d'évènements causant un nombre important de victimes comme des catastrophes naturelles ou d'autres menaces. Ainsi, une grande partie des infrastructures et des planifications impliquées par les STI sont à mettre en parallèle avec les besoins en matière de sécurité du territoire.

Politique des STI dans l'Union européenne

Technologies des transports intelligents

Les technologies utilisées dans les systèmes de transport intelligents varient, allant de systèmes de gestion basiques comme les systèmes de gestion des carrefours à feux, les systèmes de gestion des conteneurs, les panneaux à messages variables, les radars automatiques ou la vidéo-surveillance aux applications plus avancées qui intègrent des données en temps-réel avec retours d'informations de nombreuses sources, comme les informations météorologiques, les systèmes de dégivrage des ponts, les systèmes de navigation embarqués informant des temps de parcours en temps réel etc. De plus, les techniques prédictives sont développées pour permettre une modélisation avancée et une comparaison avec une base regroupant des données historiques de référence.

Quelques technologies typiquement implantées dans les STI sont décrites dans les sections qui suivent.

Communications sans fil

Diverses technologies de communication sans fil sont proposées pour les systèmes de transport intelligent. Des communications à courte portée (moins de 350 mètres) peuvent être réalisées à l'aide de protocoles IEEE 802.11 ou par DRSC, Dedicated Short Range Communications standard, un protocole dédié aux communications à courte portée pour usage automobile. Théoriquement, la portée de ces protocoles peut être étendue en utilisant des réseaux mobiles ad hoc ou des réseaux à mailles.

Des communications à plus longue portée ont été proposées en utilisant l'infrastructure de réseaux tels que le WiMAX (IEEE 802.16), le GSM, Global System for Mobile Communications ou la 3G. Les communications à longue portée utilisant ces méthodes sont des technologies déjà bien établies mais à la différence des protocoles à courte portée, elles nécessitent le déploiement d'une infrastructure très extensive et coûteuse.

Technologies de calcul

De récentes avancées dans l'électronique embarquée ont conduit à disposer dans les véhicules de processeurs informatiques plus performants. Un véhicule type du début des années 2000 aurait entre 20 et 100 modules individuels à base de microcontrôleurs ou de contrôleurs à logique programmable inter-connectés en réseau avec des systèmes d'exploitation non temps réel. La tendance actuelle est d'aller vers quelques modules à base de microprocesseurs un peu plus chers avec une gestion de mémoire hardware et des systèmes d'exploitation en temps-réel. Les nouvelles plate-formes informatiques embarquées permettent l'implantation d'applications logicielles plus sophistiquées, incluant du contrôle de process informatique à base de modélisation, de l'intelligence artificielle et de l'informatique omniprésente. L'intelligence artificielle est probablement la plus importante de ces approches pour les systèmes de transport intelligents.

Technologies de localisation

La géolocalisation par système de positionnement par satellites

GPS

Le principe du positionnement par GPS est très proche du principe de triangulation. La distance entre l' utilisateur du GPS et un certain nombre de satellites de positions connues est mesurée pour permettre une localisation de l'utilisateur à une dizaine de mètres près. La vitesse de déplacement est aussi disponible. Certains STI s'appuient donc sur cette technologie qui permet la navigation en temps réel. Ce système a été installé par les Etats-Unis.

Galileo

Un nouveau système de positionnement par satellite du nom de GALILEO devrait être prochainement mis en place par l'union européenne avec les mêmes applications potentielles.

La téléphonie mobile

En admettant que les voitures contiennent au moins un ou plusieurs téléphones mobiles ou cellulaires (Ce qui est largement vérifié dans les pays développés où le taux d'équipement de la population en téléphones mobiles dépasse les 75%), les téléphones transmettent leur position de façon régulière au réseau - même s'il n'y a pas de communication vocale établie. Ils peuvent alors être utilisés dans les voitures comme des sondes anonymes du trafic. Quand la voiture bouge, le signal du téléphone mobile bouge également. Il est alors possible de mesurer et d'analyser par triangulation les données fournies par le réseau cellulaire - de manière anonyme - puis de convertir ces données en une information précise sur la circulation automobile. Plus il y a de congestion, plus il y a de voitures, de téléphones et donc de sondes. En centre ville, la distance entre les antennes est plus courte (de l'ordre de 300m), la précision est ainsi augmentée. Il n'y a pas d'infrastructure spécifique construite le long des routes - seul le réseau de téléphonie mobile est mis en œuvre. Cette technologie FCD, Floating Car Data (données cellulaires flottantes) offre de grands avantages sur les méthodes classiques de mesure du trafic :

• des coûts moindres par rapport aux capteurs et aux caméras
• une meilleure couverture
• une plus grande facilité de mise en oeuvre : pas de zones de chantier, moins de maintenance des installations
• une utilisation dans toutes les conditions météorologiques, même en cas de fortes pluies

Le gros inconvénient consiste en la précision de la localisation.

Technologies de capteurs

Les technologies de pointe dans le domaine des capteurs ont permis de développer les systèmes de transport intelligent sur la base de données fiables, fréquentes et en grande quantité. Suivant les capteurs, des mesures peuvent être effectuées sur les caractéristiques des véhicules (longueur, silhouette, poids...), sur la circulation des véhicules (débit, taux d'occupation, vitesse...) ou sur des évènements (incidents, files d'attente, franchissement de feux rouges...). Certaines informations sont très utiles dans une optique d'amélioration de la sécurité routière.

Les systèmes de détection pour les STI peuvent être des systèmes basés sur l'infrastructure, des systèmes basés sur les véhicules ou les deux - à l'exemple des technologies du véhicule intelligent. Les capteurs d'infrastructure sont des dispositifs qui sont installés ou intégrés dans les routes, ou a proximité (immeubles, poteaux ou panneaux, par exemple). Ces technologies de détection peuvent être installées lors des travaux préventifs d'entretien des routes ou par un système mécanique d'injection de capteurs intégrés dans la route elle-même. Les capteurs de véhicules, eux, sont soit des dispositifs installés sur ou dans la route, soit des dispositifs disposés dans les véhicules.

Les boucles électromagnétiques

Les boucles à induction sont placées sous la chaussée pour détecter les véhicules qui passent sur la boucle en mesurant le champ magnétique créé par le véhicule. Les plus simples des détecteurs comptabilisent le nombre de voitures qui passent au dessus de la boucle pendant un intervalle de temps donné (par exemple 60 secondes, la période standard aux États-Unis), tandis que les capteurs plus sophistiqués estiment également la vitesse, la longueur et le poids des véhicules ainsi que la distance qui les séparent. Les boucles peuvent être placées sur une simple voie ou au travers de plusieurs voies et fonctionnent aussi bien pour des véhicules très lents ou à l'arrêt que pour des véhicules se déplaçant à grande vitesse.

Les capteurs vidéo

La mesure du flux de trafic à base de caméras vidéo est une des autres formes existantes de détection du trafic. Comme les systèmes de détection vidéo ne nécessitent pas d'installer des composants directement à la surface ou dans la chaussée, ce type de système est dit "non intrusif". Les données vidéo, noir et blanc ou couleur, sont transmises à des processeurs qui analysent les changements de caractéristiques de l'image vidéo lorsqu'un véhicule passe. Les caméras sont installées sur des poteaux ou sur des structures adjacentes aux rues. La plupart des systèmes de détection vidéo nécessitent une configuration initiale pour "apprendre" au processeur l'image de fond de référence. Cela implique habituellement de renseigner des mesures connues comme la distance entre les lignes séparant les voies ou la hauteur de la caméra au dessus de la route. Selon la marque et le modèle, un seul processeur de détection vidéo peut détecter le trafic en simultané pour quatre à huit caméras. Les données types en sortie du système de détection vidéo sont, voie par voie, la vitesse et les mesures d'occupation de la voie. D'autres systèmes fournissent des données additionnelles tels les intervalles entre véhicules, la progression du trafic, les véhicules arrêtés et peuvent déclencher des alarmes lorsqu'un véhicule roulant à contresens est détecté.

Les autres capteurs

En France, les boucles électromagnétiques sont les capteurs les plus utilisés. D'autres capteurs existent et sont utilisés suivant les besoins comme les capteurs piézo-céramiques, les tuyaux pneumatiques, les capteurs à hyperfréquence (radar), les fibres optiques, les capteurs à ultrason, à infrarouge etc. ^[1]

Applications pour les transports intelligents ^[2]

Le paiement électronique

Le paiement électronique a plusieurs intérêts dont les principaux sont :

• de faire gagner du temps à l'utilisateur
• d'adapter les tarifs en fonction de catégories de personnes
• de sécuriser les paiements
• de collecter des informations

Plusieurs systèmes de paiement électronique se sont développés au cours des dernières années :

• La billetique avec en Ile de France par exemple le système de pass NAVIGO
• Le télépéage (en anglais ETC pour Electronic Toll Collection) qui permet aux véhicules de franchir les péages à la vitesse normale du trafic, réduisant ainsi la congestion aux zones de péage, et d'automatiser la collecte du péage. Cette automatisation permet aussi le développement de zones cordon comme à Singapour et à Londres où une taxe spéciale est collectée lorsque l'on entre dans un centre-ville congestionné. Le péage électronique lit la plaque minéralogique (voir le péage urbain de Londres).
• Le billet électronique qui permet à l'opérateur de diminuer ses coûts de fonctionnement et au client de choisir son voyage confortablement chez lui.

A ces nouveaux systèmes s'ajoutent des systèmes bien connus tels que la carte bancaire qui ne sert pas uniquement à payer mais dont le numéro peut aussi servir de caution (encaissement en cas de problème) ou les billets magnétiques utilisés dans les transports en commun qui permettent de transmettre des informations au système.

L'enjeu maintenant est de rendre tous ces systèmes interopérables à l'échelle nationale, européenne voire mondiale. Il serait intéressant par exemple de rendre le télépéage interopérable en Europe pour les poids lourds.

La gestion des urgences ^[3]

La gestion d'urgence, en particulier en cas d'accident de la route, utilise au maximum des systèmes automatisés de recueil de l'information et des transmissions performantes. Les principaux enjeux sont la rapidité d'intervention, l'évitement d'accidents en chaîne et le rétablissement de la circulation.

Quelques exemples de STI aidant en cas de situation d'urgence sont :

• la Détection Automatique d'Incidents (DAI) par les capteurs routiers installés sur l'infrastructure et qui préviennent l'exploitant du réseau (Image de DAI par capteur vidéo)
• Les services d'assistance à l'automobiliste (ex : appel automatique des secours en cas de collision, envoi automatique de la localisation précise du lieu d'accident) qui ne sont pas encore bien démocratisés

La gestion du trafic

Le but de la gestion du trafic peut être de fluidifier les axes routiers, de favoriser la circulation des transports publics au détriment des usagers de la voiture particulière, d'encourager le report modal de la voiture particulière vers les transports en commun etc. Les SAGT (Systèmes d'Aide à la Gestion de Trafic ) sont présents sur les 3 étapes fondamentales de la gestion du trafic :

• Le recueil de données de trafic via les capteurs sur les infrastructures ou dans les véhicules
• Le traitement de ces données grâce à des systèmes informatiques de plus en plus performants et qui sont capables de gérer de plus en plus de données.
• L'action sur les usagers principalement en leur fournissant de l'information par les PMV, la radio (En France une iso-fréquence sur tout le territoire pour les autoroutes : 107.7), Internet, mais aussi grâce à tous les systèmes personnels, comme les systèmes de guidage intégrant l'information en temps réel sur le trafic. Ces derniers systèmes sont regroupés sous l'appellation spécifique SAI (Systèmes d'Aide à l'Information).

La gestion de l'information routière en France est effectuée par le Centre National d'Information Routière (CNIR) sous le nom plus connu de Bison Futé et assisté par les 7 Centres Régionaux d'Information et de Coordination Routière (CRICR). Ils établissent des prévisions de trafic et conseillent les meilleures heures de départ selon les régions, et des d'itinéraires de délestage des principales routes. Ils informent aussi les usagers de la route en temps réel sur leur temps de parcours probable et les itinéraires à emprunter suivant les directions.

Les transports publics de voyageurs

Les STI sont utilisés dans les transports publics pour optimiser l'exploitation du réseau, pour améliorer le confort des usagers et leur sécurité. Ils sont regroupés sous l'appellation SAEIV (Systèmes d'Aide à l'Exploitation et à l'Information Voyageurs ^[4])

Des exemples de systèmes intelligents passent par :

• la billettique (automatisation des ventes, instauration d'une plus grande flexibilité des tarifs utile pour une meilleure gestion des taux de remplissage des bus et autres)
• l'automatisation des engins (métros automatiques, bus guidés)
• l'information aux voyageurs (temps d'attente actualisés, favorisation du report modal de la voiture vers les transports publics - voir le site du PREDIM
• le développement de nouveaux services comme le transport à la demande ^[5], l'autopartage ou le vélopartage.

Les aides à la conduite

Les aides à la conduite pour les usagers de la route se multiplient dans une optique d'amélioration de la sécurité des personnes, de confort des usagers, de diminution des émissions de polluants. On peut citer quelques systèmes d'aide à la conduite :

• La direction assistée, l'aide électronique au freinage, la boîte de vitesses automatique qui sont des systèmes bien connus
• Les limitateurs de vitesse pour ne pas dépasser la vitesse réglementaire et limiter la consommation de carburant (voir le projet LAVIA pour un Limitateur s'Adaptant à la VItesse Autorisée)
• Les systèmes anti-collision
• Les systèmes d'aide à la navigation (GPS, GSM et systèmes informatiques embarqués)

Le contrôle du respect de la réglementation

Voir aussi Fichage en France#Traitements et fichiers relatifs aux véhicules et Code de la route

Les nouveaux moyens de contrôle du respect de la réglementation sont les radars automatiques pour le contrôle de la vitesse et le Contrôle automatisé du franchissement de feux rouges.

Ces systèmes font appel à des technologies telles les flash infrarouges utilisés de nuit pour lire les plaques minéralogiques sans éblouir les conducteurs ou des capteurs précis pour déterminer la vitesse des véhicules.

Le contrôle du respect de la réglementation dans les transports en commun (par caméra ou autres équipements) répond aussi à des objectifs économiques de lutte contre la fraude et le vandalisme.

Toutefois, ces systèmes sont aussi utilisés à des fins de prévention et de répression des crimes, et photographient notamment les passagers des véhicules.

La gestion des flottes et du fret pour le transport de marchandises ^[6]

Les STI se sont rapidement développés dans le domaine du transport de marchandises, d'autant plus aisément que les flottes de véhicules, trains ou autres engins sont complètement identifiées et peuvent être facilement équipées. Par exemple aujourd'hui, toutes les flottes sont équipées de systèmes de navigation embarqués. Outre les véhicules, le fret (conteneurs, palettes, colis...) peut aussi voyager muni de systèmes de localisation pour suivre l'avancement et éviter les pertes. L'apport des STI intervient dans plusieurs champs :

• L'intégration de la chaîne de transport et de la logistique (suivi des véhicules, des marchandises)
• La prise en compte de la multimodalité et de l'intermodalité
• L'application de la réglementation et la protection de l'environnement (notamment dans le cas du transport de matières dangereuses pour lequel un suivi particulier est obligatoire.)

Quelques systèmes à l'étude sont par exemple le télépéage poids lourds intéropérable, les systèmes ferroviaires d'information et de communication interopérables ou le système d'information fluvial. Comme les transports de marchandises s'effectuent au plan international, l'interopérabilité des systèmes implantés au sein d'un même pays et entre les différents pays est un enjeu considérable. Pour le transport ferroviaire par exemple, l'harmonisation des infrastructures éviterait les changements de trains aux frontières des pays qui augmentent considérablement les coûts et les temps de trajet.

La gestion de données partagées

Un "historique" de données est indispensable au fonctionnement des SAGT ou SAEIV. Pour connaître les caractéristiques des réseaux, les caractéristiques de la demande de trafic et des problèmes récurrents, il est indispensable de disposer de bases de données. Les nouvelles technologies permettent de stocker des volumes importants d'information. L'enjeu réside aujourd'hui dans la gestion de ces données. Par exemple, la création de base de données communes regroupant les données de différents exploitants est intéressante pour analyser et comprendre les situations de trafic.

Voir aussi

• Système informatisé de recueil de données
• Autonomie d'un véhicule
• Système embarqué
• Téléphonie
• Gestion du trafic

Références

Livres

Organisations dans le domaine des STI

Les services du MEEDDAT

• La mission Transports Intelligents
• Le Centre d'Etudes sur les Réseaux de Transport et l'Urbanisme (CERTU)
• L'Institut National de REcherche sur les Transports et leur Sécurité (INRETS)

Autres

• ITS France
• ITS Bretagne
• ERTICO, pour l'Europe
• Pôle i-Trans
• ITS Canada
• ITS America

Sites internet consacrés aux STI

• Transport-Intelligent.net
• STI du Canada

Les STI dans le domaine de la recherche

• Institut national de recherche sur les transports et leur sécurité (INRETS)
• Projet ACTIF : Aide à la Conception de Transports Interopérables en France
• PREDIT
• PREDIM
• NEARCTIS : Réseau d'excellence sur la gestion du trafic routier et les systèmes coopératifs de transport
• Innov ITS: Réseau d'excellence pour la télématique des transports et la mobilité durable
• Laboratoire des systèmes coopératifs de trafic des universités de Rutgers et Princeton
• Le registre des systèmes de transports intelligents suivant l'approche ISO 14871

Revues, journaux et médias

• Journal of Intelligent Transportation Systems
• International Journal of Sustainable Transportation
• Telematics Update (nouvelles, analyses et évènements)
• Telematics Wire Industry News and Links

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