Modélisation Multi-échelle d’Environnements Urbains Virtuels Walid Chaker Université Laval, Faculté des Sciences et de Génie, Département d’Informatique et de Génie Logiciel Membre du CRAD et du CRG Directeurs de recherche : Bernard Moulin et Marius Thériault

Contexte STI (Systèmes de Transports Intelligents) : « Techniques appliquées aux Transports pour rendre les réseaux plus sûrs, efficaces, fiables et écologiques sans avoir nécessairement à le modifier matériellement » Simulation informatique : « un essai de reproduire un système réel dans un environnement logiciel, permettant ainsi d’étudier son évolution » Simulation Informatique STI 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Objectif Simulations Multi-échelles : Notre objectif général : un essai pour reproduire à plusieurs niveaux de détail un système réel complexe dans un environnement logiciel, permettant ainsi d’étudier son évolution à différentes échelles Notre objectif général : Contribuer à l’élaboration d’approches, techniques et modèles permettant des simulations multi-échelles de la mobilité urbaine 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Orientation Le développement d’une approche de modélisation de l’environnement urbain virtuel pour des fins de simulation de la mobilité urbaine. Cet environnement se doit d’être multi-échelle et doit spécifier trois composantes et leurs liens Personne Accéder Fréquenter Réseau Lieu Desservir 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Patron de conception * * Géométrie Vertex Nœud Lien Type Transfert 1 1..* Nœud Lien Type Transfert Desserte Mode * 1 Lieu Accès 1 * 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Démarche de Construction Créer l’environnement multi-échelle fixer le nombre d’échelles à considérer construire un modèle lieu/réseau pour chaque échelle spécifier une grille multi-résolution et affecter les niveaux aux modèles Peupler l’environnement multi-échelle générer les personnes et ménages affecter les personnes aux lieux de résidence et d’occupation établir un agenda pour chaque personne 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

1.a. fixer le nombre d’échelles à considérer Exemple : Échelle Lieu Macro Région : toute une ville ou à la limite un quartier ou un arrondissement dans une ville Meso Parcelle ou lot ou pâté de maisons Micro Zone d’usage qui peut être un bâtiment, un stationnement, un jardin, etc. 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

1.b. construire un modèle lieu/réseau pour chaque échelle Exemple : Échelle Lieu Lien Macro Région : toute une ville ou à la limite un quartier ou un arrondissement dans une ville Tronçon Méso Parcelle ou lot ou pâté de maisons Segment  Micro Zone d’usage qui peut être un bâtiment, un stationnement, un jardin, etc. Voie 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Macro-modèle * * * Vertex Macro-nœud Géométrie Macro-Lien Type 2 * Géométrie Macro-Lien Type 1 1..* Transfert Desserte Mode * 1 Région 1 Accès * 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Meso-modèle * * * * Vertex Meso-nœud Géométrie Meso-Lien Type 1 1 * * Géométrie Meso-Lien Type 1 1..* Transfert Desserte Mode * 1 Parcelle 1 Accès * 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Micro-modèle * * * * * * Micro-nœud Vertex Début Fin Géométrie 1 1..* Micro-Lien Type Transfert Desserte Mode * 1 Zone d’usage 1 Accès * 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

1.c. spécifier une grille multi-résolution Cas d’une grille rectangulaire 100 m (Niveau 1) 25 m (Niveau 3) 50 m (Niveau 2) 111 110 113 112 101 100 103 102 011 010 013 012 001 000 003 002 131 130 133 132 121 120 123 122 031 030 033 032 021 020 023 022 2 311 310 313 312 301 300 303 302 211 210 213 212 201 200 203 202 30 331 330 333 332 321 320 323 322 231 230 233 232 221 220 223 222 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

1.c. spécifier une grille multi-résolution Cas d’une grille hexagonale 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

1.c. affecter les niveaux aux modèles Échelle Micro Méso Macro 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Niveau 50 m 12.5 m 0.78 m 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

2.a. générer les personnes et ménages Point de départ : données de l’enquête OD (Origine/Destination) tenue par le MTQ et le RTC à l’automne 2001 8 % de la population a été interrogée Partant des caractéristiques de cet échantillon significatif, nous avons reconstitué une population synthétique de même taille que la population réelle et ayant des caractéristiques similaires à l’échantillon initial 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Principe de génération de la population synthétique de l’enquête OD Population générée Tableaux croisés compilation reconstruction synthétique 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

2.b. affecter les personnes aux lieux de résidence et d’occupation L’affectation se fait à l’échelle meso Une réaffectation se fera à l’échelle micro pour une portion limitée du territoire Pour l’instant on ne s’intéresse qu’aux activités d’étude et de travail Encore une fois on utilise les données de l’enquête OD mais … 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Affectation des ménages aux lieux de résidence 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Affectation des personnes aux lieux d’occupation Partant des données de l’enquête OD on calcule la distribution des valeurs de l’attribut “temps déplacement auto” Ayant cette distribution on affecte une valeur objective “temps déplacement auto” pour chaque personne de la population synthétique Selon l’emploi de chaque personne on lui affecte un lieu d’occupation de façon à ce que la valeur effective de “temps déplacement auto” s’approche au maximum de la valeur objective 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Formalisation de l’affectation des personnes aux lieux d’occupation Soient P1, P2, …, Pn les n personnes de la population synthétique O(i) la distance objective de Pi W1, W2, …, Wn les n opportunités de lieux d’occupation L’assignation consiste à déterminer n couples (Pi, Wj) disjoints de façon à minimiser l’écart entre O(i) et D(i,j) avec D(i,j) la distance calculée entre le lieu de résidence de Pi et Wj. 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Solution 1 : couplage parfait et à moindre coût dans un graphe biparti pondéré W1 P1 W1 P2 W2 P2 W2 Meilleur couplage qui augmente la satisfaction totale P3 W3 P3 W3 W4 W4 P4 P4 P5 W5 P5 W5 |O(5) – D(5,2)| 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Principes Fondamentaux du Modèle Proposé Méta-modèle Lieux / Réseau / population (Patron de conception) Modèle Conceptuel Échelle A Échelle B Échelle C Échelle D Données Environnement Échelle A Environnement Échelle B Environnement Échelle C Environnement Échelle D Modèle de l’espace (Grille multirésolution) 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Prototype de simulation méso Plateforme de Simulation Moteur de simulation Serveur TransCAD Appel au macro « FindPath » avec nœud départ et nœud arrivée Retour du chemin : liste de liens + liste de directions Appel au macro « GetPosition » avec le lien courant et le % de progression Retour de la position de l’agent : (longitude, latitude) Nodes Layer Links layer Fichier .net Définition des coûts des déplacement Macro User interface Database compilation TransCAD OLE object Environnement Liens + nœuds + jointure nœuds/grille Agents Ménages + personnes Planification des déplacements Chargement des données Exécution des début Fin 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

Conclusion Le modèle se veut intégrateur de : Il permet : Simulations urbaines et géosimulations; Simulations des transports et du trafic routier Simulations des mouvements de piétons et de véhicules dans les applications de réalité virtuelle Il permet : Prise en compte de plusieurs échelles dans l’environnement Réunion des concepts liés au réseau de transports, aux lieux et à la population  Indépendance entre les échelles Flexibilité par rapport à la hiérarchisation  Possibilité d’inclure des informations de perception  23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker