Modélisation Multi-échelle d’Environnements Urbains Virtuels

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1 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

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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

9 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

10 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

11 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

12 1.c. spécifier une grille multi-résolution
Cas d’une grille rectangulaire 100 m (Niveau 1) 25 m (Niveau 3) 50 m (Niveau 2) 2 30 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

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

14 1.c. affecter les niveaux aux modèles
Échelle Micro Méso Macro Niveau 50 m 12.5 m 0.78 m 23/février/2005 "Modélisation Multi-échelle d'Environnements Urbains Virtuels", Walid Chaker

15 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

16 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

17 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

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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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