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développement dindicateurs danalyse et de suivi de la congestion

ifi ifi

UNIVERSITÉifiDEifiMONTRÉALifi

ifi ifi ifi

DEifiLAifiCONGESTIONifiROUTIÈRE

ifi ifi

MARC-ANDRÉifiTESSIERifi

ifi ifi ifi

MÉMOIREifiPRÉSENTÉifi

(GÉNIEifiCIVIL)ifi

NOVEMBREifi2015ifi

ifi ifi ifi ifi ifi ifi

UNIVERSITÉifiDEifiMONTRÉALifi

ifi ifi ifi ifi ifi

Ceifimémoireifiintituléifi:ifi

ifi

INDICATEURS ETifiDEifiSUIVIifi

DEifiLAifiCONGESTIONifiROUTIÈREifi

ifi e :ifiMaîtriseifièsifisciencesifiappliquéesifi :ifi ifi ifi iiiifi ifi

Tonifisacrificeifiduifi28ifis yeux.ifi

Sansifies lignes.ifi

Jeifimeifisouviensifi

ivifi ifi , pour saificonfiance,ifi

sesifiidéesifietifipourifilesifiinnombrablesifiopportunitésifille toutifiauifilongifideifimesifiétudes.ifi

passion pour le domaine des transports.ifi autonomes.ifi

Fortin,ifiCharlesifi Poitras,ifiKinanifi Bahbouh,ifiPegahifi Nouri,ifiHamzehifi Alizadeh,ifi Davoodifi Zall,ifiYanifi

à ce projet de recherche, ainsi que Taxiifi Diamondifi

égalementifileifiCRSNG,ifiHydro-Québec,ifilaifiFondationifideifiATC et le GRTCifipourifileifisoutienififinancier,ifi

ainsiifiqueifileifiFRQNTifietifiMichaelifiL.ifiPackifi auifiCATTifiLab.ifi ma copine, Sarah-Fei,ifipourifisonifisoutienifimoralifietifisaifigrandeifi ifi vifi ifi Laifico lesifirégionsifimétropolitainesifienifiraisonifi

faut poursuivre les recherches afin de réduire la congestion. Laifipremièreifiétapeifiestifideifiseifidoterifi

Ce projet de recherche vise à développerifidesifi

suivi de la congestion routière. Quatreifiobjectifsifispécifiquesifisontifiégalementifipoursuivisifi:ifi

1. Mieux comprendre la congestion pour enifidégagerifiuneifidéfinitionifietifilesifivariablesifipertinentes;ifi

2. Identifier des indicateurs de la congestion adéquats pour différents objets et conditions du

3. Développer une méthodologie d'estimation des indicateursifiidentifiésifiàifipartirifideifidonnéesifideifi

vitesseifideifitracesifiGPS;ifi

4. Contribuer au développement d'un outil de consultation permettant d'extraire des statistiques

utilesifiauxifianalysesifideifisuiviifietifi explicatifsifideifilaificongestion.ifi

Premièrement,ifi uneifi revueifi deifi littératureifiétudieifilesifi différentsifi paramètresifi (définitions,ifi seuilsifi

littératureifipermetifi indicateursifiadéquatsifipourifi

la congestion selon six catégoriesifi:ifivitesse,ifidébitifietificapacité,ifitempsifietifiretard,ifispatiaux,ififiabilitéifietifi

coûts.ifi Deifi cesifi indicateurs,ifi lesifi plusifi simplesifisontifichoisisifi dansifi unifi intérêtifi deifi développementifi

méthodologique.ifi Deuxièmement,ifiunindicateurs deifilaificongestionifiàifipartirifideifidonnéesifi viifi ifi

Troisièmement,ifi laifiméthodologieifidéveloppéeifiestifiappliquéeifipourifiévaluerifidesifiindicateursifideifilaifi

développemsontifiutilisés,ifi ain en direction de

réaliséeifi enifi utilisantifi quatreifi objetsifi deifi visualisationifi (distribution,ifi courbeifi cumulée,ifi grilleifi deifi

Final

conditionsifideificirculationifiestifiprésentée.ifi surifilesifiautoroutesifideifilaifirégionifideifi

la congestion sont estimés avec le logiciel R en incluant différentes variablesifi:ifilesifipériodesifihorairesifi

ontribuer au développement d'un outil de consultation pourifilaifirégionifideifiMontréal.ifi

ifi viiifi ifi

1. Better understandifiroadificongestionifitoifiidentifyifiaificlearifidefinitionifiandifirelevantifivariables;ifi

2. Identify appropriate roadificongestionifiindicatorsififorifidifferentifiobjectsifiandificonditionsifiofifitheifi

3. Develop a methodology for estimating theifiidentifiedifiindicatorsifiusingifiGPSifitracesifispeedifidata;ifi

4. Contribute to the development of a consultation tool ableifitoifiextractifiusefulifistatisticsififorifi

causeifi(recurrentifiandifiincident)ifiandifitheifiacceptabilityifithreshold. The literature review alsoifiidentifiesifi

formifi aifi databaseifi toifi calculateifi indicatorsifi accordingifi toifi severalifi visualizationifiobjectsifiandifi

described.ifi viiiifi ifi

monitoringifitool.ifi Threeifi objectsifi ofifi studyifi areifi used:ifitheifi Highwayifi 40ificorridorifionifi theifi islandifi ofifi

Finally,ifi aifi methodologyifi forifi evaluatingifi theifi impactsifi ofifi roadifi weatherifi conditionsifi onifi theifi trafficifi

hourlyifi periodsifi (groupedifi usingifi theifi Kolmogorov-Smirnovifitest),ifi theifi regionifi andifi roadifi weatherifi

ixifi ifi

TABLE DES MATIÈRESifi.....................................................................................................................................ifiIX

LISTE DES TABLEAUXifi...................................................................................................................................ifiXIII

LISTE DES FIGURESifi........................................................................................................................................ifiXIV

LISTE DES SIGLES ET ABRÉVIATIONSifi..................................................................................................ifiXVII

LISTE DES ANNEXESifi...................................................................................................................................ifiXVIII

CHAPITRE 1 INTRODUCTIONifi...................................................................................................................ifi1

1.1 Contexteifi...........................................................................................................................ifi1

1.2 Problématiqueifi...................................................................................................................ifi3

1.3 Objectifsifi...........................................................................................................................ifi4

1.4 Organisation du mémoireifi.................................................................................................ifi4

CHAPITRE 2 REVUE DE LITTÉRATUREifi................................................................................................ifi5

2.1 La congestion routièreifi......................................................................................................ifi5

2.1.1 Définitionsifi....................................................................................................................ifi5

2.1.2 .........................................................................ifi7

2.1.3 Causes de la congestionifi................................................................................................ifi9

2.1.4 Impacts de la congestionifi............................................................................................ifi12

2.1.5 Solutions à la congestionifi............................................................................................ifi12

2.1.6 "ifiBénéficesifi»ifideifilaificongestionifi...................................................................................ifi14

2.1.7 Mesure de la congestionifi.............................................................................................ifi14

2.1.8 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi15

2.2 Indicateurs de la congestionifiroutièreifi..............................................................................ifi16

xifi ifi

2.2.1 ....................................................................................................ifi16

2.2.2 ..................................................................ifi17

2.2.3 Indicateurs de vitesseifi.................................................................................................ifi19

2.2.4 Indicateurs de débit et de capacitéifi..............................................................................ifi20

2.2.5 Indicateurs deifitempsifietifideifiretardifi................................................................................ifi22

2.2.6 Indicateurs spatiauxifi....................................................................................................ifi24

2.2.7 Indicateurs de fiabilitéifi................................................................................................ifi26

2.2.8 Indicateurs de coûtsifi....................................................................................................ifi28

2.2.9 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi30

2.3 Synthèse généraleifi...........................................................................................................ifi31

CHAPITRE 3 MÉTHODOLOGIE DE DÉVEURSifi..............................ifi32

3.1 Données de mesureifi .......................................ifi33

3.1.1 Description des données GPS de Taxi Diamondifi.......................................................ifi34

3.1.2 Nettoyage des données GPSifi.......................................................................................ifi35

3.1.3 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi39

3.2 Données de baseifi:ifi"ifiRéseauifiduifiMTQifiàifiMontréalifi»ifi.......................................................ifi39

3.2.1 Définition du "ifiRéseauifiduifiMTQifiàifiMontréalifi»ifi...........................................................ifi40

3.2.2 Segmentation du réseau en tronçons égaux de 100ifimifi................................................ifi44

3.2.3 Codification des limites de vitesse sur le réseauifi........................................................ifi47

3.2.4 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi50

3.3 Appariement des données GPS et du réseau routierifi......................................................ifi50

3.3.1 Critère mifi..........................................................................................ifi51

3.3.2 .............................................................................................ifi52

3.3.3 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi53

3.4 Données explicativesifi:ifidonnéesifimétéoroutièresifi.............................................................ifi53

3.4.1 Description de la base de données météoroutièresifi.....................................................ifi54

3.4.2 Conversionifiversifiuneifibaseifideifidonnéesifitemporelleifi......................................................ifi56

3.4.3 Intégration des données météo aux données de circulationifi.......................................ifi57

3.5 Calcul desifiindicateursifi.....................................................................................................ifi58

xiifi ifi

3.5.1 Équations des indicateursifi...........................................................................................ifi59

3.5.2 ........................................................................ifi59

3.6 Objets de visualisationifi...................................................................................................ifi61

3.6.1 Distributionifi.................................................................................................................ifi62

3.6.2 Courbe cumuléeifi..........................................................................................................ifi62

3.6.3 Grille de congestionifi...................................................................................................ifi65

3.6.4 Carte de congestionifi....................................................................................................ifi65

3.7 Agrégation des donnéesifiselonifilaifisélectionifispatiotemporelleifi.........................................ifi66

3.7.1 Sélections spatiotemporellesifi......................................................................................ifi66

3.7.2 ...............................................................................ifi67

3.7.3 .................................................ifi70

3.7.4 Lissage spatial par moyenne mobileifi..........................................................................ifi71

3.8 Synthèseifi.........................................................................................................................ifi72

CHAPITRE 4 EURS DE LA CONGESTIONifiROUTIÈREifi.................ifi73

4.1 Obje ................................................................................................................ifi73

4.1.1 Corridorifi ............................................................ifi74

4.1.2 :ifiPontifiChamplainifienifidirectionifideifiMontréalifi.........................................ifi75

4.1.3 Réseau routier du MTQ de la région de Montréalifi.....................................................ifi79

4.2 Distributionifi.....................................................................................................................ifi81

4.2.1 ...........................................................................ifi81

4.2.2 ............................................................ifi82

4.2.3 Temps deifiparcoursifimoyenifietificumuléifi"ifientreifilesifideuxifi15ifi»ifi.......................................ifi83

4.2.4 -aux-Tourtesifi.....................................ifi84

4.3 Courbeificumuléeifi..............................................................................................................ifi85

4.3.1 ....................................ifi85

4.3.2 ........................................................ifi87

4.4 Grille de congestionifi.......................................................................................................ifi90

4.4.1 ..........................................................ifi90

4.4.2 ...................................ifi92

xiiifi ifi

4.5 Carte de congestionifi........................................................................................................ifi94

4.5.1 ............................................................ifi94

4.5.2 ....................................................ifi94

4.5.3 Ratio des vitessesifisurifileifiréseauificompletifi.....................................................................ifi96

4.6 Synthèseifi.........................................................................................................................ifi98

CHAPITRE 5 PACT DES CONDITIONS MÉTÉOROUTIÈRESifi......ifi99

5.1 Contexteifi.........................................................................................................................ifi99

5.1.1 Estimation de modèle dans un outil automatiséifi.........................................................ifi99

5.1.2 Motivationifi................................................................................................................ifi100

5.2 .......................................................................................ifi101

5.3 Définition du modèleifi....................................................................................................ifi103

5.4 Montage de la base de données de modélisationifi..........................................................ifi104

5.4.1 Création des périodes horairesifi.................................................................................ifi104

5.4.2 Attributs spatiauxifi.....................................................................................................ifi108

5.4.3 Attributs météorologiquesifi........................................................................................ifi109

5.4.4 Analyse descriptiveifi..................................................................................................ifi109

5.5 Résultats des modèlesifi...................................................................................................ifi111

5.5.1 Impacts relatif des conditions météoroutières sur la congestionifi..............................ifi111

5.5.2 Effet desifivariablesifispatiotemporellesifisurifilaifipropabilitéifideificongestionifi....................ifi115

5.5.3 Effet du seuil de congestion sur la probabilitéifi.........................................................ifi116

5.6 Synthèseifi.......................................................................................................................ifi118

CHAPITRE 6 CONCLUSIONifi....................................................................................................................ifi119

6.1 Synthèse des travauxifi....................................................................................................ifi119

6.2 Contributionsifi................................................................................................................ifi121

6.3 Limitationsifi...................................................................................................................ifi121

6.4 Perspectivesifi..................................................................................................................ifi123

xiiiifi ifi Tableau 2-2ifi .................................ifi19

Tableau 2-3ifi ..............ifi21

Tableau 2-4ifi:ifiDescriptionifidesifiniveauxifideifiserviceifiduifiHighwayifiCapacityifiManualifi(TRB,ifi2010)ifi...ifi21

Tableau 2-5ifi ..............................ifi22 Tableau 2-6ifi laifilittératureifi..................................................ifi25quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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UNIVERSITÉifiDEifiMONTRÉALifi

DEifiLAifiCONGESTIONifiROUTIÈRE

MARC-ANDRÉifiTESSIERifi

MÉMOIREifiPRÉSENTÉifi

NOVEMBREifi2015ifi

UNIVERSITÉifiDEifiMONTRÉALifi

Ceifimémoireifiintituléifi:ifi

INDICATEURS ETifiDEifiSUIVIifi

DEifiLAifiCONGESTIONifiROUTIÈREifi

Tonifisacrificeifiduifi28ifis yeux.ifi

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1. Mieux comprendre la congestion pour enifidégagerifiuneifidéfinitionifietifilesifivariablesifipertinentes;ifi

2. Identifier des indicateurs de la congestion adéquats pour différents objets et conditions du

3. Développer une méthodologie d'estimation des indicateursifiidentifiésifiàifipartirifideifidonnéesifideifi

4. Contribuer au développement d'un outil de consultation permettant d'extraire des statistiques

1. Better understandifiroadificongestionifitoifiidentifyifiaificlearifidefinitionifiandifirelevantifivariables;ifi

2. Identify appropriate roadificongestionifiindicatorsififorifidifferentifiobjectsifiandificonditionsifiofifitheifi

3. Develop a methodology for estimating theifiidentifiedifiindicatorsifiusingifiGPSifitracesifispeedifidata;ifi

4. Contribute to the development of a consultation tool ableifitoifiextractifiusefulifistatisticsififorifi

1.1 Contexteifi...........................................................................................................................ifi1

1.2 Problématiqueifi...................................................................................................................ifi3

1.3 Objectifsifi...........................................................................................................................ifi4

1.4 Organisation du mémoireifi.................................................................................................ifi4

2.1 La congestion routièreifi......................................................................................................ifi5

2.1.1 Définitionsifi....................................................................................................................ifi5

2.1.2 .........................................................................ifi7

2.1.3 Causes de la congestionifi................................................................................................ifi9

2.1.4 Impacts de la congestionifi............................................................................................ifi12

2.1.5 Solutions à la congestionifi............................................................................................ifi12

2.1.6 "ifiBénéficesifi»ifideifilaificongestionifi...................................................................................ifi14

2.1.7 Mesure de la congestionifi.............................................................................................ifi14

2.1.8 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi15

2.2 Indicateurs de la congestionifiroutièreifi..............................................................................ifi16

2.2.1 ....................................................................................................ifi16

2.2.2 ..................................................................ifi17

2.2.3 Indicateurs de vitesseifi.................................................................................................ifi19

2.2.4 Indicateurs de débit et de capacitéifi..............................................................................ifi20

2.2.5 Indicateurs deifitempsifietifideifiretardifi................................................................................ifi22

2.2.6 Indicateurs spatiauxifi....................................................................................................ifi24

2.2.7 Indicateurs de fiabilitéifi................................................................................................ifi26

2.2.8 Indicateurs de coûtsifi....................................................................................................ifi28

2.2.9 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi30

2.3 Synthèse généraleifi...........................................................................................................ifi31

3.1 Données de mesureifi .......................................ifi33

3.1.1 Description des données GPS de Taxi Diamondifi.......................................................ifi34

3.1.2 Nettoyage des données GPSifi.......................................................................................ifi35

3.1.3 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi39

3.2 Données de baseifi:ifi"ifiRéseauifiduifiMTQifiàifiMontréalifi»ifi.......................................................ifi39

3.2.1 Définition du "ifiRéseauifiduifiMTQifiàifiMontréalifi»ifi...........................................................ifi40

3.2.2 Segmentation du réseau en tronçons égaux de 100ifimifi................................................ifi44

3.2.3 Codification des limites de vitesse sur le réseauifi........................................................ifi47

3.2.4 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi50

3.3 Appariement des données GPS et du réseau routierifi......................................................ifi50

3.3.1 Critère mifi..........................................................................................ifi51

3.3.2 .............................................................................................ifi52

3.3.3 Synthèseifi.....................................................................................................................ifi53

3.4 Données explicativesifi:ifidonnéesifimétéoroutièresifi.............................................................ifi53

3.4.1 Description de la base de données météoroutièresifi.....................................................ifi54

3.4.2 Conversionifiversifiuneifibaseifideifidonnéesifitemporelleifi......................................................ifi56

3.4.3 Intégration des données météo aux données de circulationifi.......................................ifi57

3.5 Calcul desifiindicateursifi.....................................................................................................ifi58

3.5.1 Équations des indicateursifi...........................................................................................ifi59

3.5.2 ........................................................................ifi59

3.6 Objets de visualisationifi...................................................................................................ifi61

3.6.1 Distributionifi.................................................................................................................ifi62

3.6.2 Courbe cumuléeifi..........................................................................................................ifi62

3.6.3 Grille de congestionifi...................................................................................................ifi65

3.6.4 Carte de congestionifi....................................................................................................ifi65

3.7 Agrégation des donnéesifiselonifilaifisélectionifispatiotemporelleifi.........................................ifi66

3.7.1 Sélections spatiotemporellesifi......................................................................................ifi66

3.7.2 ...............................................................................ifi67

3.7.3 .................................................ifi70

3.7.4 Lissage spatial par moyenne mobileifi..........................................................................ifi71

3.8 Synthèseifi.........................................................................................................................ifi72

4.1 Obje ................................................................................................................ifi73

4.1.1 Corridorifi ............................................................ifi74

4.1.2 :ifiPontifiChamplainifienifidirectionifideifiMontréalifi.........................................ifi75

4.1.3 Réseau routier du MTQ de la région de Montréalifi.....................................................ifi79