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DAVIS

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DAVIS est un logiciel de modélisation macroscopique des déplacements créé à l'INRETS (IFSTTAR depuis 2011).

Au regard du développement des moyens de déplacements, et notamment celui de la voiture, dans les années 1960; aux questions que pose prospectivement cet usage aux pouvoirs publics relativement à leur gestion, usage et besoin sous l'ensemble des dimensions politique, économique, urbaine entremêlées.

Il va être demandé au Service d'Études et de Recherches sur la Circulation [1](SERC créé en 1954, puis séparé en 1969 en IRT et SETRA) de réaliser des programmes informatiques de calcul scientifique.

Les premières lignes des programmes furent écrites en 1967 en langage Fortran, et le logiciel commença à être utilisé au début des années 1970 par les services de planification.

La réalisation en fut confiée à François Barbier Saint Hilaire qui baptisa les programmes Distribution Affectation VISualisation.

Le développement de la modélisation macroscopique

Le développement du logiciel DAVIS s'insère dans un mouvement qui naît aux États Unis dans les années 1950, à travers les premiers pas de la théorie relative aux déplacements des véhicules particuliers; le Principe de Wardrop est énoncé et les prémisses de la démarche à 4 étapes initiés.

Comme on l'a vu la recherche française va s'approprier ces travaux et développé une expertise nationale. De 1960 à nos jours, deux étapes se sont déroulées dans ce cheminement.

  • Au cours des années 1960 à 1990 la présence de l'État français est prédominante, qui supporte les développements et fédère l'usage, à travers une modélisation mono modale principalement.
  • À partir de 1990 une tendance se dessine avec l'arrivée des logiciels commerciaux et la demande d'intermodalité et multi modalité dans les études[2],[3].

Le logiciel DAVIS

Depuis les premières lignes de code initiées pour offrir des méthodes de calcul, notamment une affectation de trafic, DAVIS est devenu un logiciel complet de modélisation des déplacements à l'usage des ingénieurs d'études.

Le logiciel s'est développé et a évolué grâce à sa diffusion auprès des services publics et des bureaux d'études.

Il a dans ce contexte bénéficié du retour d'expérience des études urbaines principalement pour lesquelles il a été créé.

Il a par ailleurs évolué pour répondre de manière anticiper aux besoins futurs.

On peut distinguer diverses étapes chronologiques marquées par les numéros de version.

  • La version 0 dite Système DAVIS pour calculateurs IBM 360 et 370 et CII Iris 80 en 1973.
  • La version 1 dite DAVIS Plus sur PC sous DOS en 1982.
  • La version 2 dite DAVIS Équilibre et Tribut sur PC sous Windows en 1990.
  • La version 3 dite AEL-DAVIS pour Affectation en Équilibre Local en 2000.
  • La version 4 dite AEL-Dynamique en 2004.
  • La version 5 dite DAVISG pour DAVIS Généralisé depuis 2010.

L'outil disponible actuellement dans sa version 5.5 comporte un ensemble complet de méthodes et fonctions propre à modéliser l'offre et de la demande puis de réaliser des simulations dans le cadre de la démarche à 4 étapes (Génération, Distribution, Choix Modal et Affectation).

  • La dernière version DAVISG se décline apte aux approches multi modale, multi classe, multi motif et multi horaire.

La démarche à 4 étapes

La démarche à 4 étapes est un cadre conceptuel de travail pour la modélisation des déplacements; elle s'établit pour ce qui nous concerne sur l'offre d'un côté et d'autre part la demande qui sous des hypothèses de comportement rationnel des individus définit une situation d'équilibre générale du système modélisé.

Sur ce principe il s'agit de créer un modèle qui pourra être agrégé ou désagrégé selon les approches et les parties.

On décline les 4 étapes de la manière suivante; nous évoquons pédagogiquement et simplement le sujet, qui est extrêmement vaste dans ses déclinaisons théoriques et techniques.

La première étape dite "Génération"

Il s'agit de calculer le nombre de déplacements sur un zonage défini sur le périmètre du modèle.

À partir de la définition du périmètre de modélisation, il sera calculé les émissions et l'attraction de chaque zone dans l'unité requise.

Dans sa forme la plus simple on va utiliser les variables socio-économiques du territoire et appliquer une formule linéaire.

Par exemple avec la variable population (pop), le nombre de déplacement à l'heure de pointe du matin en voiture par habitant (nb_dep_HPM_hab) on obtient le nombre de véhicules particuliers (uvp) qui partent d'une zone.

  • Application : pop = 2000 habitants, nb_dep_HPM_hab = 25% donne 500 uvp en HPM émis par la zone.

Cette étape peut être réaliser de manière beaucoup plus savante. Cela renvoi à un ensemble de démarches diverses, de types de recueils que nous évoquons sans exhaustivité.

Segmentation de la population

Dans ce cas on va utiliser une ou plusieurs variables pour segmenter la population et qui différencie les types ou genres de déplacements.

On pourra alors réaliser partiellement les calculs sur des segments (Sexe, Taille des Ménages, Actifs, Motorisation, Revenu, ...), des motifs (Domicile-Travail, Affaires professionnelles, Enseignements, Écoles, Loisirs, Démarches Administratives, Achats et Services, Autres, ...), des classes (Véhicules Particuliers, Poids Lourds, 2 Roues, Autres Mécanisés, Marche ...).

Enquêtes Ménages

Dans cette optique de travail la donnée socio-économique est le pivot des démarches. Il est notamment pratiqué pour ces études ce que l'on appelle les Enquêtes Ménages qui consistent à recueillir un ensemble de variable caractéristiques des déplacements. Les résultats principaux sont notamment la mobilité qui quantifie le nombre de déplacement par jour et par personne, on citera aussi les parts modales des différents modes de déplacements. Nous relèverons que cette information va permettre de caractériser la demande interne au périmètre de travail.

Enquêtes Cordon

Pour la demande externe qui se sépare en transit et échange avec le périmètre de travail, on aura recours à d'autres informations. Il est notamment réalisé pour ce faire, les enquêtes en cordon qui consistent pour les transports individuels à réaliser un sondage auprès des automobilistes, par exemple, sur des postes frontières au territoire modélisé. On recueillera ici par exemple les origines et destination des déplacements, le motif et le nombre de personnes par voiture.

Générateur

La notion de générateur est essentielle et elle introduit un cas particulier dans cette étape. Ce sont couramment les zones comme les gares, les aéroports, les ports, les centres commerciaux, les lieux de loisirs qui attirent et émettent des déplacements avec leur particularité.

La deuxième étape dite "Distribution"

Il s'agit de calculer la matrice carrée de déplacements de la taille du nombre de zones.

Le calcul de la première étape a permis d'obtenir les marges de la matrice qui seront distribuées dans cette étape.

La distribution va s'appliquer de manière différente selon la partie de la matrice de la matrice. On y distingue 4 blocs, les déplacements interne, les déplacements d'échange vers l'extérieur et vers l'intérieur et enfin les déplacements de transit.

Il est indispensable de comprendre que le déplacement va se réaliser relativement à une distance entre une origine et destination. C'est un paramètre important inhérent à la distribution qui va devoir utiliser une mesure de cette distance, qui est en général un temps.

Distribution gravitaire

Dans le cadre de ces travaux pour la partie interne, la méthode la plus couramment utilisée consiste en une distribution gravitaire, par analogie à la loi de la gravitation universelle.

Cela revient à calculer chaque cellule de la matrice de taille n x n sous la contrainte des marges selon une formulation du type :

  • Tij = ai * bj * exp (-Fij (Dij - D0))
  • Tij est la valeur de la cellule calculée pour la i ème ligne et j ième colonne.
  • Ceci sous la contrainte somme des lignes Ai = Σ Tij avec j = 1 à n et somme des colonnes Bj = Σ Tij avec i = 1 à n

Méthode de Fratar

Dans le cas ou l'on possède une matrice de déplacement ancienne, on peut déterminer une nouvelle matrice par une méthode dite des Facteurs de Croissance en utilisant la Méthode de Fratar. Cela consiste à fournir les nouvelles marges à atteindre, et l'application du calcul sur la matrice ancienne va définir une nouvelle matrice dont la distribution ne sera pas trop éloignée de la structure précédente.

Diverses Méthodes

A cette étape on évoque encore diverses approches de distribution, celle notamment des générateurs spécifiques. On dispose aussi de la méthode d'opportunité ou le déplacement n'est pas corrélé à la longueur de ce dernier mais plus au besoin (notion de zone d'achalandise).

Il arrive que les étapes de Génération et Distribution s'exerce de manière conjointe.

Il peut découler de cette étape dans le cas ou la matrice est journalière, la détermination d'une matrice horaire par l'application d'un coefficient horaire.

La troisième étape dite "Choix Modal"

Il s'agit de déterminer le mode de déplacement relativement à la matrice de déplacement distribuée à l'étape 2.

Cette étape revient à créer des sous matrices par mode.

  • Par exemple dans un cas très simple, si l'on dispose de la matrice du nombre de déplacement tous modes et que l'on connait la part de chaque mode, il suffit d'appliquer le coefficient.

Modèle Prix temps

La détermination du mode de transport, dans la cas ou se superpose au temps de déplacement la question du coût (train ou voiture), défini un cas particulier du choix de mode de transport; c'est aussi le cas pour le choix d'un itinéraire (avec ou sans péage).

Il est aisé de ressentir que de payer pour se déplacer est moins attirant que si c'est gratuit. C'est le point d'ancrage de raisonnement ou est utilisé la notion de valeur du temps et qui permet la séparation d'échantillon de déplacement, où l'on introduit le concept de coût généralisé.

Modèle Logit

Le logit est une seconde approche théorique utilisée pour définir le mode choisi lorsqu'il existe plusieurs mode en concurrence (voiture contre transport en commun ou bien voiture contre 2 roues). C'est ici la notion de temps généralisé ou impédance qui va être introduite conceptuellement.

La quatrième étape dite "Affectation"

Il s'agit de réaliser la recherche du(des) plus court(s) chemin(s) sur le graphe de l'offre qui correspond au mode de déplacement choisi, ce qui définit l'affectation de trafic.

Les premiers algorithmes de calcul d'une affectation de trafic sur le véhicule particulier (voiture) utilisaient des méthodes très rudimentaires, comme l'affectation en tout en rien.

Elle consiste à déterminer le plus court chemin entre une origine et destination du déplacement en temps et d'affecter l'ensemble de la demande.

Un algorithme un peu plus évolué consiste à affecter par tranches la matrice en recherchant le plus court chemin avec impact de la charge de trafic sur celui ci. La recherche à l'étape suivante détermine en général un nouveau chemin et au final une affectation plus réaliste.

La méthode standard implémentée désormais consiste à rechercher l'équilibre de Wardrop.

Le premier Principe de Wardrop dit que : "entre chaque couple origine-destination les usagers s'affectent sur des itinéraires égaux en temps, pour tous les itinéraires effectivement utilisés". Ce premier principe définit un optimum individuel.

Le type d'affectation de trafic est assez souvent relatif au système de transport (individuel ou collectif) de déplacement; en conséquence les algorithmes utilisés pour la recherche du plus court chemin sur le graphe du réseau sont adaptés.

Hors les algorithmes d'affectation, la mesure de valuation du graphe est extrêmement importante.

  • Pour le transport individuel on défini le temps généralisé ou coût généralisé, qui permet d'intégrer des notions comportementales de la voirie.
  • Pour le transport collectif c'est la notion d'impédance qui intègre de la même manière des attributs du transport collectif.

L'application de cette démarche autorise les études de déplacement et leur modélisation, nous donnerons en exemple le cas du Modèle de déplacements MODUS en Ile-de-France.

Les études de déplacement

Le domaine couvert par DAVIS appartient à l'étude des déplacements, qui s'avère désormais bien plus vaste que celui initialement proposé. En effet les premiers versions 0 à 4 ne permettaient d'étudier que les déplacements concernant la circulation routière, on parle historiquement des "études de trafic"; connotation qui persiste.

Il s'attache, en outre, le vocable macroscopique à ce domaine de travail, qui le distingue d'autre dimension microscopique ou mésoscopique pour ne citer que celles-ci.

Une unité essentielle est celle de la dimension horaire qui caractérise ces démarches d'études par la modélisation macroscopique. Le passage au journalier, ou à toute autre unité de temps n'est que le résultat d'un second calcul sur les résultats premiers d'un modèle horaire.

Méthodologiquement la modélisation utile à l'étude des déplacements suit un cheminement qui passe par les recueils de données de diverses natures relativement à la modélisation de l'offre et de la demande. Avec la mise au point de l'offre et de la demande on procède au calage global du modèle, qui détermine la situation de référence. Le modèle est prêt pour permettre ensuite toute démarche prospective selon les attentes[4].

Voir aussi

Articles connexes

Liens internes

Notes et références

  1. http://temis.documentation.developpement-durable.gouv.fr/documents/Temis/0003/Temis-0003225/3962_1.pdf Une technique de planification au service de l'automobile ; les modèles de trafic. G Dupuy Paris 1975
  2. http://isidoredd.documentation.developpement-durable.gouv.fr/document.xsp?id=Drast-DRIOUV00019395 État et secteur privé dans la modélisation des déplacements urbains en France, 1960-2005 : quel processus de production ? Rapport final.
  3. https://hal.archives-ouvertes.fr/file/index/docid/695778/filename/Debizet_modeI_lisation-des-transports-1960-2005-France_Version-auteur.pdf Lévolution de la modélisation des d'eplacements urbains en France 1960-2005 Gilles Debizet
  4. https://educnet.enpc.fr/pluginfile.php/7899/mod_resource/content/0/Guide-Certu-mdu.pdf certu modélisation des déplacements urbains de voyageurs

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