Brevet FR2675610A1 — publié le 19921023

L'invention a pour objet un procédé et une installation pour l'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers. Pour contrôler et réguler le trafic de circulation routière et/ou autoroutière, aussi bien en zones périurbaines quten rase-campagne, il importe de pouvoir disposer, à un poste central, des caractéristiques du flux de circulation existant à tout instant sur une lon- gueur aussi grande que possible d'axe routier et/ou autoroutier.Compte-tenu de l'importance qui s'attache à cette connaissance du trafic, tant pour détecter des accidents ou les prévenir, que pour faciliter les conditions de circulation des usagers, de nombreux systèmes ont déjà été proposés pour tenter de résoudre le problème posé par la collecte d'informations le long d'un axe routier à surveiller et la transmission desdites informations en temps réel à un poste central à partir duquel peuvent être prises des mesures d'intervention et/ou de prévention.Aucun, cependant, ne donne actuellement satisfaction et cela principalement en raison des coûts élevés d'installation, d'exploitation et de maintenance qu'impliquent les systèmes connus, dans la mesure où ils font application de détecteurs à boucle d'induction (comme dans DE-3 100 724) ou à des moyens de mesure du champ magnétique terrestre, (comme dans DE-3 521 655) ou à des moyens optiques de détection infra-rouge (comme dans EP-A-0 024 010). Pour réduire ces coûts, notamment ceux entraînés par l'ouverture et l'entretien des chaussées en ce qui concerne la pose de boucles d'induction ou de détecteurs du champ magnétique terrestre, on a récemment suggéré, dans EP-A2-0 357 893, de mesurer un flux de circulation de véhicules en zone urbaine ou se déplaçant sur autoroute, à l'aide de deux capteurs distincts, dont l'un est sensible aux ondes sonores émises par un véhicule en mouvement et dont l'autre peut être sensible au champ magnétique, les signaux détectés par les deux capteurs étant, après traitement, transmis à un poste d'observation central. Le procédé et l'installation selon le document qui vient d'être cité, s'ils permettent de s'affranchir de certains des inconvénients des dispositifs plus anciens, nécessitent en chacune des bornes ou balises réparties le long des voies de circulation à surveiller au moins deux capteurs et une unité de corrélation des signaux délivrés par lesdits capteurs, de sorte que le coût de réalisation et d'entretien d'une installation selon cette demande de brevet sur des axes routiers et/ou autoroutiers de grande longueur constitue un obstacle dirimant à l'exploitation du procédé en dehors des agglomérations urbaines. C'est, par conséquent, un but général de l'invention de fournir un procédé et une installation d'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers qui pallient les inconvénients des procédés et systèmes connus. C'est, à cet égard, un but de l'invention, de fournir un procédé et une installation dans lesquels les coûts de réalisation et d'entretien de chaque poste local de détection du trafic soient suffisamment faibles pour permettre l'implantation d'un grand nombre de tels postes le long de l'axe routier et/ou autoroutier à équiper, et cela sans aboutir à une dépense économiquement non acceptable. C'est, aussi, un but de l'invention de fournir un procédé et une installation d'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers qui soient aisés à exploiter et opératoires en toutes circonstances, en particulier dans des conditions climatiques difficiles de pluie, vent et/ou neige. C'est, enfin, un but de l'invention de fournir un procédé et une installation à la fois simples et sûrs en ce qui concerne le fonctionnement de chaque poste local de détection des caractéristiques du flux de circulation à évaluer, mais également en ce qui concerne le traitement des signaux transmis à partir desdits postes locaux à un poste central où ils sont reçus et exploités. Un procédé d'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers, suivant lequel on détermine à chaque borne d'une multiplicité de bornes réparties le long d'un axe routier et/ou autoroutier à surveiller les caractéristiques dudit flux au droit de ladite borne en détectant les ondes sonores liées au passage des véhicules devant elle est caractérisé, selon l'invention, en ce que l'on ne capte en chaque borne que les ondes so- nores de moyenne fréquence, à l'aide d'un seul détecteur du type microphone associé à une direction de circulation (et cela quel que soit le nombre de voies de cette direction), la sortie dudit détecteur étant filtrée puis comparée à un niveau de seuil d'étalonnage pour fournir une information sur le flux des véhicules passant au droit de ladite borne à un instant donné. L'utilisation d'un microphone sensible aux seules moyennes fréquences limite le prix du capteur d'ondes sonores, d'une part, tandis que le traitement du signal de sortie du capteur, -par filtrage et comparaison à une valeur de seuil-, est lui aussi d'un coût suffisamment faible pour permettre d'équiper un axe routier et/ou autoroutier de bornes locales distantes entre elles d'une ou de quelques centaines de mètres, permettant ainsi, par traitement à un poste central des signaux recueillis en un grand nombre de postes locaux, d'obtenir une représentation exacte et fiable du flux de véhicules sur ledit axe de circulation. Dans un mode d'exécution préféré du procédé selon l'invention, chaque microphone est prévu pour capter des fréquences supérieures à 250 Hz tandis que la fréquence du filtre est choisie entre 1000 et 5000 Hz. Pour l'évaluation du flux de circulation à partir des caractéristiques relevées à chaque borne locale, l'invention tire parti du fait que, pour un environnement donné (topographie, revêtement routier, dispo sition relative du microphone par rapport à l'axe auquel il est associé, ..., etc), la vitesse de passage d'un véhicule au droit de la borne peut être aisément discriminée par le spectre de fréquences sonores capté, filtré puis comparé à un seuil étalon, de sorte qu'il est possible de connaître au poste central, et à tout instant t, l'absence ou l'existence d'un trafic en regard d'une borne locale et la vitesse à laquelle celui-ci s'écoule. En traitant mathématiquement les informations relatives à une même borne locale aux instants t, t+1, t+2, ... etc, d'une part et, d'autre part, les informations recueillies à un même instant t aux différentes bornes locales, le trafic peut alors être évalué en un lieu et à un instant donné. Les informations recueillies peuvent également être traitées, au poste central, pour prédire l'évolution du trafic dans l'espace et dans le temps, autorisant ainsi, très rapidement, l'acheminement de secours en cas d'accident ou la prévention de bouchons, etc... Lorsque, selon l'invention également, on associe à chaque borne locale un moyen de comptage, les signaux issus desdites bornes contiennent non seulement des informations de vitesse d'écoulement du trafic, mais aussi des informations sur le débit instantané de véhicules au droit de ladite borne à un instant donné. Dans un mode d'exploitation du procédé, chaque borne locale peut transmettre complémentairement à une information de débit instantané, une valeur de débit moyen élaborée à partir des observations relevées à ladite borne pendant une durée prédéterminée, ces informations de débit moyen étant exploitées au poste central de façon analogue aux informations de débit instantané. Cette exploitation, au poste central, des signaux recueillis à chaque borne locale est effectuée, de façon particulièrement avantageuse, à l'aide d'un "système expert", lequel garde en mémoire les informations correspondant à un type de trafic donné pour per mettre de les comparer à d'autres informations correspondant à d'autres types de trafic et/ou les corréler avec des informations relevées de visu sur le terrain pour affiner les résultats fournis par le système. Une installation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend alors une multiplicité de bornes locales reliées à un poste central et réparties le long d'une route ou autoroute à surveiller avec, à chacune desdites bornes un capteur du type microphonique associé à une direction de circulation (à une ou plusieurs voies) et sensible aux moyennes fréquences du spectre sonore lié au passage des véhicules au droit de ladite borne; une alimentation en courant dudit capteur au moins un filtre du signal issu du capteur; un comparateur du signal filtré à une valeur de seuil ; des moyens de comptage des signaux captés ;; des moyens de transmission à un poste central d'un code d'identification de la borne et des informations issues du comparateur ainsi que des moyens de comptage ; et audit poste central, des moyens de traitement de l'ensemble des informations reçues à partir des dite s bornes locales pour fournir une évaluation du flux de circulation à un instant donné de même que pour prédire la variation dans le temps et dans l'espace, dudit flux. Selon une autre caractéristique de l'invention, l'installation comprend également, à chacune des bornes qu'elle comporte, un dispositif fournissant une valeur moyenne des informations captées au cours d'un intervalle de temps prédéterminé, par exemple de l'ordre de 1 à 10 secondes. Dans une forme de réalisation préférée d'une installation selon l'invention, comme appliquée à une au toroute, les microphones d'une borne locale associés aux deux directions de circulation sont portés par un même mât ou pylône implanté sur le terre-plein central séparant les deux chaussées de circulation de l'autoroute. Dans une telle installation, en outre, chaque microphone est placé au foyer d'un capot parabolique fermé par un voile transparent aux ondes sonores, -mais étanche aux particules solides et/ou liquides susceptibles de détériorer les capteurs-, une telle disposition assurant la protection de chaque microphone, d'une part, mais aussi, d'autre part, par l'effet même de la directivité croissante du système microphone/parabole en fonction de la fréquence, un filtre naturel de rejection très directif dès que sont captées des fréquences supérieures à 250 Hz. Selon une autre caractéristique de l'invention, chacune des bornes de l'installation est équipée de capteurs d' environnement comme, par exemple, des capteurs d'humidité, de température, etc... permettant d'adapter les critères de détection à différents états de la chaussée et, ainsi, d'accroître la fiabilité du procédé et de l'installation pour sa mise en oeuvre. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite à titre d'exemple et en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est une vue très schématique, en plan d'un tronçon d'autoroute équipé d'une installation selon l'invention ; - la figure 2 est une vue très schématique en coupe selon la ligne 2-2 de la figure 1 ; - la figure 3 est un schéma synoptique d'un capteur et des organes qui lui sont associés dans une installation selon l'invention ; - les figures 4 à 6 sont des schémas. Un procédé d'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers selon l'invention et une installation pour sa mise en oeuvre sont décrits ci-après, et sans qu'aucun caractère limitatif ne soit attaché à cette description, comme appliqués à une autoroute A, figure 1, à deux chaussées de circulation c1 et c2 séparées par un terre-plein central tp, chacune des chaussées comportant plusieurs voies de circulation v1,1, V1,2 ~2,1 X2,2' etc ... La direction de circulation sur chacune des chaussées, sur lesquelles se déplacent des véhicules V, est montrée par la flèche F1 pour la chaussée cl et par la flèche F2 pour la chaussée c2. Pour évaluer le flux de circulation desdits véhicules l'invention propose, en chaque borne 101, 102, etc... , d'une multiplicité de bornes reliées à un poste central PC et réparties le long de l'autoroute A, de déterminer les caractéristiques dudit flux en regard de ladite borne, ces caractéristiques étant obtenues à partir des ondes sonores liées au passage de chaque véhicule V devant une borne 10 et qui ont leur origine, notamment, dans les bruits du moteur, de l'échappement et celui du roulement des pneus sur la chaussée. De façon plus précise l'invention propose, à chaque borne 10, de capter les ondes sonores relatives à une direction de circulation F1 ou F2, à l'aide d'un microphone 11 choisi pour être sensible aux moyennes fréquences seulement, de sorte que son prix peut être réduit et que, par voie de conséquence, les bornes 10 peuvent être disposées le long de l'autoroute A à faible distance les unes des autres, par exemple à environ une centaine de mètres d'intervalle. Dans la réalisation montrée schématiquement sur les figures 1 et 2, les bornes 10 sont ménagées par des mâts ou pylônes 12 disposés sur le terre-plein central tp de l'autoroute, chaque mât ou pylône 12 portant à son sommet un microphone 111 associé à la chaussée cl et un microphone 112 associé à la chaussée c2. Chaque borne 10 comprend une alimentation en courant 13, des moyens 14 (qui seront explicités ci-après) de traitement des signaux issus des microphones et des moyens 15 de transmis sion desdits signaux au poste central PC, par exemple à l'aide de câbles comme montré schématiquement par les lignes en traits mixtes 201, 202, ... etc, 20ne1' 20ns ou par radio, ... etc. Dans la forme de réalisation décrite et représentée, chaque microphone 11 est placé au foyer d'un capot parabolique 21 fermé par un voile 22 transparent aux ondes sonores, mais étanche aux particules solides et/ou liquides comme de la poussière, de la pluie et/ou de la neige qui pourraient perturber les performances du capteur. Outre son rôle de protection, le capot parabolique 21 forme avec le microphone placé à son foyer un système se comportant comme un filtre naturel de rejection très directif pour des fréquences sonores supérieures à 250 Hz, c'est-à-dire précisément le domaine de moyenne fréquence pour lequel le microphone 11 a été choisi. Etant donné que, toute chose étant égale par ailleurs, le spectre de fréquence sonore recueilli au passage d'un véhicule roulant à grande vitesse (courbe 40 de la figure 4) est relativement très différent du spectre de fréquence d'un véhicule circulant au ralenti (courbe 41 de la même figure) l'invention propose, complémentairement, de d'abord filtrer le signal issu du capteur 11 et de traiter ensuite ce signal par comparaison à un niveau de seuil pour déterminer si le ou les véhicules dont le passage a été enregistré à l'instant t au droit d'une borne i circulait à grande ou petite vitesse. Dans le premier cas, le signal issu du microphone 11 est comme montré schématiquement en 30a sur la figure 3, tandis qu'il est comme montré en 30b sur la même figure dans le second cas. Si, à la sortie du filtre 31, un tel signal est transformé en un signal triangulaire, comme montré sur la figure 5 où l'axe des abscisses est représentatif du logarithme des fréquences et l'axe des ordonnées de l'amplitude en dB, la différence de niveau maximum des deux signaux triangulaires permet de discriminer à l'aide d'un comparateur de seuil 32 le signal triangulaire 42, figure 6, correspondant à un passage de véhicule à grande vitesse et le signal 43 correspondant à un véhicule circulant au ralenti.La sortie 33 du comparateur 32 traduit par conséquent, par un choix approprié de la valeur de seuil s, soit le passage d'un ou de véhicules à grande vitesse, comme schématisé en gv, soit le passage d'un véhicule circulant au ralenti, comme schématisé en r. Le traitement électronique du signal capté est ainsi d'une grande simplicité et, par suite, peu onéreux. Sa transmission au poste central PC, après comptage et avec un signal ou code d'identification de la borne 10i, permet de connaître à chaque instant t audit poste central les caractéristiques instantanées du trafic sur toute la longueur de l'axe routier et/ou autoroutier sous surveillance. Le traitement mathématique audit poste central par un système expert des informations recueillies relatives à une même borne locale 10i aux instants t, t+1, t+2, ..., etc d'une part et, d'autre part, des informations recueillies à un même instant t à toutes les bornes du réseau, permet d'évaluer le flux de circulation en un lieu et à un instant donné d'une part, mais aussi de prédire l'évolution du trafic dans l'espace et dans le temps, afin de prendre les mesures nécessaires au bon écoulement dudit trafic ou, le cas échéant, d'intervenir en cas d'incident ou d'accident. Le système expert mis en oeuvre au poste central peut être "éduqué" au fur et à mesure des situations de trafic rencontrées et mises en mémoire d'une part, de même qu'à partir des observations visuelles enregistrées par des moyens optiques usuels pour un flux de circulation donné, d'autre part. Le système expert peut également être organisé pour traiter soit des informations de débit instantané, comme décrit ci-dessus soit, en variante, des informations correspondant en certaines des bornes 10i à des valeurs moyennes du débit observé, les bornes correspon dantes, ou toutes les bornes, étant alors équipées d'un dispositif permettant d'obtenir une valeur moyenne des informations captées pendant une durée prédéterminée, par exemple de l'ordre de 1 à 10 secondes. Complémentairement, chacune des bornes 10 est également munie d'un ou de capteur(s) des caractéristiques d'environnement, comme l'humidité, ia température, etc... permettant d'adapter les critères de détection aux différents états correspondants de la chaussée. Dans une réalisation ayant donné de bons résultats, les mâts ou pylônes 12 avantageusement réalisés en matière plastique, avaient une hauteur d'environ 1,50m et étaient disposés le long de l'autoroute à une centaine de mètres les uns des autres. Chaque parabole de protection des microphones 11, placée au sommet d'un mât 12, avait une dimension d'environ 30 cm. Un procédé et une installation selon l'invention, qui ne requièrent qu'une infrastructure légère, facile à installer et à entretenir et qui, en outre, n'exigent aucun dispositif particulier sur les véhicules dont le flux doit être évalué peuvent ainsi être exploités sur de grandes longueurs de routes ou d'autoroutes à un coût économiquement viable. REVENDICATIONS 1. Procédé d'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers suivant lequel on détermine à chaque borne (10) d'une multiplicité de bornes réparties le long d'un axe routier et/ou autoroutier à surveiller les caractéristiques dudit flux au droit de ladite borne en détectant les ondes sonores liees au passage des véhicules (V) devant elle, caractérisé en ce que l'on ne capte à chaque borne (10i) que les ondes sonores de moyenne fréquence à l'aide d'un seul détecteur du type microphone (11) associé à une direction de circulation (F1, F2) (et cela quel que soit le nombre de voies (v) de cette direction) , la sortie dudit détecteur étant filtrée puis comparée à un niveau de seuil d'étalonnage pour fournir une information sur le flux des véhicules (V) passant au droit de ladite borne (10i) à un instant donné (t). 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque microphone est prévu pour capter des fréquences supérieures à environ 250 Hz et en ce que la fréquence du filtre (31) est choisie entre 1000 et 5000 Hz. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine à chaque borne (10i) une information de débit instantané du flux de circulation. 4. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'on détermine à chaque borne (10i) une valeur de débit moyen du flux de circulation à évaluer. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux recueillis à chaque borne (10i) sont acheminés à un poste central (PC) où ils sont traités à l'aide d'un "système expert" organisé pour traiter des informations relatives à une même borne (10i) à des instants (t, t+1, t+2...) d'une part et, d'autre part, des informations recueillies à un même instant (t) aux différentes bornes locales (101, 102,... etc) afin d'évaluer le trafic en un lieu et à un instant donné, de même que pour prédire l'évolution dudit trafic dans l'espace et dans le temps. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le "système expert" a en mémoire les informations d'un type de trafic donné pour permettre de les comparer à d'autres informations correspondant à d'autres types de trafic et les corréler, le cas échéant, avec des informations relevées de visu sur le terrain. 7. Installation pour l'évaluation d'un flux de circulation de véhicules routiers comprenant une multiplicité de bornes locales (10) reliées à un poste central (PC) et réparties le long d'une route ou autoroute (A) à surveiller, caractérisée en ce que chaque borne (10) comprend un capteur (11) du type microphonique associé à une direction de circulation (F1, F2) à une ou plusieurs voies (v) et sensible aux moyennes fréquences du spectre sonore lié au passage des véhicules (V) au droit de ladite borne ; une alimentation (13) en courant dudit capteur (11); au moins un filtre (31) du signal issu du capteur (11) ; un comparateur (32) du signal filtré à une valeur de seuil ; . des moyens de comptage des signaux captés ;; . des moyens de transmission (15) à un poste central (PC) d'un code d'identification de la borne et des informations issues du comparateur ainsi que des moyens de comptage; et audit poste central (PC), des moyens de traitement de l'ensemble des informations reçues à partir desdites bornes locales (10) pour fournir une évaluation du flux de circulation à un instant donné de même que pour prédire la variation, dans le temps et dans l'espace, dudit flux. 8. Installation selon la revendication 7 caractérisée en ce qu'elle comprend en outre, à certaines ou toutes les bornes (10), un dispositif permettant d'obtenir une valeur moyenne des informations captées pendant une durée prédéterminée, par exemple de l'ordre de 1 à 10 secondes. 9. Installation selon la Revendication 7 ou 8, caractérisée en ce que certaines ou toutes les bornes (10) sont munies d'un ou de capteur(s) des caractéristiques d'environnement, comme l'humidité, la température, etc... permettant d'adapter les critères de détection aux différents états correspondants de la chaussée. 10. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que les microphones (111, 112) d'une borne locale (10) associés aux deux directions de circulation (F1, F2) sont portés par un même mât ou pylône (12) implanté sur le terre-plein central (tp) séparant les deux chaussées de circulation (c1, c2) 11. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que chaque microphone (11) est placé au foyer d'un capot parabolique (21) fermé par un voile (22) transparent aux ondes sonores, mais étanche aux particules solides et/ou liquides, pour assurer la protection dudit microphone (11) d'une part et, d'autre part, former un filtre naturel de rejection du système microphone/parabole. 12. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 11, caractérisée en ce que les moyens de traitement du signal issu de chaque microphone (11) à chaque borne locale (10) comprennent un filtre de fréquence (31), un comparateur (32) du signal filtré à une valeur de seuil et des moyens de comptage. 13. Installation selon l'une quelconque des revendications 7 à 12, caractérisée en ce que chaque mi crophone (11) est choisi pour capter des fréquences supérieures à environ 250 Hz, et en ce que la fréquence du filtre est choisie entre 1000 et 5000 Hz.