Systèmes de gestion de la circulation autoroutière

Compas est essentiellement un vaste système intégré de gestion de la circulation autoroutière ayant pour but d'accroître la sécurité, d'optimiser la capacité réelle du réseau routier et d'offrir un niveau accru de service aux automobilistes sans ajouter de voies de circulation. Pour ce faire, on mise sur la détection plus rapide des incidents, sur l'intervention et sur les moyens de répartir la circulation entre une autoroute et les autres routes que peuvent emprunter les automobilistes (p. ex., les voies express et collectrices de l'autoroute 401 à Toronto).

Les sous-systèmes suivants font généralement partie d'un système de gestion de la circulation autoroutière :

• le centre de régulation de la circulation (CRC);
• le système informatique central;
• le système de télévision en circuit fermé;
• les postes de détection des véhicules (PDV);
• les panneaux à messages variables (PMV);
• les postes de comptage des accès (PCA);
• le sous-système des installations (conduits, coffrets, socles, bloc d'alimentation, etc.);
• les sous-systèmes de communications :
  • fibres optiques;
  • câbles coaxiaux.

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Centre de régulation de la circulation (CRC)

Pour les systèmes de grande envergure servant à la gestion de la circulation autoroutière, comme le système Compas, le centre de régulation est le pivot de toutes les activités de communication et de contrôle. Il reçoit, analyse et évalue les données sur la circulation et détermine les mesures à prendre. En règle générale, un centre de régulation de la circulation comprend un système informatique central et ses périphériques, du matériel de communication, des écrans de télévision en circuit fermé, des dispositifs de commande des caméras, des affiches couleur et du matériel radio servant à dépêcher des véhicules de secours et d'entretien aux endroits où il y a un problème.

Le Centre de régulation de la circulation du système Compas de l'autoroute 401 est situé dans le complexe Downsview du ministère des Transports de l'Ontario, à l'angle de la rue Keele et de l'autoroute 401. Ce centre, qui est en service 24 heures sur 24, sept jours sur sept, s'occupe de toutes les activités ministérielles de gestion de la circulation autoroutière dans la région du grand Toronto.

Les postes de travail du centre de régulation du système Compas sont constitués des éléments suivants :

• Terminal d'ordinateur - Chaque poste de travail comprend deux terminaux d'ordinateur permettant d'accéder au logiciel du système Compas. En règle générale, un des terminaux informe l'utilisateur de toute activité détectée par le système. L'autre terminal sert à activer toutes les autres composantes du système Compas.
• Terminal graphique - Un terminal graphique couleur donne à l'utilisateur un aperçu de la circulation sur le tronçon de l'autoroute couvert par le système. Ce terminal permet d'afficher, sous forme de graphiques, les données en temps réel sur la circulation telles que le débit de circulation, le taux d'occupation et la vitesse des véhicules à divers endroits, ainsi que les messages apparaissant sur les panneaux à messages variables.
• Baie de contrôle - Les écrans de télévision en circuit fermé sont généralement regroupés dans une baie de contrôle se trouvant en face des postes de travail. Ces écrans affichent les images de l'autoroute prises par les caméras de télévision en circuit fermé.
• écrans des postes de travail - Les postes de travail sont munis de deux petits écrans. L'utilisateur peut diriger deux caméras à la fois et afficher les images qu'elles prennent sur ces écrans, ce qui lui permet d'observer de près des incidents ou des activités spéciales.
• Télécommande des caméras de télévision en circuit fermé/commutateur des écrans vidéo - Le commutateur permet de choisir l'image que l'on veut obtenir à partir d'une caméra, de diriger la caméra et d'afficher cette image sur l'écran du poste de travail.
• Magnétoscope - Le magnétoscope permet à l'utilisateur d'enregistrer les images prises par une caméra, notamment lors d'un incident.
• Carte murale - Une carte murale illustre les configurations de la partie de l'autoroute surveillée à l'aide du système. Elle indique l'emplacement de toutes les composantes du système telles que les panneaux à messages variables, les postes de détection des véhicules et les caméras de télévision en circuit fermé.

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Système informatique central

Le système Compas est constitué d'un ordinateur Digital VAX, d'un réseau local, d'un système de secours et de périphériques. Le logiciel repose sur un langage de haut niveau et comprend plusieurs modules importants pour les divers sous-systèmes. Les programmes informatiques du système de gestion de la circulation autoroutière coordonnent et traitent toutes les communications entre le sous-système des postes de détection des véhicules (PDV), le sous-système des panneaux à messages variables (PMV) et les programmes générant les graphiques couleur.

Le système informatique est l'élément fondamental de Compas. Ses principales fonctions sont les suivantes :

• Recueillir des renseignements, calculer des paramètres, prendre des décisions et définir des commandes de contrôle.
• Aider le personnel responsable du système Compas à prendre des décisions.
• Effectuer des opérations automatiquement en temps réel en minimisant l'intervention humaine.
• Produire des rapports écrits permanents sur le rendement du système et afficher ces renseignements pour permettre au personnel d'interagir avec le système.
• Commander divers systèmes, y compris ceux contrôlant la signalisation et le comptage des accès, en activant et en désactivant le matériel nécessaire. Pour ce faire, l'ordinateur utilise la logique de commande et de décision intégrée à son programme.
• Conserver des données sur la circulation recueillies à divers intervalles (20 secondes, 5 minutes, 15 minutes, toutes les heures, tous les jours, tous les mois) aux fins de récupération et d'analyse futures.
• Surveiller le matériel des PDV, des PMV et des postes de comptage des accès relié au système et aviser automatiquement le personnel de toute défectuosité.

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Système de télévision en circuit fermé (STCF)

Le STCF est le sous-système vidéo qui fournit des images en direct des zones se trouvant entre les caméras placées le long de l'autoroute. Ces images sont transmises au matériel de surveillance du centre de régulation de la circulation (CRC). Des dispositifs de contrôle se trouvant au CRC et sur les caméras permettent de faire un zoom, de pivoter les caméras à l'horizontale et de les incliner de haut en bas. Les signaux de commande des caméras sont transmis à l'aide du sous-système de communications à haute vitesse.

Le STCF sert principalement à confirmer les incidents et à en faciliter la gestion. En règle générale, les caméras se trouvent sur des poteaux de 15 m de hauteur espacés d'environ 1 km le long de l'autoroute. Toutefois, les caméras peuvent également être placées sur le toit d'un haut édifice afin de couvrir une plus grande distance. Le STCF devrait assurer une couverture vidéo continue quasi totale de l'autoroute surveillée.

Les images transmises par le STCF servent surtout à compléter et à confirmer les données recueillies par les postes de détection des véhicules, ainsi qu'à fournir des renseignements sur les conditions locales qui affectent la circulation. En dehors des heures de pointe et à d'autres moments où la circulation est faible, le STCF est sans doute le moyen le plus efficace de repérer les incidents, car il est possible que les postes de détection des véhicules ne signalent pas un ralentissement mineur de la circulation.

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Postes de détection des véhicules (PDV)

Les postes de détection des véhicules sont la composante principale de presque tous les systèmes de gestion de la circulation autoroutière. Ces systèmes utilisent généralement des boucles à inductance pour détecter les véhicules, car elles permettent de recueillir des données fiables et offrent une certaine souplesse sur le plan de la conception du système.

Les PDV ont essentiellement pour but de détecter le passage et la présence de véhicules sur l'autoroute. Les données ainsi recueillies sont d'abord traitées par un microprocesseur (dispositif avancé de contrôle de la circulation) placé en bordure de l'autoroute. Ces données portent sur le débit de circulation, la vitesse des véhicules, l'occupation des voies et la longueur des véhicules. Elles sont transmises à intervalle régulier, à l'aide du sous-système de communications, à l'ordinateur central se trouvant au centre de régulation de la circulation. L'ordinateur se sert des données pour surveiller la circulation et repérer les incidents.

Le système de boucles de détection à inductance est formé de trois composantes de base :

• une boucle de fils placée sous la chaussée;
• un câble de branchement reliant les fils de la boucle à la prise d'entrée de l'amplificateur de la boucle;
• un amplificateur, qui renforce le courant électrique généré par la boucle de détection.

Les boucles de détection peuvent être de formes diverses, selon les exigences du système :

• On utilise des boucles en losange sur les routes à voies multiples parce qu'elles risquent moins de détecter la présence de véhicules sur les voies adjacentes à celles où elles se trouvent.
• On utilise des boucles rectangulaires sur les bretelles ayant une seule voie. Comme ces boucles sont sensibles, elles peuvent détecter la présence de véhicules qui s'apprêtent à prendre la courbe de la bretelle.

Les postes de détection des véhicules à doubles boucles ont pour but de déterminer la vitesse et la longueur des véhicules, ainsi que le débit de circulation et l'occupation des voies. Les postes comptant une boucle par voie peuvent déterminer uniquement le débit de circulation et l'occupation de la voie.

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Panneaux à messages variables (PMV)

Le sous-système des panneaux à messages variables est la principale interface du système de gestion de la circulation autoroutière (SGCA) utilisée pour communiquer avec les usagers de l'autoroute. Le personnel chargé du système détermine les messages qui seront affichés sur les panneaux en fonction des données recueillies par les postes de détection des véhicules et les caméras de télévision en circuit fermé. En règle générale, les messages informent les automobilistes des conditions de circulation et suggèrent des routes plus sûres qu'ils peuvent emprunter pour gagner du temps. Les messages sont affichés à des endroits précis afin de fournir à tous les automobilistes les renseignements dont ils ont besoin pour déterminer la route qu'ils emprunteront.

Chaque PMV est relié à un dispositif de contrôle situé dans le coffret se trouvant sur le terrain. Les dispositifs de contrôle sont reliés à l'ordinateur central du SGCA, qui se trouve au centre de régulation de la circulation, à l'aide du sous-système de communications. À partir des données sur la circulation recueillies par les postes de détection des véhicules, l'ordinateur central recommande des messages pouvant être affichés sur des PMV précis.

Les PMV du système Compas de l'autoroute 401 sont surtout utilisés pour fournir aux automobilistes des renseignements sur le détournement de la circulation sur les voies collectrices ou express ou les autoroutes de raccordement, ainsi que pour les informer des encombrements dont ils approchent. Chaque panneau est formé de deux panneaux graphiques à matrice dense placés à chaque extrémité et séparés par des matrices à trois lignes. Les messages ne doivent pas dépasser trois lignes, à raison de 25 caractères au maximum par ligne. Chaque symbole graphique réduit de cinq le nombre de caractères pouvant être utilisés. Les dimensions et les spécifications d'un panneau type à messages variables du système Compas de l'autoroute 401 sont les suivantes :

• 13 mètres de largeur
• 3 mètres de hauteur
• 0,5 mètre de profondeur
• Poids d'environ 3 000 kg
• La surface d'affichage est formée de deux panneaux à matrice dense de 35 pixels sur 35 pixels séparés par des matrices à trois lignes. Chaque ligne mesure 105 pixels sur 7 pixels. Il y a au total 4 655 pixels sur un PMV.
• Chaque pixel est formé de diodes électroluminescentes jaunes à haute intensité.

La plupart des PMV des systèmes Compas de Mississauga et de Burlington font appel à des fibres optiques et à des disques réversibles. Sur ce type de PMV, les messages sont affichés à l'aide d'ampoules au quartz placées derrière les tubes de fibres optiques. Les messages sont également visibles lorsqu'ils sont illuminés par les phares des véhicules ou les rayons de soleil. Les disques réversibles sont recouverts de ruban fluorescent d'un côté et sont noirs de l'autre côté. Lorsqu'un message est affiché sur le PMV, certains disques sont retournés afin que le côté fluorescent soit face aux automobilistes. Lorsqu'un disque n'est pas retourné, le côté noir fait face à l'extérieur pour empêcher les automobilistes de voir la lumière projetée par les tubes de fibres optiques. Les panneaux enjambent deux ou trois voies et mesurent de 20 à 22 caractères de largeur.

Les systèmes Compas de Burlington et de Mississauga sont dotés de deux PMV avec accès. Il s'agit d'une caractéristique qui leur est propre. Il est si avantageux pour le personnel chargé de l'entretien de pouvoir pénétrer dans le panneau que les PMV qui seront installés à l'avenir en Ontario seront des panneaux avec accès.

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Postes de comptage des accès (PCA)

On contrôle la circulation sur les bretelles à l'aide d'un feu de signalisation placé sur la bretelle en amont du point de convergence de la circulation sur l'autoroute. Les véhicules qui attendent pour entrer sur l'autoroute font la file à partir du feu. Le rythme auquel on laisse entrer les véhicules sur l'autoroute dépend de la circulation sur l'autoroute, telle que mesurée par les postes de détection de la voie principale, et du nombre de véhicules en attente sur la bretelle.

Le poste de comptage des accès comprend les éléments suivants :

• Une ligne d'arrêt - pour indiquer aux usagers de la route où ils doivent s'arrêter. Elle est placée assez loin de la fin de la bretelle pour que les usagers disposent d'une distance suffisante pour accélérer et s'insérer graduellement dans la circulation.
• Une boucle de passage - pour détecter les véhicules qui quittent la file d'attente.
• Une boucle activée selon la demande - pour déterminer la demande créée par le nombre de véhicules à la hauteur du feu placé sur la bretelle.
• Des dispositifs de régulation à la hauteur des bretelles - deux séries de feux faisant face à la circulation en amont, placés de chaque côté de la bretelle, en aval de la ligne d'arrêt.
• Une zone d'attente - pour faire en sorte que le nombre maximal prévu de véhicules qui feront la file ne nuise pas à la circulation sur l'artère.
• Une boucle de détection des véhicules en attente - pour surveiller la croissance de la file d'attente et désactiver le feu d'arrêt du PCA, au besoin. On souhaite ainsi éviter que la file de véhicules en attente ne nuise à la circulation sur l'artère.
• Des postes de détection des véhicules - pour recueillir des données sur le nombre de véhicules se trouvant sur chaque voie de l'autoroute en amont de la bretelle d'accès et déterminer le taux approprié de comptage des accès.
• Un coffret - qui renferme les dispositifs de commande des feux de signalisation des bretelles et des boucles de détection.
• Un panneau informant les conducteurs du fait que l'on procède au comptage des accès.

Les postes de comptage des accès servent à déterminer et à contrôler le nombre de véhicules qui entrent sur l'autoroute. On vise à maintenir un niveau de circulation prédéterminé sur l'autoroute en modifiant le nombre de véhicules qui circulent sur une bretelle donnée ou sur l'ensemble du réseau. En règle générale, le temps d'attente à la hauteur des feux servant au comptage des accès est de 5 à 6 secondes par véhicule.

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Sous-système des installations

Ce sous-système comprend les conduits où se trouvent les câbles de communications et autres, les blocs d'alimentation, les coffrets et les bases de coffrets, les dispositifs de contrôle de la circulation se trouvant sur le terrain, les boucles, les détecteurs des boucles, les socles des ouvrages de soutien des panneaux à messages variables, les poteaux des caméras de télévision en circuit fermé et les aires d'entretien.

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Communications (fibres optiques)

Le système Compas de l'autoroute 401 à Toronto utilise exclusivement des fibres optiques pour les communications entre l'ordinateur central et les dispositifs de contrôle se trouvant sur le terrain. La nature même des fibres optiques fait en sorte que celles-ci sont insensibles aux interférences. De plus, les fibres optiques ont une bande beaucoup plus large que celle des câbles coaxiaux, ce qui facilite l'expansion du système.

En règle générale, les données peuvent être transmises en duplex de manière asynchrone à une vitesse de 9 600 bits par seconde. Les communications entre les dispositifs de contrôle et l'ordinateur du système de gestion de la circulation autoroutière (SGCA) se font à l'aide d'un protocole d'interrogation sélective par l'entremise de circuits de communications à accès multiple. L'émetteur des signaux de commande des caméras et l'ordinateur du SGCA fournissent le protocole d'accès aux circuits de communications.

Le système de transmission de données est un système à deux niveaux doté d'un réseau en anneau avec pivot à haute vitesse permettant également la distribution de données à faible vitesse (9 600 bits par seconde) à partir de noeuds d'extraction et d'insertion.

Le système à haute vitesse est constitué de noeuds reliés les uns aux autres par des fibres optiques. Celles-ci forment une boucle à partir du centre de régulation de la circulation (CRC) jusqu'à l'autoroute, à l'extrémité géographique du SGCA, créant ainsi un réseau à anneau. Le sous-système de communications est un réseau à anneau à haute vitesse relié aux fibres optiques installées lors de travaux précédents. Les noeuds sont regroupés sous forme de deux anneaux afin que chaque anneau puisse maintenir une connectivité complète entre les noeuds et le CRC s'il y a défectuosité d'un câble, de fibres optiques ou d'un noeud.

Les noeuds extraient des données recueillies à des intervalles prédéterminés, les insèrent dans un canal à haute vitesse de multiplexage par répartition dans le temps et fournissent un accès physique à ces intervalles à partir des ports d'accès du canal reliés au noeud. Les données sont acheminées entre les ports d'accès du canal et les dispositifs de contrôle se trouvant sur le terrain par un réseau local ou à l'aide d'un ensemble constitué de duplicateurs de ports, de modems à fibres optiques, d'un coupleur à fibres optiques et de prises robinet à fibres optiques. Les duplicateurs de ports permettent aux circuits multipoints à faible vitesse d'utiliser un même port d'accès. Les modems à fibres optiques, quant à eux, permettent de créer un circuit multipoint de fibres optiques à faible vitesse ou d'établir une communication point à point à faible vitesse par fibres optiques.

Les dispositifs avancés de contrôle de la circulation remplaceront les dispositifs actuels de type 170F de sorte qu'on pourra transmettre les données à une vitesse supérieure à 9 600 bits par seconde. En outre, on étudie actuellement un nouveau système de communications à haute vitesse.

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Communications (câbles coaxiaux)

Les câbles coaxiaux sont des câbles de transmission à haute fréquence comprenant un conducteur en cuivre entouré d'un matériau isolant et un écran mis à la terre formé de fils tressés. Ces câbles ont une vitesse de transmission de l'information 80 fois plus élevée que celle des câbles à paires torsadées.

Les systèmes Compas de Mississauga (autoroute QEW) et de Burlington font appel à un système coaxial à bande large pour transmettre les données entre l'ordinateur central et les dispositifs de contrôle se trouvant sur le terrain. La largeur de bande pour la transmission en aval varie de 5 à 30 MHz (du centre de régulation de la circulation (CRC) jusqu'aux dispositifs se trouvant sur le terrain) et celle de la transmission en amont varie de 50 à 300 MHz (de ces dispositifs jusqu'au CRC).

Les amplificateurs sont conçus pour la communication en duplex (données, voix et signaux de télévision) selon diverses largeurs de bande. Les ports d'accès RS-232-C du CRC et du matériel installé sur le terrain génèrent les signaux de commande. Ces signaux sont modulés et démodulés à la fréquence appropriée de transmission et de réception à l'aide de modems de données. Le sous-système de communications est transparent en ce qui concerne le protocole de données.

Les signaux de télévision sont transmis uniquement au CRC. Ils sont modulés en amplitude et convertis aux fréquences des canaux de télévision. Le système de traitement des données comprend des modems se trouvant sur le terrain qui contrôlent les récepteurs des caméras de télévision en circuit fermé, des dispositifs de commande des panneaux à messages variables, des dispositifs de contrôle de la circulation (postes de détection des véhicules et postes de comptage des accès) et des modems maîtres qui sont reliés aux ordinateurs ou aux contrôleurs principaux du CRC. En règle générale, les données servant à activer ou à commander le matériel se trouvant sur le terrain sont transmises sur la bande des ondes kilométriques (près de 30 ou de 120 MHz). Les données d'entrée sont généralement transmises sur une bande de fréquences plus élevées, soit près des fréquences des canaux de télévision en circuit fermé.

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