Feu vert aux communications véhicule-infrastructure

La ville de Houston installe actuellement un système permettant aux feux de circulation de communiquer en temps réel. Cette technologie, développée dans le cadre d’un programme pionnier lancé par le Département des transports américain, pourrait paver la route à de nouveaux services, grâce aux données transmises par les véhicules en vue d’optimiser les flux, de répondre aux urgences, d’éviter les collisions et de réduire la pollution sonore et environnementale.

Houston, Texas. Un ouragan approche. D’importantes inondations sont prévues et la ville est évacuée. Pourtant, la circulation est fluide sous le ciel menaçant. De temps en temps, on voit passer à vive allure les lumières bleues et rouges d’une ambulance ou d’une voiture de police. Comme par magie, les feux de circulation passent au vert dès qu’un véhicule d’urgence s’en approche. Tout se déroule comme prévu. Personne ne veut revivre le cauchemar de 2008, un cauchemar prénommé Ike.

feu vert
Les ambulances pourront bénéficier d’un nouveau système de gestion des feux de circulation qui s’adaptera au nombre et à l’ordre de priorité des véhicules s’approchant d’une intersection.

Peut-on évacuer l’une des principales agglomérations américaines aussi facilement que le laisse entendre ce scénario ? Le comté de Harris, un territoire de 4 500 km2 qui comprend Houston et sa région, se classe au troisième rang des comtés les plus peuplés des Etats-Unis, avec plus de 4 millions d’habitants. C’est ici qu’est mis en place un projet pilote qui pavera la route à une nouvelle gestion du trafic pour répondre non seulement aux situations d’urgence survenant dans le sud-est du Texas, mais aussi pour réguler la circulation toute l’année et dans tout le pays.

Ce projet exploite les technologies développées actuellement dans le cadre du programme IntelliDriveTM du Département des transports américain (DOT). Il s’agit d’un projet de recherche visant à mettre en réseau de façon sûre et interopérable tous les types de véhicules avec l’infrastructure de gestion de la circulation et les appareils mobiles. En tant que leader sur le marché américain de la gestion de la circulation, comptant parmi les principaux fournisseurs de l’industrie automobile mondiale, Siemens a un rôle majeur à jouer.

Au cours de la première phase de ce projet, déjà largement entamée, l’entité Intelligent Traffic Solutions (ITS) de la Division Mobility à Austin (au Texas) a équipé près de 400 intersections à travers le comté de Harris d’un système de commande simple et peu coûteux qui régule les feux de circulation grâce à un algorithme calculant à tout moment le nombre de véhicules à l’approche. Pour ce faire, ce système utilise un ordinateur opérant sous Linux, une antenne et une carte-lecteur sans fil permettant d’exploiter, dans le respect de l’anonymat, les adresses des smartphones situés dans les véhicules proches.

« Lors d’une étude, nous avons constaté que notre système pilote, installé à Houston dans les mêmes boîtiers que les lecteurs de cartes de péage, donnait à peu près les mêmes estimations du temps de trajet, mais à moindres frais », explique David Miller, responsable de l’innovation chez ITS. « Seules quelques voitures transportant des smartphones en veille suffisent à donner des estimations très précises de la densité et de la vitesse du trafic. »

Ces données sont collectées via une application unique financée par le DOT et développée par la faculté de transport de l’Université Texas A&M, qui fonctionne avec un logiciel conçu par Siemens Corporate Technology à Princeton, dans le New Jersey. Les commandes de signaux Siemens disposées aux intersections à travers le comté traitent ces informations pour produire des estimations en temps réel extrêmement précises sur le nombre de véhicules et leur vitesse. Ces données sont alors transposées sur une carte routière, qui est consultable sur smartphone. Durant une évacuation, ce système permettra à chaque conducteur de choisir le trajet le plus rapide, préservant ainsi le carburant. La circulation sera alors mieux répartie et ne se concentrera plus sur les routes surchargées.

En outre, les commandes de signaux de Siemens dispersées dans le comté de Harris sont mises en réseau par fibre optique et reliées aux serveurs et logiciels Siemens du centre de gestion d’urgence Transtar, situé à Houston. « Poussée à l’extrême, cette technologie pourrait optimiser la circulation dans toute la ville ou être adaptée à une situation d’urgence précise. C’est l’exemple type de ce que l’on appelle l’intelligence collective, c’est-à-dire l’agrégation d’une multitude de données destinée à produire des informations permettant de proposer de nouveaux services », explique Justinian Rosca, responsable de l’équipe en charge de l’intégration logicielle, à Princeton. Avec David Miller, il a déposé de nombreux brevets pour cette technologie.

Priorité aux premiers secours

La prochaine étape ? S’il reçoit les financements nécessaires, le comté de Harris prévoit d’équiper ses 2 000 véhicules de service (ambulances, voitures de police, camions de pompiers, bus) d’appareils GPS communiquant avec les nouvelles technologies de commande aux intersections sur une fréquence standard. « L’une des leçons que nous avons tirées de l’ouragan Ike a été que les équipements de communication des différents districts de Houston n’étaient pas interopérables », explique David Miller. « Il est clair que des équipements interopérables permettraient d’améliorer la coordination générale de l’évacuation ». La récente adoption par la Commission fédérale américaine des communications de la norme 5,9 GHz pour les communications véhicule-véhicule ou véhicule-infrastructure, dans le cadre du programme IntelliDrive, est un premier pas.

Cette évolution connue sous le nom de Dedicated Short Range Communication (DSRC, pour communications spécialisées à courte portée) rendra possible la production d’appareils embarqués standard pour les véhicules d’urgence. « Cet équipement a un rayon d’action de plus de 400 mètres. Via DSRC, il peut envoyer sa localisation GPS à une application située dans une commande d’intersection et indiquer que le véhicule à l’approche doit être prioritaire », explique David Miller. « Cette application est capable de détecter la direction et la vitesse, ce qui permet au signal de donner un feu vert quelle que soit la vitesse du véhicule. » Cette solution ne garantira pas seulement l’interopérabilité des véhicules de premiers secours et des infrastructures ; il devrait également faire baisser leur temps de trajet tout en réduisant le risque de collision aux intersections. Siemens développe actuellement un appareil de ce type à des fins de recherches pour le DOT. S’il est agréé, il entrera dans la « liste des produits qualifiés » du DOT pour subir des tests et être commercialisé.

échanges en temps réel entre les véhicules et la signalisation
Les échanges en temps réel entre les véhicules et la signalisation amélioreront les flux et la sécurité, tout en réduisant le bruit et la pollution.

Prêt pour les technologies ITS

Quand on voit les dommages causés par l’ouragan Ike, il est facile de comprendre pourquoi Houston veut se préparer au mieux à la prochaine situation d’urgence. Mais qu’est-ce qui a poussé le DOT à choisir le concept IntelliDrive ? « Depuis 60 ans, les Etats-Unis n’ont eu qu’un mot d’ordre : ‘Plus de routes‘, explique Christy Peebles, responsable de Siemens ITS à Austin. Aujourd’hui, il n’y a plus de place dans les villes et celles-ci doivent réduire le bruit, la pollution et l’insécurité. Tous les éléments sont rassemblés pour le succès des technologies ITS, et les Etats-Unis sont à la pointe. » Elle ajoute que les échanges d’informations véhicule-véhicule destinés à surveiller les distances de sécurité à l’avant et à l’arrière contribuent déjà à éviter les accidents dans les situations où le conducteur ne peut pas réagir assez rapidement. « Mais la pièce manquante du puzzle, c’est la communication véhicule-infrastructure. Elle peut réduire significativement les collisions aux intersections, fluidifier la circulation et optimiser la consommation de carburant. Les constructeurs automobiles sont très intéressés par cette technologie car ils estiment qu’elle créera une demande. Ils insistent auprès du Département des transports pour l’obtenir. »

Siemens est en excellente position pour satisfaire cette demande. Par exemple, lors d’un essai sur route réalisé en octobre 2009 dans la ville californienne de Palm Desert, Siemens (soutenu par les équipes de Corporate Technology de Princeton, dans le New Jersey, et de Vienne, en Autriche), ainsi que BMW et le Département californien des transports ont fait la démonstration d’un système DSRC totalement fonctionnel comprenant la commande de signaux aux intersections, le logiciel, l’équipement sans fil embarqué et le système d’affichage. En somme, toutes les technologies véhicule-infrastructure de Siemens. La commande compare en permanence la distance entre la BMW série 7 et les feux tricolores. « A l’approche de l’intersection, se souvient David Miller, nous voyions le compte à rebours du feu représenté sur le tableau de bord : ‘Je suis vert, mais dans 5, 4, 3, 2, 1 seconde(s), je serai rouge‘. La minuterie du feu de signalisation et la voiture communiquaient en temps réel, la voiture savait donc qu’elle ne pourrait pas passer le feu. Elle a donc éteint le moteur au meilleur moment pour économiser du carburant et a utilisé le système de récupération de l’énergie de freinage pour recharger les batteries. « Par ailleurs, ajoute David Miller, le feu contrôlait la température de l’habitacle. Comme il savait combien de temps l’attente durerait, il a pu régler ces systèmes très gourmands en énergie. Puis, deux secondes avant que le feu ne redevienne vert, il rallumait le moteur. »

Des feux qui communiquent avec la voiture

Des feux de circulation qui ne font pas qu’échanger avec votre voiture, mais qui optimisent aussi ses fonctions ? Les technologies utilisées à Palm Desert diminuent de 15 % la consommation de carburant des véhicules BMW à transmission manuelle, qui éteignent automatiquement leur moteur au point mort.

Les avantages ne s’arrêtent pas là. Chaque année, des milliers de personnes sont tuées ou gravement blessées dans des collisions latérales, qui se produisent par exemple quand un conducteur ne respecte pas un feu rouge et va s’encastrer dans un autre véhicule. Si la communication intersection-véhicule devenait standard, de tels accidents disparaîtraient. « Si, par exemple un feu s’apprête à passer au rouge et qu’il détecte une voiture s’approchant à grande vitesse, les intersections intelligentes de demain auront deux choix », explique Christy Peebles. « Soit elles obligeront la voiture à s’arrêter, soit elles resteront au vert, comme pour un véhicule d’urgence, et laisseront passer le contrevenant. »

Cela rappelle Big Brother ? Peut-être. Mais, comme le souligne Christy Peebles : « C’est fantastique de pouvoir se dire que les enfants iront à l’école en sécurité. La gestion des feux de circulation n’est qu’une des nombreuses facettes d’IntelliDrive, que nous entendons soutenir grâce à la technologie Siemens ». De même, cette technologie, intégrée dans un réseau urbain, peut garantir une durée et une distance de trajet minimum aux véhicules de secours. Dans ce cas, le système véhicule-infrastructure connaîtra le trajet d’une ambulance, d’une voiture de police ou d’un camion de pompier et s’arrangera pour fluidifier la circulation avant leur passage. Pour Christy Peebles, cela est rassurant pour tous, « car de nombreux accidents sont liés aux véhicules d’urgence ».

Plus prosaïquement, ces technologies peuvent aussi aider les bus à être à l’heure. Si l’infrastructure sait qu’un bus est en retard, elle lui accordera plus de feux verts. Cela facilitera la vie des usagers. Mais l’un des intérêts majeurs de la technologie IntelliDrive est l’avantage qu’elle propose aux automobilistes. « Imaginons qu’il n’y ait pas de véhicules d’urgence à proximité, que les bus soient à l’heure, et que vous soyez seul », explique David Miller. « Si votre véhicule est équipé du bon appareil, le feu passera au vert juste pour vous ! » Evidemment, cela est également valable pour les piétons et cyclistes portant un appareil compatible avec IntelliDrive. Ceux-ci deviendront détectables par les véhicules équipés du système IntelliDrive : un plus pour la sécurité. »

Où cela va-t-il nous mener ? « Je pense que tous ces changements se mettront en place rapidement », affirme David Miller. « Une fois que les appareils embarqués seront disponibles et que les conducteurs verront qu’ils peuvent faire passer le feu au vert, ce système décollera. Il rendra la conduite plus sûre pour tous. Il permettra de réaliser des économies de carburant. Et les mises à jour du logiciel pourront intégrer de nouveaux services comme la réservation de places de stationnement et une tarification variable selon les événements. »

Il prévoit également un effet sur les dynamiques de circulation. « Dès que les voitures pourront faire passer les feux au vert, elles commenceront à s’accumuler car de nombreux systèmes de navigation verront qu’un trajet est plus rapide qu’un autre. Cela se fera tout seul, car quand un feu détectera une masse de véhicules venant vers lui, il passera automatiquement au vert. Ce sont les premiers pas de la conduite automatisée. En d’autres termes, le système proposera aux voitures le trajet qu’il identifie comme le meilleur, les voitures suivront les instructions, et leur nombre influencera le comportement des feux. Finalement, vous pourrez lâcher le volant ! ». Avant que ce scénario ne devienne réalité, les technologies IntelliDrive auront déjà aidé les villes comme Houston à surmonter les ouragans en toute sécurité.

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Arthur F. Pease