Study of the choice behaviour of travellers in a transport network via a "simulation game"

Etude des choix des usagers dans les réseaux de transport grâce à un "jeu de simulation"

Humberto Gonzalez Ramirez (1)

1 LICIT UMR TE - Laboratoire d'Ingénierie Circulation Transport

Over the past century, cities around the world have experienced rapid growth in their populations. As a consequence, the capacity of their transport networks has been exceeded, causing traffic congestion problems that are associated to economic losses, high levels of air pollution and the emission of greenhouse gases. It is in this context that it is important to implement traffic regulation strategies to mitigate congestion. Traffic simulators are essential tools for developing and testing such strategies. The traffic conditions in the transport network are consequence of the travellers' choices at any given time, but at the same time, the traffic conditions on the network influence the decisions of the travellers. This relationship between travellers' decisions and network traffic is the main idea in traffic assignment, which traffic simulators use to produce network traffic patterns. It is in this sense that understanding and approximating the behaviour of travellers is indispensable to forecast the states of a transportation network, which could help design regulations to alleviate congestion. The objective of this thesis is to find route choice models that scale-up at network level, i.e., models that predict the choices of travellers over the diversity of situations found in a transport network. The approach in this thesis to investigate travellers' behaviour in transportation networks is through computer-based experiments at large scale, for which a platform named the Mobility Decision Game (MDG), has been developed. The MDG permits to observe the choices of the participants on a diverse set of scenarios (OD pairs and routes) with varying traffic conditions and travel time information. In this thesis, the experiments focus on the route choices of uni modal car trips that are based on the map of the city of Lyon, France. To attain the objective of this thesis, firstly a methodology to find OD pairs that are representative of the whole network is proposed. The representative OD experiments to obtain data to estimate choice models that generalize to the various OD pair configurations in the network. Secondly, the choices of participants in the experiments are analyzed from the rational and boundedly rational behaviour perspectives in order to establish the principle that best describe their choices. Finally, the choice models are assessed in terms of their predictive accuracy. This thesis is part of a European ERC project entitled MAGnUM: Multiscale and Multimodal Traffic Modeling Approach for Sustainable Management of Urban Mobility.

Au cours du siècle dernier, les villes du monde entier ont connu une croissance rapide de leur population. En conséquence, la capacité de leurs réseaux de transport a été dépassée, entrainant des problèmes de congestion du trafic qui sont à leur tour associés à des pertes économiques, à des niveaux élèves de pollution atmosphérique et à l'émission de gaz à effet de serre. C'est dans ce contexte qu'il est important de mettre en oeuvre des stratégies de régulation du trafic pour atténuer les encombrements. Les simulateurs de trafic sont essentiels au développement et au test de telles stratégies. Les conditions de circulation dans le réseau de transport sont la conséquence des choix des voyageurs `a un moment donné, mais en même temps, les conditions de circulation sur le réseau influencent les décisions des voyageurs. Cette relation entre les décisions des voyageurs et le trafic réseau est l'idée principale de l'attribution du trafic, que les simulateurs de trafic utilisent pour produire des modèles de trafic réseau. C'est en ce sens que la compréhension et l'approximation du comportement des voyageurs sont indispensables pour prévoir les états d'un réseau de transport, ce qui pourrait aider à concevoir des réglementations pour réduire la congestion. Lorsqu'ils voyagent dans une ville, les voyageurs sont confrontés à plusieurs décisions concernant (i) l'activité à entreprendre, (ii) la destination du voyage, (iii) le mode de transport, (iv) l'heure de départ et (v) l'itinéraire. Ces décisions individuelles façonnent les états du trafic dans le réseau de transport `a un moment donné. Cependant, en même temps que les états du réseau sont la conséquence des choix des voyageurs, les caractéristiques et les états de trafic du réseau influencent les décisions des voyageurs. On pourrait penser, par exemple, aux voyageurs qui adaptent leur heure de départ et leurs choix d'itinéraire en anticipant des embouteillages sur la route habituelle. Cette relation bidirectionnelle entre le comportement des voyageurs et la dynamique du trafic est l'idée centrale des problèmes d'affectation du trafic et elle est étudiée sous deux angles différents. Le premier est lié au problème d'affectation du trafic, dans lequel les modèles de trafic au niveau du réseau sont obtenus à la suite des interactions entre les choix de tous les voyageurs dans le réseau de transport, sur la base d'hypothèses générales sur l'équilibre du réseau. Le second est lié aux choix des voyageurs, avec un accent particulier sur l'identification et la classification des facteurs qui influencent leurs choix. La motivation de cette thèse est d'obtenir des modèles de choix à la fois cohérents avec le comportement observé des voyageurs et généralisant bien au niveau du réseau à grande échelle. En d'autres termes, des modèles qui font des prédictions précises dans toutes les paires origine-destination (OD) dans un réseau de transport urbain, mais qui sont estimés avec des observations sur un nombre limité de paires OD. L'idée générale est de mettre en oeuvre, à l'avenir, ces modèles de choix dans des algorithmes d'affectation dynamique du trafic, et ainsi d'obtenir des schémas de trafic simulés dans une perspective comportementale. Les modèles de choix sont déduits des données collectées par des expériences informatiques réalisées sur une plateforme informatique Mobility Decision Game (MDG). Cependant, comme les choix des voyageurs ne peuvent pas être observés dans un si grand nombre de paires de OD et d'itinéraires que l'on trouve dans un réseau urbain, une m?méthodologie pour collecter les observations des choix des voyageurs par des expériences informatiques est d'abord nécessaire. Les modèles estimés avec des données provenant de cette méthodologie devraient pouvoir évoluer, d'un petit ensemble de paires de OD observables, jusqu'au niveau du réseau complet

Mots clés: TRAVELLERS' BEHAVIOUR; COMPUTER-BASED EXPERIMENTS; ROUTE CHOICE; DEPARTURE TIME CHOICE; CHOICE MODELLING; MIXED LOGIT MODEL

Mots clés: RESEAU DE TRANSPORT; SIMULATION; COMPORTEMENT; DEPLACEMENT; TRAFIC ROUTIER; CONGESTION DU TRAFIC; USAGER DE LA ROUTE; POLLUTION ATMOSPHERIQUE; REGULATION DU TRAFIC; CIRCULATION ROUTIERE; MODELISATION; GESTION DYNAMIQUE DES VOIES; AFFECTATION DU TRAFIC; TRANSPORT URBAIN; RECUEIL DE DONNEES; ITINERAIRE ROUTIER; RESEAU URBAIN; DEPLACEMENT URBAIN

Domaines: Modélisation et simulation

Humberto Gonzalez Ramirez. Study of the choice behaviour of travellers in a transport network via a "simulation game". Modeling and Simulation. Université de Lyon, 2020. English. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-03019203⟩