Le calcul scientifique pour la ville intelligente

La ville où il fait bon vivre demain !!

Jeudi 12 mars 2015, à l'IFSTTAR, Champs sur Marne (77)

Conseils d'accès :
Pour les participants qui viennent par le RER A, l'IFSTTAR est à 5 minutes de la gare de Noisy-Champs.
Monter à l'avant de la rame ; après les portiques, prendre à droite dans la station puis à gauche à la sortie ;
longer la ligne RER jusqu'au bâtiment Bienvenüe (IFSTTAR) ; longer ensuite le bâtiment du côté opposé à la ligne de RER, jusqu'à l'entrée gardiennée.

Plan d'accès

Inscriptions closes
Entrée gratuite

Coordination scientifique:

  • Thiên-Hiêp Lê (ONERA/DSNA)
  • Xavier Louis (IFSTTAR)
  • Vivien Mallet (INRIA)

Minutes

Environ 65 participants à ce séminaire ensoleillé à l'IFSTTAR.

Le Mot de Vivien Mallet

- Le lieu est très bien. Merci à l'IFSTTAR (qui a mobilisé du personnel), à Régine et à Xavier pour l'organisation

- Dans le cœur de la journée (matin et après-midi), j'ai compté environ 65 personnes dans l'amphithéâtre. En toute fin de journée, il restait presque 40 personnes

- Les participants semblaient contents de la journée, et les fiches le confirment. Il y avait tout de même un ou deux exposés mal calibrés pour cette journée

- Il y avait beaucoup de chercheurs ou ingénieurs d'organismes de recherche ou d'instituts publics. Quelques entreprises étaient aussi représentées, mais il aurait pu y en avoir plus. Peut-être un défaut de publicité dans ce secteur? Olivier Chrétien, responsable de l'impact santé/environnement de l'agence d'écologie urbaine de Paris, était présent. C'est une bonne chose de voir un responsable de la ville venir écouter le potentiel de la simulation numérique pour traiter ses problèmes

- Il me semble que les pauses étaient très utiles car il y avait des interactions entre participants. Elles auraient même pu être plus longues. Sur un tel séminaire, il ne faut pas trop d'interventions et laisser du temps aux échanges.

Introduction

Grâce au développement de la ville numérique, de nombreuses données quantitatives viennent alimenter notre connaissance du milieu urbain. Elles permettent une meilleure représentation de la ville et accroissent le champ de la modélisation numérique. En conséquence, le calcul scientifique s'applique de plus en plus aux systèmes urbains, avec l'objectif affiché d'apporter de l'aide à la décision. Cette contribution croissante participe à l'essor de la ville intelligente où le pilotage du développement urbain vise sur une gestion optimale des ressources.

Le calcul scientifique se décline pour plusieurs composantes fondamentales de la ville: gestion des transports, contrôle de la qualité des eaux, suivi de la qualité de l'air, lutte contre la pollution sonore, performance énergétique des bâtiments, etc. Divers modèles numériques et méthodes de calcul permettent d'exploiter la connaissance de la dynamique des systèmes urbains, ainsi que les observations sporadiques ou relevées en masse.

Le séminaire illustrera l'apport du calcul scientifique à la définition de la ville intelligente dans plusieurs domaines. Les objectifs seront de préciser les enjeux, d'exposer l'état de l'art et d'ouvrir sur les prochains défis à relever, parfois à la croisée de plusieurs domaines.

Thèmes


Thèmes consommateurs de calcul scientifique:

  1. Pollution sonore
  2. Pollutions atmosphériques
  3. Qualité de l'air
  4. Émissions de carbone
  5. Énergétique du bâtiment
  6. Qualité des eaux
  7. Construction
  8. Transports
  9. Trafic
  10. Véhicule autonome
  11. Visualisation 3D
  12. Traitement des images urbaines

Thèmes indirectement liés au calcul scientifique:

  1. Observation, en particulier capteurs embarqués
  2. Cartographie

Programme & Présentations

9h00-9h30 Accueil café
9h30-9h40 Thiên-Hiêp Lê (ONERA) “Aristote”
9h40-10h00 Vivien Mallet (INRIA) Présentation de la journée
Animateur de session: Thiên-Hiêp Lê (ONERA)
10h00-10h30 Guillaume Binet (EDF R&D) De l'unité logement à un parc de bâtiments résidentiels, des usages domestiques aux usages thermiques, une même problématique: simuler le foisonnement sma-slides_binet.pdf
10h30-11h00 Vivien Mallet (INRIA) Couplage entre modèle et observation pour la simulation de la qualité de l'air sma-slides_mallet.pdf
11h00-11h30 Pause
11h30-12h00 Vincent Corruble (LIP6, UPMC) Intelligence Artificielle et Simulation multi-agent des comportements humains pour l'animation d'une ville virtuelle
Animateur de session: Xavier Louis (IFSTTAR)
12h00-12h30 Vincent Aguiléra (CEREMA) Modélisation du trafic routier à l'échelle métropolitaine sma-slides_aguilera.pdf
12h30-14h00 Déjeuner
14h00-14h30 Patrick Bibas (Ellis-Car) Évaluation Collaborative de l'état de la chaussée en ville, par les véhicules connectés sma-slides_bibas.pdf
14h30-15h00 Rachida Chakir (IFSTTAR) Modélisation pour la qualité d'eau dans les réseaux d'eau potable sma-slides_chakir.pdf
Animateur de session: Vivien Mallet (INRIA)
15h00-15h30 Judicaël Picaut (IFSTTAR) Modélisation numérique de la propagation du bruit dans les villes sma-slides_picaut.pdf
15h30-16h00 Pause
16h00-16h30 Bruno Vallet (IGN) Collecte de données 3D pour la modélisation urbaine à l'IGN: résultats, verrous et tendances
16h30-17h00 Josef Sivic (Inria) Large-scale quantitative visual analysis of urban environments sma-slides_sivic.pdf

Résumés des présentations

Vincent Aguiléra (CEREMA) Modélisation du trafic routier à l'échelle métropolitaine

Le trafic sur un réseau routier évolue dans l'espace et dans le temps. Cette répartition dépend de plusieurs facteurs interdépendants, dont en particulier : les conditions de circulation (à commencer par les temps de parcours) et les comportements de choix d'itinéraires des usagers. En effet, lorsque la demande excède localement la capacité d'écoulement de l'infrastructure, une congestion se forme, les conditions de circulation se dégradent, et les temps de parcours augmentent. Une augmentation de temps de parcours sur un itinéraire peut rendre viable un itinéraire alternatif, et donc modifier les choix d'itinéraires des usagers.

Résoudre le problème de l'affectation de trafic, c'est trouver une distribution optimale (en un certain sens) des usagers sur les itinéraires entre origines et destinations.

La présentation exposera d'abord rapidement les principes de l'affectation statique de trafic. L'affectation statique est (a été) très utilisée pour aider aux décisions d'investissement de nouvelles infrastructures. Elle est par contre inadaptée aux problèmes d'exploitation que rencontrent aujourd'hui les gestionnaires d'infrastructures pour gérer de façon plus intelligente la distribution, dans le temps et dans l'espace, des usagers sur des réseaux dont la capacité ne peut plus augmenter, en particulier pour des raisons budgétaires. Il faut alors prendre en compte le temps dans la formulation du problème d'affectation, et on parle dans ce cas d'affectation dynamique. La suite de la présentation présente les principes de conception du code de calcul LTK développé à l'Ecole des Ponts ParisTech (Laboratoire Ville Mobilité Transport) et conçu pour résoudre numériquement le problème de l'affectation dynamique sur des réseaux de grande taille, en distribuant les calculs sur une grille. Des exemples d'application sont donnés, comme l'étude de scenarii de modulation horaire de péages, ou encore la simulation des émissions de polluants du trafic routier à l'échelle de la région francilienne.

Patrick Bibas (Ellis-Car) Évaluation Collaborative de l'état de la chaussée en ville, par les véhicules connectés
Guillaume Binet (EDF R&D) De l'unité logement à un parc de bâtiments résidentiels, des usages domestiques aux usages thermiques, une même problématique: simuler le foisonnement

Si la modélisation des usages spécifiques de l'électricité (lave-linge, TV…) et thermiques (chauffage, eau chaude sanitaire) est assez bien maîtrisée à l'échelle d'un logement, aussi bien en statique (énergie) qu'en dynamique (courbe de charge), le passage à l'échelle (quartier, ville jusqu'au national) reste un vrai défi. Nous présenterons les enjeux et la problématique liés à la reconstitution de la demande en puissance du secteur résidentiel français.

Fabien Brocheton (Numtech) Le calcul scientifique et les outils numériques au service de la planification urbaine et son impact sur la qualité de l’air : vision d’une PME

Le concept de « ville durable » implique des exigences de plus en plus restrictives en termes d’impact sur l'environnement pour améliorer la qualité de la vie urbaine (air non pollué, optimisation du transport, …). Dans ce contexte, NUMTECH, spécialisée dans la modélisation de la qualité de l'air, a développé depuis une dizaine d’années la plate-forme Urban’air, première plate-forme pour surveiller et prévoir la qualité de l'air à l'échelle urbaine. Au cours de cette présentation, seront illustrées les évolutions des besoins passés, actuels et futurs qui sont attendus pour un tel outil, en mettant en avant comment le calcul scientifique intervient (modélisation déterministe) dans cette démarche : calcul HPC (scénarios de réduction, résolution spatiale, …), communication vers le grand public (applications smartphones, …), incertitudes, couplage avec d’autres systèmes (trafic routier, bruit, …).

Rachida Chakir (IFSTTAR) Modélisation pour la qualité d'eau dans les réseaux d'eau potable

Afin d’avoir une meilleure compréhension des réseaux d’eau potable, des simulations numériques sont utilisées depuis les années 80 pour prédire le comportement de réseaux d’eau potable. Les gestionnaires sont principalement intéressés par l’écoulement et la concentration en chlore qui est un indicateur de qualité de l’eau.

Dans les réseaux d’eau potable, on peut distinguer deux zones caractéristiques d’écoulement :la première zone correspond aux canalisations à proximité des usines d’eau potable et aux canalisations principales de transport de l’eau. Dans cette zone, l’écoulement est principalement turbulent. La seconde zone est associée à la distribution de l’eau dans les quartiers. Les canalisations ont de faibles diamètres (inferieur à 100mm) et les vitesses d’écoulement peuvent être inférieures à 1cm/s, l’écoulement est alors laminaire. Dans un premier temps, nos recherches ont porté sur la reconstruction de l’écoulement en régime laminaire.

Au lieu de considérer des modèles pauvres 0D/1D, nous avons privilégié des modèles de mécanique des fluides numériques (ou « CFD ») en 2D voire 3D. Cependant, malgré des moyens de calculs toujours plus performants, la résolution du problème va être limitée par des problèmes de taille mémoire et des temps de calculs trop longs. Ceci interdit toute résolution en temps “réel” ou “pseudo-réel”, comme on le souhaiterait. Afin de pallier ces difficultés, nous cherchons à utiliser les méthodes des bases réduites qui permettent d'obtenir des résultats approchés satisfaisants en des temps acceptables.

Vincent Corruble (LIP6, UPMC) Intelligence Artificielle et Simulation multi-agent des comportements humains pour l'animation d'une ville virtuelle

Nous présentons les travaux réalisés au LIP6 ces dernières années sur la thématique de la simulation urbaine et de l'intelligence artificielle. En particulier à travers le projet TerraDynamica, nous nous intéressons à la simulation des comportements des habitants, avec des objectifs ambitieux de finesse et richesse des comportements produits et aussi de passage à l'échelle pour simuler de nombreux habitants en temps réel.

Judicaël Picaut (IFSTTAR) Modélisation numérique de la propagation du bruit dans les villes

Dans un contexte où le bruit est la pollution majeure en milieu urbain, et sachant par ailleurs que les effets du bruit sur la santé peuvent être très importants, de nombreuses recherches sont menées au plan international afin d'apporter des solutions en matière de réduction des nuisances sonores dans l'environnement. Quelles que soient les orientations choisies (réduction du bruit à la source, développement de dispositifs de protection…), le recours à des outils numériques est essentiel, aussi bien pour tester la pertinence des solutions proposées, que pour établir un état initial du bruit dans l'environnement. Au cours de la présentation, nous reviendrons dans un premier temps sur l'ensemble des phénomènes propagatifs mis en jeu dans le processus de propagation du bruit en milieu extérieur, puis, dans un second temps, nous présenterons le principe des méthodes numériques actuellement utilisées ou en cours de développement afin d'estimer les nuisances sonores en milieu urbain.

Josef Sivic (Inria) Large-scale quantitative visual analysis of urban environments

Map-based street-level imagery, such as Google Street-view provides a comprehensive visual record of many cities world-wide. In this talk I will describe our efforts to develop automatic tools for large-scale quantitative analysis of this visual data. The aim is to provide quantitative answers to questions like: What are the typical architectural elements (e.g. different types of windows or balconies) characterizing a visual style of a city district? What is their geo-spatial distribution? How does the visual style of a geo-spatial area evolve over time? Progress on these goals could have a significant impact on urban planning and architecture, enabling applications such as quantitative mapping and visualization of existing urban spaces, modeling and predicting the evolution of cities, or obtaining more detailed 3D reconstruction of urban environments.

Bruno Vallet (IGN) Collecte de données 3D pour la modélisation urbaine à l'IGN: résultats, verrous et tendances

Nous montrerons quelques résultats récents de la recherche de l'IGN sur la collecte de données pour la modélisation urbaine à partir de différentes plates-formes d'acquisition (aérienne, cartographie mobile terrestre) et de différents capteurs (laser, image, y compris hyperspectrale). Nous nous focaliserons sur l'utilisation de ces données non seulement pour la reconstruction de bâtiments mais aussi pour la cartographie de la végétation, des routes et de l'occupation du sol.

Nous montrerons que les modèles 3D ne sont pas toujours nécessaires car des outils basés directement sur l'image peuvent être utilisés pour certaines applications comme la saisie manuelle ou semi-automatique, l'extraction d'objets ou la reconstruction à la volée. Cependant, nous montrerons que les modèles 3D sont très utiles pour faciliter les interactions 3D et la navigation, et indispensables pour certaines applications comme la simulation.

Nous nous intéresserons aussi à des problématiques sous-jacentes à la génération et la mise à jour de modèles de ville 3D de haute qualité comme le recalage entre jeux de données ou entre données et modèles pour l'interopérabilité, l'intégration la localisation décimétrique nécessaire aux applications topographiques ou de navigation et à la détection de changements.

Nous montrerons enfin les limites des méthodes et outils actuels et présenterons des problèmes qui restent ouverts comme la mise en compétition d'algorithmes, la qualification, l'analyse multicapteur, le bigdata, …

Speakers, chairs, committee members

Fabien Josef Guillaume Vincent Patrick
Judicaël Rachida Vincent Bruno
Thiên-Hiêp Régine Vivien Xavier Roland
public/seminaires/seminaire-2015-03-12.txt · Dernière modification: 2015/03/24 17:00 par thle
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