Des algorithmes intelligents rendent la conception des systèmes de contrôle de tunnel beaucoup plus efficace

Il est difficile d’imaginer des réseaux de transport modernes sans tunnels. Ils nous aident à contourner les rivières et les montagnes et s’assurent que la circulation n’interfère pas trop avec notre vie quotidienne dans les zones urbaines. Les tunnels modernes sont des systèmes très complexes qui doivent être surveillés en permanence pour s’assurer qu’ils sont sûrs pour les conducteurs.

doctorat Le chercheur Lars Moormann a développé des outils intelligents qui facilitent la création de contrôleurs efficaces pour ces systèmes. Il soutiendra sa thèse le 15 décembre au département de génie mécanique.

Les tunnels routiers jouent un rôle important dans l’infrastructure du trafic dans le monde entier. Ils sont utilisés pour contourner les rivières et les montagnes, pour améliorer la fluidité du trafic et pour améliorer la qualité de vie dans les zones urbaines. Aux Pays-Bas, pays à la densité de population la plus élevée et au réseau de voies navigables le plus dense d’Europe, les tunnels sont une caractéristique courante de l’infrastructure routière.

Un exemple de tunnel récemment construit aux Pays-Bas est le tunnel Koning Willem-Alexander (voir ci-dessus). Ce tunnel passe sous la ville de Maastricht pour augmenter la circulation dans la ville et améliorer la qualité de vie des habitants. Un tunnel similaire se trouve à Roermond.

La sécurité d’abord

Pour s’assurer que les conducteurs peuvent utiliser ces passages souterrains en toute sécurité, les tunnels modernes contiennent généralement une myriade d’installations techniques. Pensez à l’éclairage intelligent, à la ventilation, aux systèmes d’évacuation, aux outils d’extinction d’incendie et aux systèmes de prévention des inondations. Ensemble, ces installations techniques forment un réseau complexe qui est coordonné par ce qu’on appelle un contrôleur de surveillance. Toute défaillance de ces contrôleurs peut entraîner des situations dangereuses ou des interruptions du flux de trafic pouvant durer des heures, voire des jours.

“Ces contrôleurs utilisent des systèmes numériques pour surveiller et contrôler les installations dans le tunnel, puis rendent compte via des boucles de rétroaction à l’aide d’algorithmes informatiques”, explique Lars Moormann, chercheur au sein du groupe Control Systems Technology. “Bien sûr, il y a aussi des opérateurs de trafic humain, qui peuvent intervenir manuellement si nécessaire, par exemple pour fermer le tunnel en cas d’accident ou pour changer un feu spécifique.”

Faire fonctionner correctement les contrôleurs numériques dans un environnement complexe tel qu’un tunnel n’est pas une mince affaire. “Heureusement, nous avons des moyens d’automatiser le processus de conception en utilisant une méthode appelée théorie du contrôle de supervision”, déclare Moormann.

Du modèle à la synthèse

La première étape de l’utilisation de la théorie du contrôle de supervision consiste à proposer des modèles appropriés du tunnel et de ses exigences. Pour ce faire, Moormann a créé un outil capable de modéliser un tunnel routier complet en quelques minutes. En spécifiant les paramètres d’un tunnel, tels que le nombre de tubes de circulation, les voies de circulation et les portes de secours, l’outil détermine automatiquement les modèles nécessaires pour ce tunnel.

“Nous utilisons ensuite des algorithmes informatiques pour dériver automatiquement un contrôleur de supervision spécifique à partir des modèles créés”, explique Moormann. “Il s’agit d’un problème complexe qui croît de manière exponentielle avec le nombre de composants et de paramètres du système. Cependant, comme les tunnels routiers ont tendance à être symétriques, nous avons pu réduire considérablement la complexité du problème de synthèse. Après tout, si un système contient des sous-systèmes symétriques , les calculs pour la synthèse du superviseur ne doivent être effectués qu’une seule fois.”

En utilisant le nouvel outil de synthèse, le chercheur a amélioré les performances du processus de synthèse du contrôleur de 80 %.

Tester le contrôleur

L’étape suivante consistait à tester le contrôleur dans un système de tunnel réel. Avant de pouvoir le faire, Moormann a dû trouver un moyen de faire fonctionner son contrôleur avec des contrôleurs logiques programmables (PLC), qui sont les plates-formes matérielles souvent utilisées dans l’industrie pour mettre en œuvre des contrôleurs.

Un tunnel routier typique est contrôlé par plus de dix automates qui doivent tous communiquer entre eux, un processus qui peut entraîner des retards de communication. Le chercheur a développé des algorithmes pour réduire l’impact négatif de ces retards sur le contrôleur.

Moormann a ensuite testé les résultats de son projet sur plusieurs tunnels routiers, dont le tunnel Koning Willem-Alexander, le tunnel Eerste Heinenoord et le tunnel Swalmen près de Roermond.

“Nous sommes très satisfaits des résultats. Nos recherches montrent que la théorie du contrôle de supervision est non seulement rapide et correcte, mais également applicable à ces types de systèmes. Cela signifie que les méthodes sont prêtes à être mises en pratique et peuvent aider veiller à ce que le flux de trafic dans nos tunnels reste sûr et efficace.”

Coopération avec le Rijkswaterstaat

Les recherches de Moormann font partie du projet MultiWaterWerk (MWW), un projet collaboratif entre TU/e ​​et Rijkswaterstaat, propriétaire de 20 des 27 tunnels aux Pays-Bas. Le projet vise à normaliser la conception des nouvelles écluses, tunnels et autres infrastructures afin de gagner du temps et de l’argent.

Une partie de cela comprend les méthodes basées sur la synthèse que Moormann a utilisées dans son projet pour générer des systèmes de contrôle automatique. Ces méthodes deviennent de plus en plus populaires car elles réduisent non seulement le temps de production mais offrent également des garanties immédiates d’exactitude.