Comment combler les lacunes en matière d'information sur la météo routière

Bien que notre capacité de recueillir et d'utiliser des données météorologiques routières se soit grandement améliorée, il y a encore, malheureusement, d'importantes lacunes en matière d'information que nous devons combler. Dans cet article de blog, nous examinerons les problèmes qui entravent notre acquisition de données actuelle et une solution pour obtenir des données plus complètes et représentatives, menant à des décisions plus éclairées.

Historiquement, nous avons pris des décisions en matière d'entretien des routes en nous basant uniquement sur notre expérience. Avec le temps, les nouvelles technologies et la modélisation prédictive ont éclairé notre paysage décisionnel en matière d'entretien routier. Par exemple, les prévisions météorologiques et les systèmes d'information météoroutière (RWIS*) fournissent maintenant des données supplémentaires pour aider le personnel d'entretien hivernal à prendre des décisions plus éclairées, ce qui se traduit par une meilleure utilisation des budgets et une amélioration des services publics.

Pourtant, en examinant de plus près la capacité et l'aspect pratique du RWIS, nous nous rendons compte que nous avons besoin de meilleures solutions.

RWIS* : Road Weather Information System - ou systèmes globaux de prise en compte des facteurs météorologiques et routiers pour l’exploitation de la route

Questions relatives à l'ESS

Le composant principal d'un RWIS est la station avec des capteurs environnementaux (Environmental Sensor Station - ESS). L'ESS fournit les données à long terme nécessaires pour suivre en temps réel la façon dont l'état des routes réagit aux événements météorologiques et aux efforts d'entretien.

Le choix de l'emplacement de l'ESS est essentiel au succès du RWIS. La référence la plus largement adoptée pour localiser l'ESS est la ligne directrice du RWIS sur le choix de l'emplacement rendue disponible par la Federal Highway Administration (FHWA) en 2008. La présente ligne directrice recommande un espacement moyen de 30 à 50 km (18,6 à 31,1 mi) le long d'une route (Garret et al., 2008).

Prenons l'exemple de l'espacement entre les stations de l'ESS dans l'État du Minnesota. Cet État est fortement investi dans le RWIS et, en tant que chef de file de l'industrie, il dispose d'un excellent réseau d'ESS dans tout l'État. Malgré ces avantages, fournir une couverture appropriée pour une région aussi vaste que le Minnesota (225 181,3 km2) est une tâche ardue (Kwon et Fu 2016).

Les emplacements actuels d'ESS et les zones de couverture couvertes par ces ESS au Minnesota à partir de 2010. (Image utilisée avec permission : Kwon et Fu 2016.)

Le coût d'une protection représentative

Chaque fois qu'un financement devient disponible pour un nouveau ESS, nous devons déterminer le meilleur emplacement pour la station. Malheureusement, il n'est pas aussi simple de trouver l'emplacement idéal pour les ESS que de les déposer sur une carte et de faire chevaucher les zones de couverture. De plus, nous devons souvent faire des compromis en ce qui concerne les restrictions d'implantation et les contraintes budgétaires. Par exemple, il se peut que nous devions attribuer à chaque ESS une grande région, souvent dynamique, pour laquelle il ne peut fournir une couverture représentative adéquate.

Non seulement il est difficile de trouver des emplacements idéaux pour l'ESS, mais il faut aussi les efforts d'un grand nombre de personnes pour les identifier correctement. L'emplacement efficace d'un ESS exige de tenir compte non seulement de la représentativité météorologique et des emplacements communs pour les conditions météorologiques dangereuses, mais aussi d'exigences non liées aux conditions météorologiques, comme le volume de circulation, le type de route et les taux d'accidents historiques. Pour recueillir ces données, nous devons recueillir les commentaires des météorologistes, des ingénieurs de la circulation, des équipes d'entretien locales et d'autres experts de l'industrie. De plus, nous devons tenir compte de la disponibilité des lignes électriques et de communication (Buchananan et Gwartz 2005).

Même si nous connaissons les emplacements idéaux pour une distribution parfaite d'ESS, la capacité d'atteindre cette densité peut être financièrement impossible. Les coûts en capital d'un ESS typique s'élèvent en moyenne à 90 000 $ (USD). Ce montant comprend le matériel d'instrumentation, l'installation de la station, les lignes électriques et de communication supplémentaires, les fermetures de voies et la formation. Les coûts récurrents de mise à jour du matériel du ESS tous les cinq ans s'élèvent en moyenne à 10 446 $ et les coûts d'entretien standard de la station s'élèvent en moyenne à plus de 5 000 $ par année.

Si l'on additionne les coûts de démarrage (y compris l'achat initial et l'installation) et les frais d'exploitation et d'entretien, le coût d'un seul ESS étalé sur une durée de vie prévue de 25 ans est de 11 149 $ par année (Kwon et Fu 2016).

Bien entendu, ces montants peuvent varier considérablement selon les circonstances et les fournisseurs. Il est toutefois évident que, même dans les meilleures circonstances, l'ajout d'un ESS exige un coût en capital important et des dépenses d'entretien récurrentes, y compris le temps des techniciens et des ingénieurs.

Installation peu pratique

L'installation d'un système ESS traditionnel n'est pas chose facile. L'installation nécessite une tour de 9,14 m avec une grande fondation en béton. De plus, nous devons tenir compte de la profondeur de l'accotement, des zones dégagées et de l'emprise de la route. De plus, comme nous l'avons mentionné précédemment, il est probable qu'une aide de divers experts de l'industrie soit nécessaire.

Exigences importantes en matière d'alimentation

L'ESS standard peut être équipé d'une grande variété de capteurs ainsi que de matériel de communication et de collecte de données, dont certains ont des besoins importants en énergie. Pour que ces centrales continuent de fonctionner, les ESS standard ont besoin d'une alimentation en courant alternatif ou de systèmes d'alimentation alternatifs importants. Cela peut être problématique si nous avons identifié des emplacements de grande valeur, mais ces emplacements n'ont pas d'alimentation CA disponible.

La Solution : une Mini-RWIS

Pour atteindre la densité requise d'ESS pour mesurer efficacement l'ensemble d'un réseau routier, nous ne pouvons pas continuer à faire comme si de rien n'était. Nous devons soit augmenter considérablement le financement disponible, soit explorer des options de mesure qui sont moins coûteuses et plus ciblées (comme les mini-RWIS).

La prémisse d'une station Mini-RWIS est d'équilibrer la densité d'ESS avec les coûts et la complexité. L'amélioration des données et de la clarté du réseau est prometteuse pour ce qui est de réduire les coûts pour les administrations des transports et d'améliorer la qualité des services fournis.

Offrir une couverture peu coûteuse

Une station Mini-RWIS est semblable à une station ESS traditionnelle avec quelques différences importantes. Les mini-RWIS sont des stations indépendantes plus petites et moins coûteuses, avec des exigences d'implantation moins rigoureuses et des mesures ciblées sur les paramètres clés de l'entretien des routes. Ils fonctionnent sans avoir besoin d'une connexion d'alimentation c.a. ou d'exigences d'emplacement complexes typiques d'un système ESS de plus grande envergure.

Ces avantages nous permettent de déployer des stations Mini-RWIS en plus grand nombre et dans des endroits jusqu'à présent inaccessibles à notre RWIS standard. Non seulement nous pouvons enregistrer des mesures dans des endroits où l'utilisation de l'ESS traditionnel n'est pas possible, mais, à moindre coût, nous pouvons déployer les Mini-RWIS en nombre suffisant pour atteindre la densité requise pour la mesure d'un réseau routier entier.

Les mini-RWIS augmentent la valeur de nos modèles existants de l'état des routes en comblant les lacunes des réseaux existants et en augmentant leur capacité à fournir des prévisions à haute résolution pour une prise de décision précise. Grâce à un réseau serré de stations, une vérification indépendante de l'évolution rapide des conditions est permise, ce qui réduit notre temps de réponse aux conditions météorologiques et nous permet d'identifier des problèmes à plus petite échelle qui pourraient autrement passer inaperçus.

Installation simple

Une station Mini-RWIS se monte sur n'importe quelle station de 2 pouces (5,08 cm), un poteau cassable à installation rapide ou une enseigne ou un poteau de service existant. En raison de la facilité et de la simplicité de montage d'un Mini-RWIS, nous pouvons l'utiliser pour des installations temporaires pour des projets de travaux publics ou pour des conditions spécifiques ou saisonnières telles que la surveillance des brûlages.

Réduction des besoins en énergie

Le Mini-RWIS a été conçu pour fonctionner dans des situations de faible consommation. Par exemple, une station Mini-RWIS typique fonctionne sur un panneau solaire de 10 W dans un petit boîtier et nécessite un entretien minimal.

Intégration du système

Pour qu'une Mini-RWIS soit utile en tant que station de mesure, elle doit s'intégrer facilement à notre RWIS existant. La NEMA (National Electrical Manufacturers Association) a entrepris l'élaboration du NTCIP (National Transportation Communications for Intelligent Transportation System Protocol) spécifiquement pour ces situations. Les stations Mini-RWIS comprennent des modems cellulaires et un accès Ethernet, et elles sont conformes au NTCIP. Une fois que la station est fournie avec la configuration IP appropriée, nous pouvons l'interroger directement depuis n'importe quel système qui utilise le NTCIP. Nous pouvons également configurer la Mini-RWIS pour faire sortir les données via différents protocoles communs (par exemple, FTP, HTTPS, SMS, etc.).

Conclusion

Pour répondre aux exigences de densité de mesure nécessaires pour obtenir une image complète d'un réseau routier, nos stations individuelles doivent être rentables. En tirant parti de l'infrastructure et des capacités de communication existantes, les stations Mini-RWIS sont d'un ordre de grandeur moins coûteuses que leurs homologues traditionnelles.

Les mini-RWIS fournissent des données de mesure clés sur une plate-forme solaire que nous pouvons déployer dans des endroits auparavant inaccessibles. La modularité des stations Mini-RWIS permet aux ministères des Transports d'identifier efficacement les sites où une surveillance ciblée supplémentaire est nécessaire pour les dangers locaux tels que les routes inondées, les vents de travers, la visibilité ou les endroits à forte circulation.

L'amélioration d'un RWIS existant avec une Mini-RWIS augmente notre densité de mesure et fournit une plus grande couverture temporelle et spatiale du réseau routier. Grâce à cette information, nous pouvons prendre des décisions éclairées tout en nous efforçant de garder nos routes propres et sécurisées.

Pour en savoir plus sur l'amélioration d'un RWIS avec des Mini-RWIS, lire notre article sur une application type. Si vous avez des questions ou des commentaires à propos du Mini-RWIS, postez-les ci-dessous.

References

Buchanan, F. and Gwartz, S. E. 2005. Road Weather Information Systems at the Ministry of Transportation, Ontario. 2005 Annual Conference of the Transportation Association of Canada, September 18–21, Calgary, Alberta.

Garrett, J. K., Boyce, B., Krechmer, D., and Perez, W. 2008. Implementation and Evaluation of RWIS ESS Siting Guide. Road Weather Management Program, Federal Highway Administration, Washington, DC, and Research and Innovative Technology Administration, U.S. Department of Transportation, Washington, DC.

Kwon, T. J., Fu. L. 2016. RWIS Network Planning: Optimal Density and Location. Aurora Program, Iowa State University, Ames, IA. https://intrans.iastate.edu/app/uploads/2018/10/RWIS_network_planning_for_optimal_density_and_location_w_cvr.pdf