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COSMODRIVE

Le modèle de simulation cognitive « COSMODRIVE »

Objectifs :

COSMODRIVE (pour COgnitive Simulation MOdel of the DRIVEr) est le fruit d’un programme de recherche à long terme engagé au LESCOT depuis plus de 20 ans (6 thèses soutenues entre 1998 et 2014, et une en cours), consacrée à la modélisation cognitive et à la simulation informatique de l’ensemble des processus impliqués dans la conduite d’un véhicule. Sur le plan théorique, ce modèle de simulation s’appuie à la fois sur les théories de l’activité issues de l’ergonomie, le constructivisme piagietien (e.g. schèmes & schémas de conduite), ainsi que sur un ensemble de théories issues des sciences de la cognition (e.g. cycle p)erceptif de Neisser, représentations mentales et conscience de la situation, prises de décisions naturelles), de la psychologie sociale (e.g. attitudes face au risque et à la prise de risque) ou de l’intelligence artificielle, en visant à les appréhender d’une façon « unifiée » dans le cadre d’une simulation informatique « intégrée ». L’objectif final de ces travaux est de disposer d’une « incarnation numérique » de ses théories afin de simuler sur machine la façon dont un conducteur humain prélève et traite de l’information dans son environnement, se représente la situation de conduite dans laquelle il évolue, anticipe des événements et évalue des risques, prend des décisions puis planifie et met en œuvre des actions de conduite afin de progresser dans l’environnement routier.

Synthétiquement, l’activité de conduite est considérée dans COSMODRIVE comme une boucle de régulation dynamique « Perception-Cognition-Action » (cf. figure 1), impliquant des niveaux de consciences « explicites » (processus contrôlés et représentations symboliques) et « implicites » (représentations sub-symboliques et processus automatiques).

 Figure 1 : L’activité de conduite comme une boucle de régulation dynamique

 

Sur le plan perceptif, le modèle COMSODRIVE repose sur 2 processus complémentaires : un processus bottom up d’intégration progressive de l’information, et un processus top down d’exploration active de l’environnement routier. COSMODRIVE est également doté d’un « œil virtuel » capable de simuler numériquement les stratégies visuelles des conducteurs, à l’image de données empiriques collecter par un occulomètre (Figure 2).

Figure 2 : Simulation des stratégies visuelles

 

Le produit de ces traitements perceptifs prend la forme, au niveau cognitif, de représentations mentales (explicite ou implicite ; cf. Bellet et al., 2009) de la situation de conduite actuelle et future. Ces représentations ne sont pas de simples « copies » de la réalité objective. Elles correspondent à la « conscience de la situation » qu’a le conducteur de son environnement. Fondées sur un savoir-faire empirique acquis par la pratique (modélisé dans COSMODRIVE sous la forme de « schémas de conduite »), elles forment des modèles mentaux fonctionnels, simplifiés et déformés du réel, correspondant à la façon dont le conducteur appréhende et comprend la réalité situationnelle, en fonction des buts qu’il poursuit, de l’expérience qu’il possède, des capacités de traitement dont il dispose et des ressources attentionnelles qu’il mobilise à cet instant pour la tâche de conduite. C'est sur la base de ces représentations que le conducteur évalue les risques et prend ses décisions pour planifier ses actions. Cette étape de prise de décision repose, dans COSMODRIVE, sur un processus de « déploiement cognitif » (figure 3).

Figure 3 : Simulation du processus de prise de décision de changement de voie

 

En outre, l’enjeu de ces travaux de modélisation n’est pas seulement de simuler les performances de conduite « optimales », mais également de pouvoir rendre compte des difficultés rencontrées au volant par les conducteurs humains, ainsi que simuler les erreurs de conduite qu’ils peuvent commettre dans certaines conditions (en cas de distraction visuelle trop prolongée, par exemple, comme illustré en figure 4).

Figure 4 : Simulation d’une “Conscience erronée de la Situation”

 

Sur le plan épistémologique et méthodologique, cette démarche de simulation cognitive repose sur un processus itératif alternant des observations de l’activité en conditions de conduites écologiques (sur route ouverte, à bord de véhicules instrumentés) ou dans le cadre d’expérimentations réalisées en environnements contrôlés (sur simulateur de conduite, par exemple), et des phases de modélisation computationnelle, centrées sur la simulation numérique de la cognition humaine (définition de l’architecture cognitive du modèle, élaboration de formalismes ad hoc pour la modélisation des connaissances de conduite, développement d’algorithmes en charge de simuler les processus perceptifs et cognitifs, etc.).

En 2017, COSMODRIVE a été interfacé avec le logiciel Pro-SIVIC d’ESI Group / Civitec, afin de disposer d’un modèle de « conducteur virtuel » permettant de concevoir et d’évaluer virtuellement de futurs dispositifs d’aide et d’automatisation de la conduite (donnant ainsi naissance à la « plateforme V-HCD » (pour Virtual Human Centred Design).

Personnes impliquées au LESCOT : Thierry Bellet, Bertrand Richard, Jonathan Deniel (Doctorant)