Installation et procédé de localisation par couplage de moyens autonomes de mesure d'un déplacement à des moyens de mesure sans fil de supports de données de localisation
La présente invention concerne un procédé de localisation de localisation d'un terminal dans une zone, ledit procédé comportant :
- une étape de calage des coordonnées spatiales du terminal réalisée au sein d'un logiciel de géolocalisation du terminal ;
- une étape de mesure de déplacement du terminal par des moyens autonomes de mesure d'un déplacement intégrés au terminal;
- une étape d'estimation des coordonnées spatiales réalisée par le logiciel de géolocalisation à partir du déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement;
- une étape d'affichage de la position géographique du terminal par des moyens d'affichage intégrés au terminal ;
On connaît du document EP 1886517 un procédé et une installation de localisation par positionnement Wifi couplé à un système de navigation inertielle. Un tel procédé permet de localiser une personne ou un terminal dans un environnement fermé (par exemple un bâtiment) équipé de bornes de télécommunication pour un réseau local sans fil de type Wifi.
Le procédé de localisation utilise, depuis un terminal, les mesures de puissance d'émission de bornes de télécommunication d'un réseau local sans fil de type Wifi. Une comparaison des puissances reçues en provenance de chaque borne avec des valeurs de puissance stockées dans une base de données du terminal est effectuée. Les valeurs de puissance stockées dans la base de données correspondent chacune à une position du terminal par rapport aux bornes. Le résultat de position ainsi délivré est ensuite filtré pour réduire l'effet du bruit inhérent aux mesures. Ce filtrage est réalisé en tenant compte de données de navigation inertielle fournies par des moyens de mesure inertielle. Enfin, une étape éventuelle de correction de la dérive inertielle due à la méthode de mesure des données de navigation inertielle est appliquée.
Un tel procédé permet d'obtenir une localisation quasi instantanée d'un objet mobile en milieu fermé mais nécessite toutefois une étape initiale de construction manuelle d'une base de données au sein du terminal. De plus, il est nécessaire d'effectuer au préalable une calibration du terminal pour tenir compte de l'environnement dans lequel sont disposées les bornes Wifi de télécommunication, de manière à indiquer au terminal les coordonnées spatiales des bornes Wifi. Ces caractéristiques
contraignantes engendrent des surcoûts de fabrication du terminal propre à réaliser un tel procédé.
Le but de l'invention est de proposer un procédé de localisation permettant de s'affranchir de la construction manuelle d'une base de données et de la calibration préalable de l'environnement, et de réduire ainsi les coûts.
A cet effet, l'invention a pour objet un procédé de localisation du type précité, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une étape de transmission par un support de données de localisation installé à demeure dans la zone, de sa position géographique au terminal ; et
- une étape de recalage des coordonnées spatiales du terminal réalisée au sein du logiciel de géolocalisation à partir de la position géographique du support de données de localisation.
Suivant d'autres modes de réalisation, le procédé de localisation comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'étape d'affichage de la position géographique du terminal à partir des coordonnées spatiales estimées à partir du déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement est effectuée seulement si le logiciel juge que la précision relative au déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement est suffisante ;
- l'étape de recalage des coordonnées spatiales est réalisée au sein du logiciel de géolocalisation, lorsque la précision relative au déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement est jugée insuffisante par le logiciel ;
- l'étape de recalage des coordonnées spatiales est effectuée par action volontaire d'un utilisateur équipé du terminal à localiser, sur la base d'un message d'information affiché par le terminal suite à la détection d'une précision relative au déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement insuffisante ;
- l'étape de recalage des coordonnées spatiales est effectuée automatiquement, lorsque le terminal à localiser entre dans une zone d'émission d'un support de données de localisation ;
- le logiciel de géolocalisation fait afficher, lors de l'étape d'affichage, les coordonnées spatiales transmises par un capteur GPS tant que celles-ci sont disponibles ; et
- le logiciel de géolocalisation estime les coordonnées spatiales du terminal à partir du déplacement transmis par les moyens autonomes de mesure d'un déplacement et fait afficher la position géographique du terminal à partir des coordonnées spatiales
estimées dès lors que les coordonnées spatiales fournies par le capteur GPS ne sont pas disponibles.
L'invention a également pour objet une installation de localisation d'un terminal dans une zone, comprenant dans le terminal :
- des moyens autonomes de mesure d'un déplacement ;
- des moyens d'affichage d'une position géographique ;
- une unité de traitement d'informations mettant en œuvre un logiciel de géolocalisation, ladite unité étant interfacée avec les moyens autonomes de mesure d'un déplacement et les moyens d'affichage ;
et caractérisée en ce qu'elle comporte au moins un support de données de localisation installé à demeure dans la zone et contenant les coordonnées spatiales du point géographique où il est implanté et en ce qu'elle comporte des moyens de mesure sans fil de supports de données de localisation, et en ce que le logiciel de géolocalisation est propre à effectuer un recalage des coordonnées spatiales du terminal à partir des informations de position lues dans au moins un support de données de localisation.
Suivant d'autres modes de réalisation, l'installation de localisation comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- l'installation comporte dans le terminal un capteur GPS interfacé avec l'unité de traitement d'informations ;
- les moyens autonomes de mesure d'un déplacement sont l'un des équipements compris dans le groupe consistant en : une centrale inertielle bidimensionnelle et une centrale inertielle tridimensionnelle ;
- les moyens autonomes de mesure d'un déplacement sont couplés à un magnétomètre ; et
- les supports de données de localisation sont l'un des équipements compris dans le groupe consistant en : des puces RFID utilisant la technologie NFC (Near Field Communication), des puces RFID utilisant la technologie UHF (Ultra High Frequency) et des codes-barres 2D.
Ces caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'une installation de localisation comportant un terminal mobile à localiser et des supports de données de localisation,
- la figure 2 est une vue schématique du terminal mobile à localiser selon un mode de réalisation de l'invention, et
- la figure 3 est un schéma de fonctionnement du procédé selon l'invention.
Sur la figure 1 , une installation de localisation 10 comporte un terminal mobile 12 à localiser et des supports de données de localisation 13 situés en certains points fixes identifiés d'une zone géographique telle que l'intérieur d'un bâtiment B.
Le terminal mobile 12 est par exemple un téléphone mobile d'un réseau cellulaire.
Le terminal mobile 12 est propre à se déplacer dans l'espace délimité par la zone géographique.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, chaque support de données de localisation 13 est formé d'une puce RFID 13A utilisant la technologie NFC (Near Field Communication). Chaque puce RFID 13A contient les coordonnées spatiales du point géographique où elle est implantée. Les puces RFID 13A sont par exemple scellées à demeure dans des piliers 14 de la structure du bâtiment.
Sur la figure 2, le terminal mobile 12, selon un premier mode de réalisation, comporte une unité de traitement d'informations 15 mettant en oeuvre un logiciel de géolocalisation 16 et un module de téléchargement de plans 17.
Le logiciel de géolocalisation 16 est propre à créer une carte géographique et à faire afficher sur cette carte la position du terminal mobile 12 à partir de données de positionnement, comme expliqué dans la suite. Par ailleurs, le logiciel de géolocalisation 16 permet de mettre en œuvre des étapes de calage initial, de réception, d'estimation et de recalage des coordonnées spatiales du terminal mobile 12. Ces étapes seront décrites par la suite en regard de la figure 3.
Le module de téléchargement 17 est propre à télécharger au travers du réseau cellulaire les plans de bâtiments équipés de supports de données de localisation 13.
Dans le terminal mobile 12, l'unité 15 est connectée à :
- un capteur GPS 18,
- un gyroscope tri-axial 20,
- un accéléromètre tri-axial 21 ,
- un lecteur RFID 22, et
- une interface de restitution 24.
Le capteur GPS 18 est propre à recevoir des signaux de satellites de positionnement et à calculer des coordonnées spatiales correspondant au terminal mobile 12 à partir de ces signaux.
Le gyroscope tri-axial 20 est adapté pour mesurer des vitesses angulaires selon trois axes orthogonaux du terminal mobile 12. Les vitesses sont chacune représentative d'un angle de déplacement du terminal 12 selon un axe.
L'accéléromètretre tri-axial 21 est adapté pour mesurer des accélérations linéaires selon trois axes orthogonaux du terminal mobile 12. Les accélérations sont chacune représentative d'un déplacement linéaire du terminal 12 selon un axe.
Le gyroscope tri-axial 20 est couplé à l'accéléromètre tri-axial 21 . L'ensemble gyroscope tri-axial 20 et accéléromètre tri-axial 21 représente un mode particulier de réalisation d'une centrale inertielle tridimensionnelle.
Le lecteur RFID 22 est propre à recevoir des informations issues des supports de données de localisation 13, en l'occurrence les puces RFID 13A, suivant la technologie NFC.
L'interface de restitution 24 est formée de tout moyen d'affichage d'informations de localisation en une image visuelle, tel qu'un écran d'affichage par exemple.
En variante, l'ensemble gyroscope tri-axial 20 et accéléromètre tri-axial 21 est remplacé par une centrale inertielle bidimensionnelle. La réalisation du dispositif selon cette variante est à même de permettre une localisation selon deux dimensions seulement du terminal mobile 12.
En variante, l'ensemble gyroscope tri-axial 20 et accéléromètre tri-axial 21 est remplacé par tout moyen autonome de mesure d'un déplacement, c'est-à-dire sans interaction avec des éléments prédéterminés de la zone géographique.
En variante, un magnétomètre relié à l'unité de traitement d'informations 15 est avantageusement couplé à la centrale inertielle. Le magnétomètre est propre à mesurer le champ magnétique terrestre et à confirmer l'information de déplacement du terminal mobile 12 transmise.
Les étapes mises en œuvre au sein du logiciel de géolocalisation 16 vont maintenant être décrites en regard de la figure 3. L'algorithme mis en œuvre est réalisé en boucle, la position du terminal mobile 12 étant réactualisée périodiquement, par exemple toutes les secondes.
On suppose pour la description que le terminal mobile 12 est localisé suite à une étape de calage initial telle que décrite dans la suite. Les coordonnées spatiales du terminal mobile 12 sont connues au sein du logiciel de géolocalisation 16 soit par réception lors d'une étape 28 de signaux de positionnement GPS, soit par réception lors d'une étape 29 des coordonnées spatiales contenues dans une puce RFID 13A à proximité de laquelle le terminal mobile 12 a été volontairement placé par un utilisateur.
Pendant toute la mise en œuvre du procédé, le capteur GPS 18 essaie à l'étape 28 de capter les signaux GPS issus de satellites. Les coordonnées GPS du terminal mobile 12 fournies par le capteur GPS 18 sont ainsi disponibles ou non disponibles.
A l'étape 30, et quelle que soit l'origine des coordonnées spatiales, le logiciel de géolocalisation 16 commande l'affichage de la carte avec un élément représentatif de la position sur la carte des coordonnées spatiales du terminal 12. L'élément représentatif est par exemple un point.
A l'étape 31 suivante, un test est effectué pour déterminer si les coordonnées GPS du terminal 12 issues du capteur GPS 18 sont disponibles. Tel peut être le cas si le capteur GPS 18 est susceptible de capter les signaux GPS issus de satellites. En revanche, si le terminal 12 est masqué par le bâtiment B, les signaux peuvent être non accessibles.
Si les coordonnées GPS sont fournies par le capteur GPS 18, les coordonnées du point à afficher sont prises égales aux coordonnées GPS à l'étape 32, puis l'étape 30 d'affichage de la position est remise en œuvre.
Le logiciel de géolocalisation 16 utilise ainsi les coordonnées spatiales transmises par le capteur GPS 18 pour la localisation du terminal mobile 12, tant que ces coordonnées spatiales sont disponibles.
Pendant toute la mise en œuvre du procédé, le gyroscope tri-axial 20 et l'accéléromètre tri-axial 21 transmettent à l'étape 34 une information de déplacement tridimensionnel du terminal 12 au logiciel de géolocalisation 16. Cette information est obtenue à partir d'une combinaison entre la mesure des vitesses angulaires du terminal mobile 12 par le gyroscope tri-axial 20 d'une part, et la mesure des accélérations linéaires du terminal mobile 12 par l'accéléromètre tri-axial 21 d'autre part.
Si les coordonnées spatiales transmises par le capteur GPS 18 ne sont plus disponibles à l'étape 31 , le logiciel de géolocalisation 16 estime à l'étape 36 les coordonnées spatiales du terminal mobile 12 à partir du déplacement transmis par le gyroscope tri-axial 20 et l'accéléromètre tri-axial 21 .
A l'étape 36, une incertitude de positionnement est calculée par le logiciel de géolocalisation 16. Elle est par exemple donnée égale à la somme des erreurs de mesure des différents déplacements transmis par le gyroscope tri-axial 20 et l'accéléromètre tri- axial 21 depuis le dernier recalage du terminal mobile 12.
A l'étape 37 suivante, la qualité du positionnement est déterminée par un test. Le test consiste à comparer l'incertitude de positionnement calculée par le logiciel de géolocalisation 16 à l'étape 36 à une incertitude de précision maximale tolérable. Cette incertitude de précision maximale tolérable résulte d'une combinaison entre une première information intrinsèque à l'environnement géographique dans lequel le terminal mobile 12 se déplace, et une seconde information propre à l'utilisation envisagée du procédé de localisation. Par exemple cette incertitude de précision maximum tolérable est obtenue
par combinaison entre une première information de précision téléchargée par le module de téléchargement 17 en même temps que le plan d'un bâtiment correspondant, et une seconde information de précision enregistrée dans le logiciel de géolocalisation 16 pour une utilisation donnée.
Si, à l'étape 37, l'incertitude de positionnement calculée par le logiciel de géolocalisation 16 est inférieure à l'incertitude de précision maximale tolérable, les coordonnées du point à afficher sont prises égales à l'étape 38 aux coordonnées estimées à l'étape 36. L'étape 30 d'affichage de la position à partir de ces coordonnées estimées, puis l'étape 31 de test de disponibilité des signaux issus de satellites, sont ensuite remises en œuvre.
Si, à l'étape 37, l'incertitude de positionnement calculée par le logiciel de géolocalisation 16 est supérieure à l'incertitude de précision maximale tolérable, un recalage des coordonnées spatiales est initié au sein du logiciel 16.
A cet effet, à l'étape 40, l'interface de restitution 24 reçoit de la part du logiciel de géolocalisation 16 un message d'information indiquant la nécessité de recaler le terminal mobile 12 sur une puce RFID 13A, et restitue visuellement ce message. Après avoir lu un tel message d'information, l'utilisateur équipé du tel terminal mobile 12 place volontairement le terminal à proximité d'une des puces RFID 13A dont il connaît la présence.
La puce RFID 13A utilisée pour le recalage transmet lors de l'étape 29 ses coordonnées spatiales au lecteur RFID 22 suite à une interrogation effectuée par le lecteur 22.
Le lecteur RFID 22 transmet ces coordonnées spatiales au logiciel de géolocalisation 16, qui les utilise alors comme nouvelles coordonnées du terminal mobile 12 lors d'une étape 41 où les coordonnées du point à afficher sont prises égales aux coordonnées spatiales de la puce RFID 13A. Le point représentatif de la position est affiché sur la carte lors de l'étape 30 puis le test de l'étape 31 est remis en oeuvre.
Le logiciel de géolocalisation 16 réutilise ensuite les coordonnées spatiales transmises par le capteur GPS 18 ou les coordonnées spatiales estimées à partir du déplacement transmis par le gyroscope tri-axial 20 et l'accéléromètre tri-axial 21 , selon les conditions précédemment décrites en fonction des résultats des tests des étapes 31 et 37.
Pendant tout le fonctionnement, le module de téléchargement 17 transmet les plans de bâtiments téléchargés à l'interface de restitution 24.
A l'étape 30, l'interface de restitution 24 reçoit de la part du logiciel de géolocalisation 16 des informations de localisation du terminal mobile 12, et restitue ces
informations visuellement. Elle reçoit également les éventuels plans de bâtiments téléchargés au sein du module de téléchargement 17 et les restitue visuellement.
On conçoit ainsi qu'un tel procédé de localisation n'a pas pour pré-requis la construction manuelle d'une quelconque base de données et ne nécessite pas d'indiquer au préalable au terminal mobile 12 les coordonnées spatiales des supports de données de localisation 13. La miniaturisation possible d'un tel terminal mobile 12 permet alors de réduire les coûts de fabrication.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, chaque support de données de localisation 13 est formé d'une puce RFID utilisant la technologie UHF (Ultra High Frequency), le lecteur RFID 22 du premier mode de réalisation, propre à recevoir des informations suivant la technologie NFC, étant remplacé par un lecteur RFID propre à recevoir des informations suivant la technologie UHF.
La différence de fonctionnement de ce deuxième mode de réalisation par rapport au premier mode de réalisation réside dans l'étape 29, 41 de recalage des coordonnées spatiales. Contrairement au premier mode de réalisation, l'interface de restitution 24 ne reçoit plus de la part du logiciel de géolocalisation 16 un message d'information indiquant la nécessité de recaler le terminal mobile 12 sur une puce RFID.
L'étape de recalage est effectuée sous la commande du logiciel de géolocalisation
16 chaque fois que le terminal 12 est suffisamment proche d'une puce RFID. Lorsque la précision relative au déplacement transmis par le gyroscope tri-axial 20 et l'accéléromètre tri-axial 21 est jugée insuffisante par le logiciel de géolocalisation 16, et que le terminal mobile 12 à localiser entre dans une zone d'émission d'une puce RFID, cette puce RFID transmet automatiquement ses coordonnées spatiales au lecteur RFID. Le fonctionnement de l'étape de recalage selon ce deuxième mode de réalisation est ensuite identique à celui de l'étape 29, 41 de recalage du premier mode de réalisation, et n'est donc pas décrit à nouveau.
Ce recalage automatique des coordonnées spatiales, lié à l'utilisation de la technologie UHF et propre au deuxième mode de réalisation, présente l'avantage de s'affranchir d'une action manuelle de la part d'un utilisateur.
Selon un troisième mode de réalisation de l'invention, chaque support de données de localisation 13 est formé d'un code-barres 2D propre à assurer un stockage de données et le lecteur RFID 22 du premier mode de réalisation est remplacé par un lecteur de codes-barres.
Le fonctionnement de ce troisième mode de réalisation est identique en ce qui concerne le dispositif et le procédé de localisation à celui du premier mode de réalisation, et n'est donc pas décrit à nouveau.