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Pierre-Yves GILLIERON, Research and Teaching Associate – Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ENAC – Laboratoire TOP

Journée Technique ATEC ITS FRANCE du 26 mars 2015 Mieux connaître les systèmes de navigation par satellite pour une mobilité plus intelligente Atelier 1 – État de l’art, rappel des fondamentaux Animé par François PEYRET, Directeur du laboratoire GEOLOC – IFSTTAR

Pierre-Yves GILLIERON, Research and Teaching Associate – Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, ENAC – Laboratoire TOP

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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Journée technique ATEC ITS France
Lundi 16 mars
à l’UIC
16, rue Jean Rey
75015 Paris
Technologies de localisation: principes et caractéristiques
Gilliéron Pierre-Yves, EFPL, Lausanne
ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Plan
16/03/2015 2
• Principe de localisation
• Classification des systèmes de localisation
• Systèmes à balises fixes
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• GSM/cellulaire
• GNSS (Global Navigation Satellites Systems)
• Qualité de la localisation
• Navigation à l’estime
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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• Que mesurer et comment? coordonnées,
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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  • 3. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Principe de localisation • Quel emplacement? nœud, segment routier, zone • Que mesurer et comment? coordonnées, à intervalles réguliers (temps/espace), en continu ,…
  • 4. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Principe de localisation • Paramètres fondamentaux – Coordonnées absolues Cartographiques Géographiques: lat. / long. – Position relative (distance, azimut) – Temps • Autres paramètres – Vitesse, accélération – Orientation, attitude
  • 5. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Principe de localisation Référence spatiale Instruments de localisation, GNSSBase de données spatiales Algorithmes de navigation, positionnement Applications en transport et ITS
  • 6. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Classification des systèmes de localisation
  • 7. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Classification des systèmes de localisation • autonome - « self positioning » – GPS : position disponible pour l’utilisateur • à distance - « remote positioning » – Radar Lat : N 46° 34 ’ 12 ’’ Long : E 06° 12 ’ 25 ’’
  • 8. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Classification des systèmes de localisation • Balises fixes • Ondes radio • Estimation de parcours (dead reckoning) T : 14h12 V = 25 km/h T : 14h33 V = 25 km/h V = 25 km/h
  • 9. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à balises fixes • Localisation par rapport à un point spécifique • Balises de proximité – Réception ou émission d’un message (ID) • exemple : – Véhicule ou personne équipés d’une puce électronique (RFID)  Décompte de taxes autoroutières  Passage au droit d’un portique
  • 10. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à balises fixes • DSRC: Dedicated Short Range Communication – Communication sans fil dédiée à courte distance – Norme développée pour les applications ITS – Bande de fréquence: 5.9 GHz – Exemple: télépéage, taxe poids lourds, systèmes coopératifs
  • 11. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à balises fixes Bluetooth: – véhicules ou mobiles équipés d’une interface Bluetooth – Émission automatique d’un identifiant unique servant – Application: estimation de flux de trafic
  • 12. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à ondes radio • Propagation des ondes – Temps de parcours des ondes – Puissance du signal • Détermination de grandeurs géométriques – distances, angle • Emetteurs et/ou récepteurs • Exemples : GNSS, radars, cellulaire
  • 13. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à ondes radio: cellulaire • Principe de mesure – Localisation cellulaire • Identifiant de la cellule • Détermination du secteur (ex:. 120°) • Estimation de la force du signal • Méthode simple et quasi sans calculs • Précision dépend de la densité des stations et de l’environnement 13
  • 14. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à ondes radio: cellulaire • Mesure de temps de parcours de signaux – Le terminal émet un signal qui peut être capté par plusieurs stations – Détermination des différences de temps par paires de stations (TDOA) – Estimation de la position par recoupement – Précision (qq m) selon la densité de stations – …et de l’environnement ! 14
  • 15. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à ondes radio: GNSS Source: u-blox GNSS: Global Navigation Satellites System
  • 16. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Systèmes à ondes radio: GNSS Pseudodistances Récepteur: Erreur horloge Mesure de pseudo-distances à cause de l’erreur d’horloge du récepteur. Il faut min. 4 satellites pour déterminer une position 3D
  • 17. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme 17 Qualité localisation - GNSS • Trajet test: 18 km, env. 40 min • Comparatif: GPS “low cost” – GPS/INS de haute précision Péri-Urbain Urbain
  • 18. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme 18 Qualité localisation - GNSS • Ecart planimétrique entre GPS “low cost” et trajectoire de référence Ecartplanimétrique[m] Temps [s] Péri-UrbainUrbainP.-Urbain
  • 19. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme 19 Qualité localisation - GNSS • Exactitude de la position: erreurs systématiques (ex. effet du multi-trajet)
  • 20. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme 20 Qualité de la localisation - GNSS • Exactitude de la position: erreurs systématiques, biais Arrêt du véhicule
  • 21. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme 21 Qualité de la localisation - GNSS • Continuité du positionnement Lacune GPS
  • 22. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Navigation à l’estime (DR) 16/03/2015 22 DR: report de l’orientation de la trajectoire et de la distance parcourue
  • 23. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Navigation à l’estime (DR) INS roll pitch yaw accélération ∫ vitesse ∫ déplacement vitesse angulaire ∫ angle attitude R • x Position Navigation inertielle
  • 24. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Intégration GPS/INS x front y right z down Coordonnées GPS Navigation inertielle Trajectoire de référence Mise à jour des coordonnées ωz ωy ωx fz fy fx
  • 25. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Intégration GPS/INS : Exemple GPS: conditions optimales Capteurs inertiels, DR seul RMS ~ 1m RMS ~ 5m
  • 26. ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme Synthèse 16/03/2015 26 • Définir correctement les exigences de la localisation • Géométrique: point/arête/zone/… • Métrique: précision, continuité, disponibilité • Types de systèmes de localisation • Balises/ondes radio/estimation de parcours • Localisation ponctuelle, continue • Pas de solution universelle • Intégration: GNSS, capteurs inertiels, … • Intégrité du positionnement: concept fondamental pour des ITS exigeants
  • 27. Merci pour votre attention ! Pierre-Yves Gilliéron EPFL – Laboratoire de Topométrie (TOPO) 1015 Lausanne – Suisse Pierre-yves.gillieron@epfl.ch Pour info: Action COST TU 1302 – SaPPART Performance du positionnement GNSS dans les applications transport www.sappart.net