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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
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Plan
16/03/2015
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• Principe de localisation • Classification des systèmes de localisation • Systèmes à balises fixes • Systèmes à ondes radio • GSM/cellulaire • GNSS (Global Navigation Satellites Systems)
• Qualité de la localisation • Navigation à l’estime • Intégration GNSS/INS • Synthèse
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Principe de localisation
• Quel emplacement? nœud, segment routier, zone • Que mesurer et comment? coordonnées,
à intervalles réguliers (temps/espace), en continu ,…
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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
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Principe de localisation
Référence spatiale
Instruments de localisation, GNSS Base de données
spatiales
Algorithmes de navigation,
positionnement
Applications en transport et ITS
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Classification des systèmes de localisation
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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 ’’
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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 !
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Systèmes à ondes radio: GNSS
Source: u-blox
GNSS: Global Navigation Satellites System
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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
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Qualité localisation - GNSS
• Trajet test: 18 km, env. 40 min • Comparatif: GPS “low cost” – GPS/INS de haute précision
Péri-Urbain Urbain
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Qualité localisation - GNSS
• Ecart planimétrique entre GPS “low cost” et trajectoire de référence
Ecar
t pla
nim
étriq
ue [m
]
Temps [s]
Péri-Urbain Urbain P.-Urbain
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Qualité localisation - GNSS
• Exactitude de la position: erreurs systématiques (ex. effet du multi-trajet)
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Qualité de la localisation - GNSS
• Exactitude de la position: erreurs systématiques, biais
Arrêt du véhicule
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
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Qualité de la localisation - GNSS
• Continuité du positionnement
Lacune GPS
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Navigation à l’estime (DR)
16/03/2015
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DR: report de l’orientation de la trajectoire et de la distance parcourue
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Navigation à l’estime (DR)
INS roll
pitch
yaw
accélération ∫ vitesse ∫ déplacement
vitesse angulaire ∫angle attitude R • x Position
Navigation inertielle
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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
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Intégration GPS/INS : Exemple
GPS: conditions optimales Capteurs inertiels, DR seul
RMS ~ 1m RMS ~ 5m
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ITS : Mieux connaître le GNSS pour changer de paradigme
Synthèse
16/03/2015
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• 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
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Merci pour votre attention !
Pierre-Yves Gilliéron EPFL – Laboratoire de Topométrie (TOPO) 1015 Lausanne – Suisse [email protected]
Pour info: Action COST TU 1302 – SaPPART Performance du positionnement GNSS dans les applications transport www.sappart.net