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

1. 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

2. 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
• Systèmes à ondes radio
• GSM/cellulaire
• GNSS (Global Navigation Satellites Systems)
• Qualité de la localisation
• Navigation à l’estime
• Intégration GNSS/INS
• Synthèse

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
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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 !
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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