Brevet FR2712417A1 — publié le 19950519

DISPOSITIF POUR LA COMMUNICATION ET LE POSITIONNEMENT DANS UNE INSTALLATION DE GUIDAGE Domaine technique La présente invention concerne un dispositif pour la communication et le positionnement, au sens de localisation, dans une installation de guidage destinée à guider des unités mobiles, par exemple sous forme de chariots ou voitures, dans un système de voies. Le positionnement est destiné à se faire avec une grande précision, par exemple à la précision d'environ 1 mètre. Une unité mobile respective et les stations de voies placées le long du système de voies comprennent respectivement un premier et un second équipements pour la communication et le positionnement. Art antérieur Les systèmes de guidage pour systèmes de voies destinés à un trafic collectif du type en question coûte environ dix millions de francs par kilomètre et les salaires des conducteurs des voitures comptent pour plus de la moitié des coûts de fonctionnement. Il est donc intéressant de trouver des solutions pour le position- nement et la communication dans le système de guidage qui rendent possible l'utilisation de voitures sans conduc- teur. Dans cette perspective, on a déjà proposé un bus de données le long de la voie et des unités de communication bidirectionnelles à courtes distances installées au nombre d'environ une par mètre. L'intention est de fournir l'identification et certaines informations logiques à des distances d'un décimètre. Une voiture respective est ainsi positionnée tous les mètres et est dotée d'une certaine capacité de communication. 2 2712417 Les solutions existantes pour le positionnement et la communication sont relativement primaires. Il y a deux types de systèmes dans ce domaine. Le premier système fonctionne avec des blocs stationnaires et le5 second système fonctionne avec des blocs mobiles. Les blocs stationnaires impliquent que le réseau soit divisé en sections dans lesquelles seule une unité de train est autorisée à la fois. Un patin collecteur qui court- circuite deux rails métalliques constitue un détecteur.10 De tels systèmes existent et sont disponibles commer- cialement. Le principe des blocs mobiles implique que le train soit entouré d'une zone de sécurité dans laquelle aucun autre train n'est autorisé. Description de l'invention Problème technique Il existe très généralement un besoin de pouvoir disposer de systèmes de guidage et de voies agencés d'une manière techniquement et/ou économiquement plus avanta- geuse. L'invention résout ce problème entre autres. Il y a ainsi un besoin pour positionner une voiture respective à la précision d'un mètre et pour fournir des communications de données générales entre les voitures et l'infrastructure. L'invention résout aussi ce problème. La solution du problème doit pouvoir être mise en oeuvre dans un court délais et impliquer une conception technique aussi simple que possible et des coûts aussi bas que possible. Puisque les voitures doivent être réalisées sans conducteur, la fiabilité du système doit être élevée. L'invention résout ce problème. Il y a ainsi un besoin qu'un positionnement précis puisse être effectué de manière continue et que même des petites unités de train (voitures) puissent être 3 2712417 acheminées à des intervalles rapprochés. L'invention résout aussi ce problème. En relation avec le positionnement et le guidage dans le système de guidage du type en question, il y a un besoin de pouvoir établir des liaisons par télécom- munications qui puissent être utilisées par les passagers. Ceci est résolu par la présente invention. Solution Le trait qui caractérise principalement l'inven- tion est que pour établir la communication entre respectivement un premier et un second équipements, on agence un système de téléphone comprenant un système de radio mobile et/ou un système de réseau téléphonique stationnaire. Pour établir le positionnement, la voiture ou unité mobile respective contient un équipement de positionnement, de préférence un équipement de position- nement du type GPS (système de positionnement global) qui, lorsque l'unité mobile passe devant une station de base respective, peut être mis à jour par un équipement de positionnement de référence. Cette mise à jour de l'équipement de positionnement de l'unité mobile de la voiture peut être effectuée par l'intermédiaire du système téléphonique. Dans un mode de réalisation, les fonctions de communication et de positionnement sont donc séparées. La communication a lieu par l'intermédiaire de station de base disposées à des distances d'environ 100 mètres l'une de l'autre le long d'une voie ou de sections de voie respectives. Le positionnement s'effectue au moyen d'ins- truments de positionnement principalement à base de radio qui peuvent être d'un type connu en soi. Dans un autre mode de réalisation, on utilise un équipement de positionnement de référence consistant en 4 2712417 une station de référence GPS calibrée stationnaire disposée pour calculer les corrections de GPS diffé- rentiel, dans des sections de voie ouvertes, demi- ouvertes ou des sections longues. Les voitures ou unités5 mobiles sont dotées de recepteurs GPS mobiles qui calculent les positions et fonctionnent avec une préci- sion, par exemple une précision de 100 mètres, qui dépasse de manière significative la précision visée par le système, qui peut être une précision d'approxi-10 mativement un mètre. Les données venant de la station de référence calibrée stationnaire sont traitées pour corriger les récepteurs mobiles avec la précision men- tionnée en dernier lieu, l'installation le long de la voie autre que le système de communication étant rendue non nécessaire. Dans les sections de voie couvertes et dans les sections plus courtes nécessitant une continuité maximale du positionnement, une fonction de calcul à l'estime prend le relais de préférence à partir de la position approuvée en dernier lieu, calculée à partir de l'équi- pement de positionnement qui fonctionne avec des sections de voie ouvertes, demi-ouvertes ou des sections longues. De cette manière le système fonctionne avec des infor- mations à propos desquelles la section ou les sections de voie sont sujettes à un ou des fonctionnements de calcul à l'aveugle. Le réseau de télécommunications comprend de préférence ou consiste en un système de radio mobile du type DECT qui offre une bonne transmission générale des données, une bonne accessibilité, de la souplesse, une fonction de transfert entre canaux ("handover"), de bonnes possibilités de déplacement avec maintien de couverture ("roaming"), de la simplicité, une structure ou configuration par opérateur privé, etc. Le réseau de télécommunications comprend donc un réseau de radio 2712417 mobile du type DECT ("Digital European Cordless Telecom- munications ", Télécommunications sans fil européennes numériques) qui offre l'accès à la parole au public sur les canaux libres et qui permet ainsi la possibilité d'un5 ou plusieurs services additionnels. La partie de positionnement est aidée par la partie de communication qui, selon ce qui a été dit au dessus, est établie avec des réseaux de télécommunications du type DECT pour être mise à jour avec des corrections de GPS différentiel qui10 permettent de connaître la position de l'unité mobile avec une précision d'environ un mètre. Lesdits réseaux de télécommunications sont utilisés pour la position de communication, l'état et ainsi de suite, du système de guidage. Le système de guidage est agencé pour fournir des instructions à la voiture ou unité mobile au travers desdits réseaux de télécommunications du type DECT. Dans un mode de réalisation concret, une unité mobile respective est équipée d'un système de guidage interne, d'une unité portable qui peut être utilisée dans le réseau de télécommunication courant du type DECT et d'une unité GPS. Les stations de base dans le réseau de télécommunication dudit type sont connectées ou peuvent être connectées au réseau de télécommunications station- naire. Le réseau de télécommunications stationnaire est relié à un système de guidage central pour le système de voies et un équipement de référence du type GPS différentiel. Avantages Ce qui a été proposé ci-dessus offre la possi- bilité grâce au GPS différentiel d'obtenir une précision de positionnement suffisamment bonne. Les réseaux de télécommunications du type DECT ou des systèmes similaires conviennent pour les transmissions de données 6 2712417 dans le contexte donné. Les fonctions de base sont ainsi assurées. Pour la transmission de données de position, les réseaux des types GSM ("Global System for Mobile Communications"; système global de communications5 mobiles), NMT ("Nordic Mobile Telecommunications"; réseau nordique de télécommunications mobiles), MOBITEX ("système de radio communications mobiles) et même des réseaux stationnaires tels que PSTN ("Public Switch Network"; réseau de données commuté public) peuvent être10 utilisés en plus dudit réseau DECT. Des solutions technique connues peuvent être combinées pour obtenir un résultat satisfaisant dans ce contexte. Description des dessins On décrira maintenant un mode de réalisation du dispositif conforme à l'invention en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure 1 montre sous forme de blocs- diagrammes une voiture ou unité mobile passant devant des stations de base faisant partie d'un réseau de radio mobile qui est relié au réseau téléphonique public, au travers desquels un système de guidage centralisé et un équipement de référence pour le positionnement sont reliés, - la figure 2 montre en section sensiblement verticale un tunnel peu profond avec des ouvertures d'entrée de lumière, et - la figure 3 montre, vu du dessus, un équipement pour le calcul dit à l'estime. Description détaillée Dans la figure 1, une unité mobile ou une voiture est représentée par la référence générale 1. La voiture 7 2712417 peut être liée à la voie et est destinée à être acheminée le long d'un système de voies (non spécifiquement montré) connu en soi. Dans les systèmes de voies, plusieurs voitures ou trains peuvent être acheminés en même temps5 dans la mesure o l'on peut effectuer un positionnement et un guidage précis pour la voiture dans le système de voies. La voiture se déplace dans une direction indiquée par les flèches 2. La voiture comprend ou est équipée d'un premier équipement mobile consistant en un système10 de guidage interne 3, une unité mobile 4 appartenant à un réseau de radio mobile du type DECT, et un équipement de positionnement 5 du type GPS. Un système de communication courant du type DECT est représenté sur la figure au moyen de ses stations de base 6 et 7. Les stations de base sont disposées par exemple à des intervalles d'environ 100 mètres. La voiture passe devant les stations de base lorsqu'elles se présentent, et dans la figure 1 la voiture est passée devant la station de base 6 et est en communication avec la station de base 7. Les stations de base sont comprises dans ou sont reliées à un réseau téléphonique stationnaire qui est représenté par ses connexions 8. Connecté au réseau téléphonique stationnaire ou au réseau de télécommunications se trouve un système de guidage centralisé 9 au moyen duquel les voitures dans le système de voies en question peuvent être guidés de façon centralisée. Le guidage des voitures est individuel et la communication à partir du système de guidage centralisé vers le système de guidage interne à lieu par l'intermédiaire dudit réseau de télécommuni- cations. Un récepteur de référence pour la fonction de positionnement est également relié au réseau de télécommunications stationnaire. Le récepteur de réfé- rence est du type GPS numérique (DGPS). Le récepteur de référence calibré stationnaire corrige l'équipement GPS de la voiture au passage de la voiture. La communication 8 2712417 entre une station de base respective et la voiture est représentée par 11. La structure indiquée dans la figure 1 représente un système de voies pour trafic collectif. Le système peut s'appliquer à un trafic sur rail sans conducteur dans des zones à population dense, avec de petites voitures qui circulent à une vitesse relativement basse par exemple une vitesse de 60 km/h ou normalement de 40 km/h et font des arrêts fréquents. Un environnement semi-ouvert, c'est-à-dire en sous-sol avec admission de lumière et d'air, ou un environnement totalement ouvert serait certainement ce qui convient le mieux à un système futur de ce type. Des raisons liées à l'environnement et au coût militent dans ce sens. De plus, le système GPS demande que la proportion de sections entièrement couvertes soit limitée sur une voie respective pour que le système fonctionne bien. Une solution fondée sur le DECT donne aussi comme effet supplémentaire la possi- bilité de servir de réseau d'accès pour le téléphone public dans un environnement de trafic collectif. La figure 2 montre un tunnel superficiel dudit type. Le tunnel est désigné par la référence 12 et des voitures ou trains passant au devant l'une de l'autre sont désignées par les références 13 et 14. Le caractère ouvert du tunnel ou du système est indiqué par un toit transparent 15 qui permet le passage des rayons du soleil et de la lumière 16. La figure 3 montre le cas du calcul dit à l'aveugle qui est utilisé dans les tunnels couverts ou pour de courtes sections. Dans la figure 3, on désigne une voiture par la référence 17. La voiture comprend un émetteur 18 et un détecteur 19. Des réflecteurs 20, 21 et 22 sont disposés à une certaine distance l'un de l'autre sur la paroi du tunnel 20. Le calcul à l'estime est un nom collectif pour toutes les méthodes utilisées pour 9 2712417 déterminer la position sur la base d'une position localement connue o différents types de capteurs, par exemple les capteurs 20, 21 et 22, permettent de calculer un déplacement. Ceci fournit une très bonne précision5 initialement mais, la position se dégrade progressi- vement. En raison de cette dégradation progressive, le système de calcul à l'estime doit être recalé ou calibré de l'extérieur à des intervalles uniformes. Une méthode traditionnelle et sûre est la navigation inertielle (IN).10 La navigation inertielle fonctionne remarquablement bien dans le cadre de la présente application. Un procédé moins onéreux consiste dans une combinaison de capteur de roues et de gyroscopes. Cependant, le blocage des roues est fréquent dans un trafic sur rail, de sorte qu'un tel procédé ne convient pas dans toutes les circonstances. La solution montrée sur la figure 3 fournit une solution optique spécialement conçue avec de simples réflecteurs passifs 20, 21, 22 qui fournissent des impulsions à un capteur au passage de la voiture tous les mètres. L'émetteur 18 peut consister en un laser et émettre un faisceau lumineux continu 23. Le nombre de passages est calculé par un détecteur 19. Il en résulte qu'on peut connaître devant quel réflecteur la voiture passe et ceci fournit la position (déjà mesurée plus tôt). Lesdits réflecteurs passifs en plastique sont installés à une courte distance l'un de l'autre le long de la voie o la fonction de calcul à l'estime doit être mise en oeuvre. Une telle distance A peut être d'approximativement un mètre. L'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit à titre purement illustratif mais peut comporter de nombreuses variations qui en respectent l'esprit général. 2712417 REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la communication et le posi- tionnement dans une installation de guidage pour le guidage de voitures ou d'unités mobiles (1) dans des systèmes de voies, le positionnement devant se faire avec une grande précision par exemple avec une précision10 d'approximativement un mètre, et une unité mobile respective ou des stations de réseaux (6, 7) placées le long du système de voies comprenant respectivement des premier et second équipements pour la communication et le positionnement, caractérisé en ce que, pour établir la communication entre les respectivement premier et second équipements, on dispose un système de télécommunications qui comprend un système de radio mobile et/ou un réseau de télécommunications stationnaire (8), en ce que pour établir le positionnement, la voiture ou unité mobile respective (1) comprend un équipement de positionnement (5), de préférence un équipement de positionnement de type GPS qui, au passage de l'unité mobile devant une station de base respective (6 ou 7) peut être mise à jour par un équipement de positionnement de référence (10), et en ce que la mise à jour de l'équipement de position- nement (5) dans l'unité mobile par l'équipement de positionnement de référence peut se faire par l'inter- médiaire du système de télécommunications (6, 7, 8). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fonctions de communication et de posi- tionnement sont séparées, en ce que le communication se fait par l'intermédiaire des stations de base disposées à une distance d'environ 100 mètres l'une de l'autre et en ce que le positionnement se fait au moyen d'instruments il 2712417 de positionnement (5, 10) principalement à base de radio qui peuvent être de type traditionnel. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que dans des sections de voies ouvertes, semi-ouvertes, ou des sections longues, l'équi- pement de positionnement de référence (10) consiste en une station de référence GPS calibrée stationnaire dispo- sée pour calculer des corrections pour GPS différentiel, et en ce que les unités mobiles ou les voitures (1) sont10 pourvues de récepteurs GPS (5) mobiles qui calculent les positions et fonctionnent à une précision, par exemple une précision de 100 mètres, qui dépasse de manière significative la précision visée dans le système, par exemple une précision de un mètre, et en ce que les données provenant de la station (10) de référence calibrée stationnaire sont agencées pour corriger les récepteurs mobiles (5) avec la plus grande précision, moyennant quoi l'installation le long de la voie autre que le système de communication (6, 7) est rendu non nécessaire. 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que, dans le cas des sections de voies couvertes ou de sections plus courtes demandant une continuité maximale ou élevée, une fonction de calcul à l'estime prend le relais à partir de préférence de la position valide obtenue en dernier lieu calculée à partir de l'équipement de positionnement qui fonctionne dans le cas des sections de voie ouvertes, semi-ouvertes, ou des sections longues, le système fonctionnant également avec des informations à propos desquelles la ou les sections de réseaux sont sujettes à une fonction de calcul à l'estime ou à des fonctions de calculs à l'estime. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que le réseau de télécommunications (1) comprend un système de radio mobile du type DECT qui permet la transmission globale des données et donne une bonne accessibilité, souplesse, possibilité de transfert et de déplacement, simplicité, fonctionnement par opérateurs privés, etc.5 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisé en ce que le réseau de télécommunications comprend un réseau de radio mobile du type DECT qui permet l'accès à la parole du public sur les canaux disponibles et qui par conséquent permet10 d'avoir des services supplémentaires. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que la partie de positionnement obtient une assistance de la partie de communication qui est établie, par exemple, avec un réseau de télécommunications du type DECT, pour être mise à jour avec des corrections pour GPS différentiel qui permettent de connaître la position de l'unité mobile avec une précision d'environ un mètre, et en ce que ledit réseau de télécommunications est utilisé pour informer le système de guidage sur la position, l'état, etc. et en ce que le système de guidage donne les instructions à l'unité mobile de la voiture respective par l'inter- médiaire dudit réseau de télécommunications au passage d'une ou plusieurs stations de base. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'une unité mobile respective (1) est équipée avec un système de guidage interne (3), une unité portable (4) dans un réseau de télécommunications courant du type DECT, et une unité GPS (5). 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce que les stations de base (6, 7) dans le réseau de télécommunications (8) du type DECT sont reliées ou peuvent être reliées au réseau de télécommunications stationnaire (8). 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations précédentes, caractérisé en ce qu'un système de guidage centralisé (9) et un équipement de référence du type GPS différentiel (10) sont reliés au réseau de5 télécommunications stationnaire.