Brevet FR2748842A1 — publié le 19971121

SYSTEME D'ANALYSE DU BRUIT DU AU PASSAGE DE VEHICULES AERIENS La présente invention concerne un système d'analyse du bruit provoqué par le passage de véhicules aériens dans une zone d'étude. Elle s'applique notamment, mais non exclusivement, aux hélicoptères au voisinage de zones d'habitation. Si la nuisance sonore au voisinage du passage d'hélicoptères est un phénomène connu et persistant depuis l'exploitation de ce moyen de transport, elle est perçue comme de plus en plus gênante dans le mouvement général de préservation de l'environnement contre les agressions dues à toute exploitation industrielle ou commerciale. Le problème global de ce type de nuisance est tout à la fois technique, politique et de relation avec les riverains. Dans le domaine technique, la nuisance peut être réduite au niveau du véhicule bruyant lui-même par modification de ses éléments les plus bruyants comme, par exemple, un changement de matériau ou une nouvelle forme des pales. Et de façon générale, la prise en compte par le constructeur d'une contrainte sur les niveaux sonores émis, dès la conception d'un nouveau modèle, réduit à terme la nuisance par appareil lors du renouvellement progressif des véhicules exploités. La nuisance peut aussi être traitée techniquement par la définition de nouvelles façons d'utiliser le véhicule. Tout d'abord, des trajectoires à parcourir sont imposées pour éviter, par exemple, le survol d'une zone fortement résidentielle. De même, des consignes de vitesse maximale et de descente plus ou moins rapide peuvent être imposés dans le même but de réduction des nuisances sonores à priori. Plus précisément, il convient de minimiser la nuisance pour un site géographique particulier. En effet, un bruit plus fort est acceptable dans certaines parties du vol s'il permet en contrepartie une réduction de la nuisance dans une autre partie du vol au-dessus d'une zone que l'on souhaite protéger. Par ailleurs, le degré de nuisance est globalement lié à l'inverse de la distance du perturbateur, mais il doit être plus finement évalué dans les zones d'habitation où des phénomènes d'écho locaux peuvent éventuellement se produire entre des blocs d'immeubles. Pour permettre la définition de consignes de vol judicieuses relativement au voisinage d'une zone d'étude, on propose selon l'invention d'analyser la nuisance dans cette zone avec une précision suffisante et en corrélation avec la trajectoire du perturbateur. Pour cela, I'invention propose un système d'analyse du bruit provoqué par le passage de véhicules aériens aux environs d'une zone d'analyse caractérisé en ce qu'il comporte: - des dispositifs de mesure de niveau sonore répartis dans la zone d'analyse, comprenant des moyens pour fournir périodiquement des mesures de niveau sonore et une information sur les instants de ces mesures définis par rapport à une référence de temps; - un récepteur de positionnement par satellites embarqué sur le véhicule aérien pour fournir des informations de mesures de la position dudit véhicule et d'instants de mesure de ces positions, les instants de mesure étant définis par rapport à la même référence de temps que ceux des mesures de bruit; - des moyens de stockage des mesures de bruit et des instants de ces mesures; - des moyens de stockage des mesures de position du véhicule aérien et des instants de ces mesures - et des moyens de traitement d'information pour traiter les mesures de bruit et les informations de position en vue de présenter à un utilisateur des nuisances sonores en relation avec des trajectoires de véhicules aériens. Les informations de mesures de position peuvent être envoyées immédiatement par radio vers une station au sol ou être enregistrées à bord puis utilisées en différé. Les instants des mesures sont observés par rapport à une même référence de temps, I'invention offre ainsi une possibilité de corréler avec précision la position du perturbateur et la nuisance aux points d'observation, et ceci quel que soit le temps de transfert de la mesure entre un point d'observation et le moyen commun de stockage des mesures. L'invention permet un choix quelconque du ou des moyens de transfert entre les dispositifs de mesure et moyens de stockage puisque l'on s'affranchit ainsi avantageusement du délai de transfert jusqu'au moyen de stockage et même des écarts de délais pour les dispositifs de mesure. Selon une caractéristique de l'invention, le transfert des mesures jusqu'aux moyens de stockage et de traitement d'information est effectué par un réseau de communication accessible au public, de préférence le réseau téléphonique câblé ou sans fil. Ce réseau étant bien développé, en particulier dans les zones d'habitation, la possibilité de s'y connecter dans une large proportion de logements permet d'installer de façon peu contraignante un dispositif de mesure dans un lieu à observer. A l'aide de moyens de stockage, I'invention présente l'avantage de permettre un traitement différé selon le niveau souhaité et après réflexion, des informations collectées. Cette disposition permet à partir d'une même campagne de mesures de présenter plusieurs types de résultats, et surtout d'effectuer avec souplesse des modifications limitées aux moyens de traitement des informations, sans changer l'ensemble du système d'analyse. Cette disposition peut aussi permettre d'effectuer des mesures de type 24 heures sur 24 sans imposer de contrainte de présence pendant ces périodes à l'utilisateur du système. Les dispositifs de mesure sont, selon une des caractéristiques de l'invention, répartis dans la zone d'analyse, il est avantageux de connaitre la position de chacun d'eux par connaissance précise des emplacements d'installation ou bien par transmission par chaque dispositif de sa propre position. Une réalisation préférée d'un système selon l'invention sera décrite ci-après, à titre d'exemple non limitatif, avec référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 représente le schéma d'un système d'analyse du bruit selon l'invention; - la figure 2 représente l'équipement du système selon l'invention, embarqué à bord d'un véhicule aérien dont les émissions sonores et la trajectoire sont analysées; - la figure 3 représente la partie du système selon l'invention placée au sol - la figure 4 représente une station d'observation du son standard reliée au réseau téléphonique; - la figure 5 représente la station de suivi et d'analyse; - la figure 6 représente un exemple de cartographie sonore. Dans la réalisation préférée du système selon l'invention présentée figure 1, au moins un véhicule aérien 1 se déplace dans la zone 4 d'analyse de nuisances sonores. A l'aide d'un dispositif embarqué à bord, le véhicule 1 connaît sa position avec précision par rapport à un groupe de satellites 2. Cette position est de préférence repérée à l'aide des satellites du système GPS (Global Positioning System), en mode absolu ou de préférence en mode différentiel. Les émissions sonores et les positions successives émises par le véhicule 1 sont reçues et analysées par la partie 3 du système placé au sol 99. Le dispositif embarqué à bord du véhicule 1 observé est représenté sur la figure 2, il comprend un calculateur 5 auquel sont reliés un sous-équipement 6 de localisation, un sous-équipement 7 d'initialisation, un sous-équipement 8 d'émission et éventuellement un sous-équipement 9 de visualisation de la propre trajectoire du véhicule porteur. Le sous-équipement 6 de localisation comprend un dispositif de positionnement GPS 10 traitant des informations de satellites adéquats reçues sur le récepteur 11 d'une part, et des informations de correction des erreurs GPS reçues sur le récepteur radio 12 d'autre part. Un tel sous-équipement appelé GPS Différentiel ou - DGPS embarqué - permet d'atteindre, même pour des applications civiles, une précision d'environ quelques mètres sur la position du véhicule ainsi équipé. Le sous-équipement 6 transmet aux calculateurs les informations de mesure et de position et d'instant de mesure de chaque position. Le système de localisation par GPS ne fournissant que la position d'un point de l'espace représentant le véhicule, il est intéressant de compléter ces informations par l'indication de l'attitude du véhicule lors du relevé de position car l'émission sonore dépend notamment de la position du rotor arrière. Dans ce but, le calculateur 5 peut être relié à un ou plusieurs dispositifs 15 appropriés à l'acquisition des valeurs d'attitude (principalement le cap, mais aussi le tangage, voire le roulis). Toujours pour compléter les informations en vue de l'analyse de l'émission sonore, un dispositif complémentaire 16 d'acquisition de l'accélération du véhicule, peut être relié au calculateur 5 car une accélération correspondant à une augmentation du régime du moteur est une source de nuisance sonore. Le sous-équipement d'initialisation 7 comprend une mémoire de masse non volatile amovible comme par exemple un dispositif de type lecteur de disquette permettant en y insérant une disquette convenablement chargée, d'indiquer, à un équipement embarqué standard, les caractéristiques du véhicule dans lequel cet équipement est placé ainsi que les caractéristiques de l'équipage. Ces caractéristiques permettent, au système selon l'invention, une identification du véhicule à observer. Ladite disquette contient un simple fichier de texte décrivant au moins le modèle du véhicule et d'autres éléments, comme les modèles de rotor, relativement déterminants dans l'effet sonore du véhicule. L'indication de l'équipage peut permettre au système selon l'invention d'analyser plus finement les émissions sonores d'un même véhicule selon son utilisation. La disquette est un moyen pratique car elle est rapidement personnalisée avant l'embarquement, elle est facilement transportable et le temps de sa mise en place dans le sous-équipement d'initialisation 7 ainsi que celui de sa lecture sont suffisamment brefs pour ne pas pénaliser les opérations comme la conduite du véhicule. Dans une variante de réalisation, le sous-équipement d'initialisation 7 comprend simplement un clavier sur lequel le pilote, par exemple, saisit les caractéristiques de son véhicule et de l'équipage, avant l'exploitation par le système selon l'invention d'émissions sonores du vol du véhicule. Le sous-équipement d'émission 8 comprend un modem 13 relié à une radio 14 pour émettre à destination de la partie du système placé au sol 3 et de façon récurrente, les informations comprenant au moins la position du véhicule et la date de la mesure de cette position et de préférence complétées par l'identification du véhicule, celle de l'équipage, L'attitude du véhicule et son accélération. Ces informations de position et d'instant de mesure de position peuvent être transmises par exemple toutes les secondes. Le calculateur 5 peut être relié à un dispositif de visualisation 9 pour afficher sa trajectoire formée des mesures de position successives du sous-équipement de localisation 6. Un tel affichage peut s'effectuer en surimpression sur un fond de carte représentant la zone survolée. Le dispositif de visualisation 9 peut lui-même appartenir à un autre équipement de bord distinct de celui selon l'invention et disposant d'un moyen de connexion au calculateur 5. Dans ce cas les données correspondant à l'affichage d'un fond de carte pourraient être fournies par l'intermédiaire de cedit autre équipement. Pour une mise en oeuvre plus souple du système d'analyse selon l'invention, le calculateur 5 du dispositif embarqué peut être piloté à distance pour, par exemple, déterminer la fréquence de répétition des messages émis par la radio 14. Le dispositif embarqué à bord est de préférence portable, par exemple dans une mallette, et standard. Ainsi il suffit d'en installer un exemplaire dans chaque véhicule que l'on souhaite observer sans exigence de compatibilité avec les instruments de bord du véhicule. Cette disposition avantageuse permet d'observer sans adaptation des véhicules d'origine et de niveaux d'équipement différents. La partie 3 du système placée au sol est représentée sur la figure 3, elle comprend: - une ou plusieurs stations d'observation du son 30 reliées au réseau 31 du serveur de données par l'intermédiaire du réseau téléphonique 32 et d'un dispositif d'interface 33 entre ces deux réseaux; - une station d'observation de trajectoire 34 recevant les données émises périodiquement par le véhicule observé 1 et reliée au réseau 31 du serveur de données; - un serveur de données 35, relié au réseau 31 du serveur de données, regroupant et archivant les informations reçues par la station d'observation de trajectoire et les stations d'observations du son; - une station de suivi et d'analyse 36 permettant un suivi instantané ou en temps différé des véhicules observés d'autre part et une analyse de type statistique des données collectées d'autre part; - une station fixe 37 de GPS différentiel calculant les corrections à apporter aux mesures effectuées par le système GPS et émettant des informations de correction des erreurs GPS, ce sont les informations reçues par le sous-équipement de localisation 6 de chaque véhicule observé. Une station d'observation du son standard est représentée sur la figure 4, elle reçoit à l'aide d'un microphone 40 des sons émis par un véhicule observé 1, et dans un calculateur 41 de type PC portable (station de travail), convertit ces sons analogiques en des signaux numériques et effectue un traitement de signal destiné essentiellement à réduire le nombre d'informations à émettre par cette station sur le réseau téléphonique 32 par l'intermédiaire d'un modem 42. Le traitement de signal effectué dans le calculateur 41 consiste à estimer un niveau sonore dans une bande de fréquence audible, et dans quelques sous-bandes de fréquence adaptées à certaines nuisances sonores comme, par exemple, le bruit de rotation des pales. La station d'observation du son comprend une horloge de datation reliée au calculateur 41 pour dater les mesures de niveau sonore effectuées, et ceci par rapport à un même référentiel de temps pour toutes les stations d'observation. Ce référentiel de temps doit pouvoir être mis en correspondance avec le référentiel de temps servant aux mesures de position des véhicules observés. Cette horloge peut être un récepteur de l'heure émise 43 par une horloge atomique telle que celle qui est située à Francfort et qui émet le temps par voie hertzienne. La position de la station d'observation est connue lors de son installation sur le site d'observation, elle peut être fournie au calculateur 41 par une saisie à l'aide d'un clavier 44. Cette saisie peut être avantageusement évitée en équipant la station d'observation 34 d'un dispositif 45 de localisation DGPS équivalent au sous-équipement de localisation 6 déjà décrit pour le dispositif embarqué à bord d'un véhicule observé. Un tel dispositif réalise de plus ladite horloge de datation, et permet d'enlever le récepteur d'heure 43. La station d'observation du son 30 émet sur le réseau téléphonique 32 des informations indiquant sa position et des informations de niveaux sonore datées à l'aide du modem 42. La station d'observation du son est de préférence compacte et facilement déplaçable, elle est par exemple contenue dans une mallette portable par une seule personne, pour permettre une installation rapide et peu gênante en un lieu où l'on souhaite analyser la nuisance due au passage de véhicules aériens. Ce lieu peut être un appartement dont les habitants se plaignent de nuisance sonore, ou plus précisément une des pièces de l'appartement comme par exemple une chambre à coucher ou un bureau. Chaque station d'observation du son 30 est connectée par une ligne téléphonique au dispositif d'interface 33 entre le réseau téléphonique 32 et le réseau du serveur de données 31. Ce dispositif 33 formate les informations en provenance de plusieurs lignes téléphoniques, et ayant éventuellement transité sur des distances importantes, en des informations transportables sur le réseau 31 reliant le serveur de données 35 à la station de suivi et d'analyse 36 permettant d'exploiter les données collectées par les stations d'observation du son et la station d'observation de trajectoire. La station d'observation de trajectoire 34 est directement reliée au réseau 31 du serveur de données, elle comprend un modem radio recevant les informations émises par le sous-équipement d'émission 8 de chacun des véhicules observés, et un calculateur mettant ces informations au format du réseau 31 du serveur de données. Le serveur de données 35 regroupe les informations émises par les stations d'observation. Un dispositif d'archivage peut lui être associé pour stocker, à la demande, les informations de certains véhicules ou de certaines plages horaires. Dans la mesure des capacités de ce dispositif d'archivage des informations sur plusieurs jours voire plusieurs semaines peuvent être stockées systématiquement pour un système selon l'invention destiné à la surveillance du voisinage d'un héliport permettant par exemple de détecter et d'identifier des véhicules ne respectant pas les réglementations de vol relatives aux nuisances sonores. Le serveur de données 35 distribue les informations collectées à destination de la station de suivi et d'analyse 36 sur le réseau 31. La station de suivi et d'analyse est représentée sur la figure 5, elle comprend une station de suivi 51 connectée à deux consoles de visualisation, 52 et 53, et un centre d'analyse 54. Une console unique peut être utilisée, avec un système de fenêtrage, à la place des deux consoles, pour visualiser à la fois les paramètres de bruit et les paramètres de trajectoire ayant donné lieu à ce bruit. La station de suivi 51 est un calculateur permettant un traitement immédiat comme par exemple la présentation sur la console de visualisation 52 de l'évolution de la trajectoire des véhicules observés pendant la campagne de mesures, et un traitement différé comme par exemple la présentation des résultats de mesures archivés. La seconde console de visualisation 53 permet la présentation d'une cartographie sonore ou, par exemple sur un fond de carte représentant la zone d'étude, les stations d'observation du son, sont indiquées chacune à son emplacement par un symbole, et les niveaux sonores mesurés par chacune de ces stations sont représentés à l'aide d'un code de couleur tel que le niveau sonore correspondant au bleu est inférieur à celui correspondant au rouge. Cette cartographie sonore évolue avec le déplacement du véhicule observé dans la zone d'étude, en particulier dans le cas d'une propagation sonore sans obstacles, à chaque instant d'observation le niveau sonore le plus élevé correspond à la station d'observation du son la plus proche du véhicule à cet instant et si les stations d'observation du son sont disposées le long de la trajectoire du véhicule, le niveau sonore le plus élevé semble suivre le véhicule. La présentation des mesures de niveau sonore dans les sousbandes de fréquence du traitement de signal des stations d'observation du son peut faire l'objet de cartographies sonores distinctes si l'on souhaite étudier séparément les nuisances dans ces différentes sous-bandes de fréquence, mais elle peut être réalisée sur la carte sonore précédemment décrite à l'aide d'un code de couleur plus riche ou bien à l'aide de plusieurs symboles colorés, un par sous-gamme, juxtaposés au voisinage du symbole de la station correspondante. La figure 6 est une représentation de carte sonore pour trois sous-bandes d'analyse B1, B2, 83 de fréquence pour chacune des trois stations d'observation 60, 61 et 62 particulièrement simple où la couleur n'est pas nécessaire et où un niveau sonore est représenté par un index dans une colonne des niveaux sonores possibles. Une telle représentation est plus adaptée à un petit nombre de stations d'observation du son. Si les stations d'observation sont nombreuses sur la zone d'étude, la cartographie sonore peut donner un effet de continuité des mesures sur toute la surface d'étude en interpolant spatialement les mesures de chaque bande de fréquence entre les stations d'observation de façon à représenter des lignes de même niveau sonore pour chaque bande de fréquence. Lorsque le véhicule observé se déplace, ces lignes de niveau se déforment. Le centre d'analyse 54 est un calculateur dédié à l'analyse statistique des données collectées par le système. II permet de corréler les informations de trajectoire et les informations de niveaux sonores et en particulier, de recenser les trajectoires les moins pénalisantes pour des stations d'observation sélectionnées. L'étude des différentes sous-bandes de fréquence peut conduire à des traitements ponctuels de la nuisance sonore par des dispositifs acoustiques adaptés à une bande de fréquence et une optimisation de la trajectoire au sens d'une moindre nuisance dans une autre bande de fréquence. Dans une variante de la réalisation préférée décrite ci-dessus, les informations de mesures de position du véhicule et les instants de mesure de ces positions sont enregistrés à bord du véhicule observé, dans une mémoire de masse non volatile amovible (magnétique comme une disquette ou électronique). Cette disposition permet de s'affranchir du sous-équipement d'émission 8 du dispositif embarqué à bord d'un véhicule observé et de réaliser des traitements en différé. La disquette, facilement transportable, est préparée au sol, puis embarquée à bord de l'aéronef pour recueillir les mesures de trajectoire temporelle; elle est ensuite acheminée en fin de campagne de mesures jusqu'à une station d'observation de trajectoire qui se différencie de la station 34 déjà décrite par un lecteur de disquette permettant de recevoir les informations enregistrées à bord du véhicule au lieu du modem radio déjà décrit. De même, les mesures de niveau sonore et les instants de ces mesures peuvent être enregistrés au niveau de chaque station d'observation du son, de préférence sur une disquette. Cette disposition conduit à une variante du système selon l'invention sans connexion au réseau téléphonique 32, le modem 42 étant alors remplacé par un enregistreur de disquette et le dispositif d'interface 33 étant remplacé par un dispositif de lecture de disquette et de mise des informations au format du réseau 31 du serveur de données. Les traitements sont alors effectués en différé. REVENDICATIONS 1. Système d'analyse du bruit provoqué par le passage de véhicules aériens aux environs d'une zone d'analyse, caractérisé en ce qu'il comporte: - des dispositifs de mesure de niveau sonore répartis dans la zone d'analyse, comprenant des moyens pour fournir périodiquement des mesures de niveau sonore et une information sur les instants de ces mesures définis par rapport à une référence de temps; - un récepteur de positionnement par satellites embarqué sur le véhicule aérien pour fournir des informations de mesures de la position dudit véhicule et d'instants de mesure de ces positions, les instants de mesure étant définis par rapport à la même référence de temps que ceux des mesures de bruit; - des moyens de stockage des mesures de bruit et des instants de ces mesures; - des moyens de stockage des mesures de position du véhicule aérien et des instants de ces mesures; - et des moyens de traitement d'information pour traiter les mesures de bruit et les informations de position en vue de présenter à un utilisateur des nuisances sonores en relation avec des trajectoires de véhicules aériens. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau sonore mesuré est la puissance sonore globale dans la bande audible. 3. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que le niveau sonore mesuré est la puissance sonore dans une ou plusieurs bandes spectrales à l'intérieur de la bande audible. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la référence de temps des mesures de niveau sonore est donnée par un récepteur de positionnement par satellites associé à chaque dispositif de mesure de niveau sonore. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la référence de temps des mesures de niveau sonore est donnée par un récepteur radio associé à chaque dispositif de mesure de niveau sonore, ce récepteur radio recevant des informations de temps universel. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système comporte en outre une station au sol de calcul des corrections de position et des moyens d'émission de ces corrections à destination des véhicules aériens. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les mesures de niveau sonore et les instants de ces mesures sont transmis aux moyens de stockage et aux moyens de traitement d'information par un réseau de communications accessible au public, de préférence le réseau téléphonique. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les moyens de stockage des mesures de bruit et des instants de ces mesures sont portables et sont placés à l'endroit des dispositifs de mesure de niveau sonore. 9. Système selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens embarqués dans le véhicule aérien pour fournir des informations d'attitude dudit véhicule. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens embarqués dans le véhicule aérien pour fournir des informations d'accélération dudit véhicule. 11. Système selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens embarqués dans le véhicule aérien pour fournir des informations d'identification dudit véhicule. 12. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les informations de mesures de position du véhicule aérien et les informations d'instants de ces mesures sont transmises par radio aux moyens de stockage des mesures de position du véhicule aérien et des instants de ces mesures. 13. Système selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens de stockage des mesures de position du véhicule aérien et des instants de ces mesures sont portables et sont embarqués à bord dudit véhicule. 14. Système selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les dispositifs de mesure de niveau sont contrôlables à distance. 15. Système selon l'une des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que chaque dispositif de mesure de niveau de niveau sonore comporte des moyens d'analyse du signal acoustique permettant d'effectuer des calculs préalables pour limiter la quantité d'informations transmise aux moyens de stockage et aux moyens de traitement d'information.