Brevet FR2888940A1 — publié le 20070126

SYSTEME DE LOCALISATION PAR UTILISATION COMBINEE DE MESURES DE PRESSION ATMOSPHERIQUE ET D'ANALYSE DE RECEPTION D'ONDES ELECTROMAGNETIQUES. La présente invention concerne un système de localisation utilisant conjointement des mesures de pressions atmosphériques et l'analyse de réception d'ondes électromagnétiques. Aujourd'hui pour localiser une personne ou un objet, on peut utiliser un système GPS qui permet d'obtenir une localisation à quelques mètres prés. Cependant cette localisation est relativement peu efficace dans les bâtiments, notamment dans des bâtiments comportant plusieurs niveaux. On peut remédier à ces inconvénients par d'autres procédés de localisation qui utilisent un réseau d'émetteurs / récepteurs fixes ayant une portée radio permettant un maillage d'un espace donné. La difficulté de mise en oeuvre de tels dispositifs réside dans le nombre important de d'émetteurs / récepteurs nécessaires pour équiper correctement un bâtiment et/ou la difficulté de discriminer le positionnement vertical en particulier dans les bâtiments comportant plusieurs étages. La présente invention concerne un système de localisation comprenant au moins un réseau de dispositifs fixes dans un référentiel cartésien donné, au moins un ou plusieurs dispositifs portatifs pouvant communiquer avec ces dispositifs fixes et au moins un dispositif s'interfaçant avec le réseau utilisé par les dispositifs fixes restituant le résultat de la localisation des dispositifs portatifs à un opérateur ou une entité externe. Deux principes de réalisation sont possibles selon les contraintes économiques de mise en uvre du système. Dans le premier principe l'infrastructure constituée par les dispositifs fixes est importante, dans ce cas on cherchera à minimiser le coût de ceux-ci par exemple en distinguant plusieurs types de dispositifs fixes, certain ne comportant qu'un émetteur d'autre comportant un émetteur / récepteur. Les dispositifs portatifs de façon autonome: - élaborent des mesures de pression atmosphérique qui compensées en température permettent d'obtenir une altitude assez précise, - réalisent une analyse la réception des ondes électromagnétiques échangées entre eux et les dispositifs fixes et - transmettent ces mesures avec leur identifiant unique afin de permettre au système de déterminer leur coordonnées dans les trois dimensions du référentiel cartésien donné. Dans le second principe le coût de l'infrastructure constituée par les dispositifs fixes est moins important que le coût des dispositifs portatifs mis en uvre. Les dispositifs portatifs sont alors simplifiés et ne comportent en outre de la fonction de mesure de pression qu'un simple émetteur. Les dispositifs portatifs élaborent de façon autonome des mesures de pression atmosphérique qui compensées en température permettent d'obtenir une altitude assez précise et transmettent ces informations par radio avec leur identifiant unique. Les dispositifs fixes analysent la réception des ondes électromagnétiques échangées entre eux et le dispositif portatif et transmettent, avec les mesures de pressions et l'identifiant unique transmis par le dispositif portatif, ces mesures afin de permettre au système de déterminer les coordonnées du dispositif portatif dans les trois dimensions du référentiel cartésien donné. Un exemple d'application de ce second principe de réalisation est donné et commenté en figure 9. Cette invention trouve particulièrement son application dans le domaine de la protection des personnes fragiles (malades, personnes âgées, personnes handicapées) ou en situation de détresse (travailleurs isolés, personnels d'établissements de soins, d'établissements psychiatrique notamment) afin d'informer qui de droit sur le lieu d'où est généré l'appel ou l'alerte. Cette invention trouvera également son application dans la localisation d'équipements, de conteneur, de chariots de transport, de dispositifs mobiles évoluant dans des bâtiments (par exemple le matériels médicaux mobiles d'un établissement hospitalier), mais de par son universalité ne pourrait être limité à ces applications. De ce fait, cette invention constitue une solution innovante, efficace et robuste pour corriger les faiblesses en matière de localisation des systèmes existants. Un exemple élémentaire de mise en uvre, illustré par la figure 1, est un système comprenant. - un dispositif portatif (1), dénommé badge par la suite, qui est porté par une personne ou fixé à un objet, - cinq dispositifs fixes (2) communiquant avec le badge dénommés bornes par la suite et réparties sur les trois étages du bâtiment(3) et - un dispositif connecté au réseau radio utilisé par les bornes, dénommé centrale par la suite (4), qui restitue la localisation du badge à un opérateur. La figure 2 détaille la structure du calculateur embarqué dans le badge. Le badge dispose d'une alimentation électrique autonome (6), d'un microcontrôleur (3) qui entre autre permet l'acquisition et le traitement d'un capteur de pression atmosphérique (5) compensé en température. Afin d'éliminer les erreurs induites par les variations des conditions météorologiques, la mesure de pression atmosphérique est exploitée en relatif par rapport aux mesures réalisées par des capteurs de pressions situés dans des points fixes dans le bâtiment. Le badge dispose également d'un émetteur / récepteur radio (2) et d'une antenne (1) qui lui permettent de communiquer avec les bornes. De plus, ce badge dispose en interne d'un identifiant unique contenu dans la mémoire (4) et associé au porteur, qui est utilisé lors de la communication avec les bornes. Le microcontrôleur (3) analyse les échanges radio avec les bornes afin de déterminer une position relative du badge vis à vis de celles-ci. Régulièrement une communication est établie entre ce badge et les bornes qui sont à portée radio. Cette communication est établie en utilisant des émissions radio de puissances étagées et/ou des mesures de niveaux radio reçus. Ces échanges permettent de définir une première estimation du volume dans lequel le badge se situe au moment de la communication. Par exemple une réception forte d'un signal qui a été émis avec une puissance faible indique une grande proximité entre le badge et la borne impliquée dans ces échanges radio. Le résultat de l'analyse de ces échanges radio et les mesures de pression atmosphérique est sauvegardé en mémoire (4) qui contient par ailleurs l'identifiant unique du badge. Selon les besoins, l'ensemble de ces données (pression, radio, identifiant unique) est transmis vers la centrale via le réseau utilisé par les bornes. Le badge transmet en outre de ces données de localisation, les informations spécifiques à une application pour laquelle il est mis en uvre, qui coexiste et utilise les informations de localisation, mais qui n'est pas l'objet de l'invention, dénommée application externe par la suite. La figure 3 représente les traitements réalisés. Le badge (1) effectue des traitements (2) correspondant à une application externe. Dans le cadre du système objet de l'invention, le badge élabore: - une mesure de la pression atmosphérique (3) compensée en température, - une analyse de ses échanges radio avec les différentes bornes (4), et transmet par radio (6) ces mesures avec son identifiant unique (5) quand sa localisation est souhaitée par le système. Les bornes (7) communiquent par radio (8) avec les différents badges qui sont à porté radio en appliquant des règles d'émission (9) cohérentes avec l'analyse des échanges radio conduite par les badges. Elles peuvent par ailleurs assurer une partie des traitements (10) de l'application externe. La centrale (11) collecte par radio (12) via les différentes bornes (7) les données de localisation de chaque badge. Ces données sont exploitées par la centrale qui détermine les localisations des badges (13) et les restitue via une interface homme machine (16) à l'opérateur et/ou à un autre équipements externe utilisant l'interface (15) d'entrée/sortie. En décodant l'information caractéristique de chaque émetteur/récepteur constituant son identifiant unique transmis dans la trame, cette localisation est associée au porteur du badge et lui seul. Cette localisation ainsi déterminée peut être, en cas de besoin, associée aux données traitées et élaborées par 5 l'application externe (14). La figure 4 représente un exemple de structure de trame radio (1) utilisée dans la communication entre un badge et une borne. Les données utiles sont encapsulées dans une trame radio permettant une communication asynchrone entre un badge et une borne qui comporte un entête (3) assurant la synchronisation et l'adressage et qui se termine par un CRC'(8) permettant au récepteur de vérifier que les données n'ont pas été altérées lors le transmission. Dans cet exemple de structure on trouve dans l'ordre l'identifiant unique du badge (4), une mesure de la pression atmosphérique (5), les mesures de réceptions radio (6) permettant par la suite l'élaboration de la position du badge; suivent les données (7) relatives à l'application externe mise en oeuvre dans le badge. Il doit être noté que cet ordre n'est donné ici qu'à titre indicatif et qu'il est bien sûr possible de transmettre ces informations dans n'importe quel ordre, des les mixer entre-elles, voir d'effectuer un chiffrement de tout ou partie de ces données afin d'en assurer leur confidentialité. Un exemple pratique de mise en uvre de cette invention est un système d'appel de détresse utilisé par le personnel d'un établissement de soins psychiatrique est illustré par la figure 5. Le système comprenant autant de badges que de personnes ayant à intervenir dans l'établissement psychiatrique, chaque badge comporte un identifiant unique qui est associé à son porteur au niveau d'une base de données. Le badge est utilisé lors de l'accès à l'établissement par le personnel afin d'enregistrer le début de leur vacation et à la sortie pour enregistrer la fin de celle-ci. Il est également possible d'utiliser le badge comme contrôle d'accès. En cas de détresse le porteur du badge (1) déclenche un appel ou une alerte (2) en actionnant un mécanisme (qui est dans cet exemple deux simples boutons poussoir). A la suite de cette action le badge élabore une mesure de la pression atmosphérique (3) et analyse (4)les échanges radio avec les différentes bornes avoisinantes (7) qui sont à portée radio. Ces bornes appliquent lors des échanges radio (8) avec le badge des règles d'émission (9) cohérentes avec l'analyse des échanges radio conduite par celui-ci. Les bornes effectuent par ailleurs les traitements qui leur sont dédiés dans le cadre de l'application d'appel de détresse personnel (10). Les informations de localisation élaborées par le badge (1) sont ensuite transmises par radio (6) à destination de la centrale (11) dans une trame d'alerte avec l'identifiant unique du badge (5) et la nature de l'alerte. Cet acheminement en fonction de la topologie des différentes couvertures radio des bornes est assuré de bornes en bornes et/ou directement vers l'émetteur / récepteur radio de la centrale (12). Les données de localisation issues de la trame d'alerte sont exploitées par la centrale qui détermine la localisation du badge (13) et la restitue via une interface homme machine (16) à un opérateur. L'identifiant unique du badge (5) transmis dans la trame d'alerte permet à la centrale qui dispose d'une table de correspondance identifiants uniques - personnels' d'associer l'alerte au porteur du badge et lui seul. En fonction de la nature de l'alerte, la centrale déclenche (14) les mécanismes (alarmes, mise en sécurité) et diffuse les informations adéquates vers différents périphériques (téléphones mobiles ou fixes, terminaux connectés à un réseau d'entreprise, ...) (17). Un signal d'acquittement est élaboré (14) et transmis par radio (12) vers le badge (1). Un autre exemple de mise en uvre de cette invention est un système d'appel de détresse utilisé par du personnel industriel évoluant dans un environnement potentiellement dangereux est illustré par la figure 6. Le badge (1) effectue des mesures de paramètres physico-chimiques issus des capteurs embarqués (2bis), par exemple la teneur en CO, en CH4 et en 02, les seuils et ratios caractéristiques d'une situation critique sont mémorisés au niveau du badge qui régulièrement s'assure que ceux-ci ne sont pas dépassés ou atteints (2). Outre la possibilité d'émettre comme dans l'exemple précédent une alerte par une action volontaire (appui sur bouton), l'analyse régulière des paramètres physico-chimiques critiques constitue une protection additionnelle du travailleur. En cas de situation critique le badge déclenche une alerte (2) et élabore une mesure de la pression atmosphérique (3) et analyse (4) les échanges radio avec les différentes bornes avoisinantes (7) qui sont à portée radio. Ces bornes appliquent lors des échanges radio (8) avec le badge des règles d'émission (9) cohérentes avec l'analyse des échanges radio conduite par celui-ci. Les bornes effectuent par ailleurs les traitements qui leur sont dédiés dans le cadre de cette application de surveillance et peuvent adjoindre des mesures et des traitements complémentaires (10). Les informations de localisation élaborées par le badge (1) sont ensuite 40 transmises par radio (6) dans une trame d'alerte, à destination de la centrale (11), comportant la nature de la situation critique avec l'identifiant unique du badge (5). Cet acheminement en fonction de la topologie des différentes couvertures radio des bornes est assuré de bornes en bornes et/ou directement vers l'émetteur / récepteur radio de la centrale (12). Les données de localisation issues de la trame d'alerte sont exploitées par la centrale qui détermine la localisation du badge (13) et la restitue via une interface homme machine (16) à un opérateur. L'identifiant unique du badge (5) transmis dans la trame d'alerte permet à la centrale qui dispose d'une table de correspondance identifiants uniques - personnels' d'associer l'alerte au porteur du badge et lui seul. Outre l'activation de différents périphériques externes d'alarme (14), la centrale, qui est embarquée dans un véhicule, dispose de connexion avec des réseaux de communication plus étendus et relaye (15) cette alerte vers des opérateurs distants (17) par exemple à travers une liaison GSM, GPRS ou une liaison radio vers d'autres véhicules d'intervention et informe de la prise en compte de l'alerte en activant par radio un signal lumineux au niveau du badge son porteur, l'informant de la situation critique, lui permettant ainsi d'adopter un comportement adéquat. La recherche d'un objet ou d'une personne peut être déclenchée par une source extérieure qui peut être également distante. Une requête de localisation est alors émise d'un périphérique qui est interfacé avec cette source. Ce périphérique, connecté au réseau radio utilisé par les bornes et les badges, achemine cette requête par radio vers les badges. Cette requête peut être spécifique à un badge en particulier ou à un groupe de badges ou à la totalité des badges présents dans la zone couverte par le réseau de bornes. La figure 7 illustre un exemple d'application de localisation en cas incendie. L'alarme incendie est déclenchée par un système externe (1) qui s'interface au réseau radio utilisé par les bornes (3) et qui dispose d'une fonction déclenchant des requêtes (4) de localisation vers tous les badges (2). Recevant cette requête, chaque badge (2) effectue les traitements permettant sa localisation ultérieure et les transmet sous forme d'une trame de localisation intégrant son identifiant unique (6), via le réseau radio (5) de bornes en bornes et/ou directement vers l'émetteur / récepteur radio de la centrale (7). Dans ce cas la centrale peut être un équipement fixe connecté à une borne du réseau ou un équipement portatif ayant la capacité de se connecter de lui même au réseau radio utilisé par les bornes et les badges. Dans le cadre de cette application ces requêtes de localisation ne sont émises que par des équipements clairement définis ou des périphériques radio activables par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans un support portatif du type carte à puce permettant de conserver un code et de n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. L'historique des localisations d'un objet ou d'une personne peut être conservé afin de pouvoir être exploité ultérieurement, ainsi que les requêtes de localisation (demandeur et dates d'activation). L'ensemble de ces données pouvant être protégées contre un accès non autorisé dans une mémoire protégée en accès et pouvant même être chiffrée pour garantir leur confidentialité. La fréquence de rafraîchissement de la localisation d'un badge est un paramètre qui peut être modifié par un périphérique autorisé, ainsi dans le cas de cette application, la fréquence de rafraîchissement de la localisation est transmise avec la requête de localisation et est adaptée en fonction de la situation. Cette logique de changement du comportement du badge est par ailleurs applicable aux autres traitements qu'il effectue dans le cadre d'une application spécifique quelconque. Etant donné l'importance pour la sécurité des personnes de cette application, l'ensemble des éléments assurant la liaison radio, les badges et les entités en charges du traitement de ces requêtes et de leur restitution continuent de fonctionner pendant une durée pré déterminée en cas de coupure de courant. Dans certaines applications la localisation d'un objet ou d'une personne est une donnée sensible qui ne peut être accessible que si le demandeur est lui même autorisée, celui-ci faisant par ailleurs l'objet d'une procédure d'authentification. Les échange d'information s'effectuant par radio, cette précaution se révèle insuffisante si les données transportées ne sont pas elles-mêmes chiffrées pour garantir leur confidentialité. Ainsi tout ou partie des données de la requête de localisation est donc chiffré soit par un algorithme à clés secrètes ou à clés publiques. La figure 8 illustre un exemple de mise en uvre de ces échanges chiffrés. Les trames de données échangées entre le dispositif faisant la requête de localisation, dénommé par la suite demandeur (1) et le badge qui doit être localisé (3) transite par un réseau radio (4) constitué notamment d'émetteurs / récepteurs relais dénommés bornes (2). Les échanges suivent par exemple la logique suivante. Le demandeur (1) émet vers le badge (3) via la liaison radio (4) une requête de localisation. 40 Seules les informations (5) de transport (adresse, CRC, . ..) du badge restant en clair, les autres informations contenues dans la requête étant chiffrées (6). Le badge (3) reçoit cette requête (7) et procède à son déchiffrement (8) avec le mécanisme de chiffrement pré convenu pour cet échange. Si la requête est déchiffrée, celle-ci est validée (9) par le badge qui entreprend par la suite les mesures de réception de signaux radiofréquence issus des différentes bornes et élabore une mesure de la pression atmosphérique (10). Ces mesures sont ensuite chiffrées (11) avec le mécanisme de chiffrement pré convenu pour cet échange et retournées (12) vers le demandeur qui se charge de restituer cette information selon sa propre logique de fonctionnement (15). L'information est transmise par radio (4) dans une trame où seule les informations de transport (adresse, CRC, ...) du demandeur sont en clair (13), les données contenant notamment les mesures permettant la localisation sont, quant à elles, chiffrées (14). Il est tout aussi envisageable que le badge soit instigateur de la requête de localisation tout en gardant la même logique de chiffrement. Dans ce cas la trame de requête (5) et (6) n'existe pas, et est remplacée par un événement généré en interne du badge ou suite à la détection par le badge d'un changement de son environnement particulier. Les traitements permettant la localisation ultérieure débutent à l'étape (10) et se poursuivent ensuite jusqu'à la restitution de la position du badge (15). L'activation de la localisation peut donc être protégée par un mécanisme d'authentification et la confidentialité des données échangées assurée par un chiffrement. Reste que ces données peuvent être sauvegardées en mémoire afin de pouvoir être accédées ultérieurement, ainsi il est également possible de chiffrer les données mémorisées et de ne donner accès activable par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans un support portatif du type carte à puce permettant de conserver un code et de n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. Le coût de l'infrastructure constituée par les bornes peut être 35 significativement moins important que le coût des badges mis en oeuvre qui doivent alors être simplifiés afin de réduire leur coût. La figure 9 représente les traitements réalisés. Le badge (1) effectue des traitements (2) correspondant à une application externe, élaborent des mesures de pression atmosphérique (3) compensées en température et transmettent avec leur identifiants unique (4) ces informations par radio (5). Les bornes (6) analysent les échanges radio avec chaque badge (8) et transmettent (7), avec les mesures de pressions et l'identifiant unique reçu par radio (7) de chaque badge, ces mesures à la centrale (10). Elles peuvent par ailleurs assurer une partie des traitements (9) de l'application externe. La centrale (10) collecte par radio (11) via les différentes bornes (6) les données de localisation de chaque badge. Ces données sont exploitées par la centrale qui détermine les localisations des badges (12) et les restitue via une interface homme machine (15) à l'opérateur et/ou à un autre équipements externe utilisant l'interface (14) d'entrée/sortie. En décodant l'information caractéristique de chaque émetteur/récepteur constituant son identifiant unique transmis dans la trame, cette localisation est associée au porteur du badge et lui seul. Cette localisation ainsi déterminée peut être, en cas de besoin, associée aux données traitées et élaborées par l'application externe (13). Le système peut également mettre en uvre des procédés variés pour fournir l'énergie nécessaire aux différents dispositifs le constituant. Ainsi une dispositif peut être alimenté via l'effet photovoltaïque (panneau solaire par exemple), par micro-onde, par couplage électromagnétique, par transformation d'énergie mécanique en énergie électrique (dynamo, ...), par transformation d'énergie chimique en en énergie électrique (pile, ...). REVENDICATIONS 1. Système de localisation de dispositifs portatifs, composé au moins d'un dispositif fixe et au moins d'un dispositif portatif, caractérisé en ce qu'il exploite une mesure de pression atmosphérique réalisée par le dispositif portatif combinée avec une ou des mesures de niveaux de réception d'ondes électromagnétiques échangées entre le dispositif portatif et des dispositifs fixes. 2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il permet la localisation d'un ou de plusieurs dispositifs portatifs en particulier en décodant une information caractéristique de chaque dispositif portatif dans l'émission qu'il génère. 3. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'un dispositif portatif puisse être instigateur de l'activation de la localisation, soit par l'activation volontaire de son porteur soit par l'activation d'un dispositif interne se déclenchant suite à une modification du milieu externe. 4. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la localisation d'un ou de plusieurs dispositifs portatifs peut être initiée par un dispositif externe interfacé au système et/ou un dispositif fixe et/ou un dispositif portatif. 5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le système de localisation émet vers un dispositif portatif ou un groupe de dispositifs portatifs une commande permettant d'activer ou de modifier les traitements effectués par les dispositifs portatifs. 6. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le système de localisation peut recevoir des dispositifs portatifs en outre des informations de localisation attendues des informations complémentaires générées par les dispositifs portatifs. 7. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'activation de la localisation peut être commandée à distance via un réseau de communication externe au système (réseau téléphonique, Internet, réseau local, réseau GSM,...). 8. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que les données comprenant les données de localisation peuvent être transmises sur un réseau de communication externe au système (réseau téléphonique, Internet, réseau local, réseau GSM,...). 9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les données de localisation d'un dispositif portatif sont tout ou en partie chiffrées par un algorithme à clé secrète ou à clés publiques pour en assurer leur confidentialité. 10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les données transmises avec les données de localisation d'un dispositif portatif sont tout ou en partie chiffrées par un algorithme à clé secrète ou à clés publiques pour en assurer leur confidentialité. 11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que les données comprenant les données de localisation sont mémorisées pour une exploitation ultérieure. 12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les données comprenant les données de localisation mémorisées sont tout ou en partie chiffrées par un algorithme à clé secrète ou à clés publiques pour en assurer leur confidentialité. 13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'il est activable par un secret qui peut être un mot de passe, une reconnaissance biométrique, une clé numérique sauvegardée de façon protégée dans le dispositif portatif ou un support portatif indépendant du type carte à puce ou tout autre moyen existant ou à venir permettant de conserver un code et de n'en permettre l'utilisation qu'à une personne ou un système authentifiée. 14. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 13 caractérisé en ce qu'il continu de fonctionner pendant une durée pré déterminée en cas de coupure de courant. 15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14 caractérisé en ce que ses dispositifs constitutifs tirent l'énergie nécessaire à leur fonctionnement de différents procédés effet photovoltaïque, micro-onde, couplage électromagnétique, transformation d'énergie mécanique en énergie électrique ou par transformation d'énergie chimique en en énergie électrique. 16. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 15 caractérisé en ce que les dispositifs portatifs comportent un calculateur. 17. Réseau de système de localisation selon l'une quelconque des revendications 1 à 16.