Brevet FR2904720A1 — publié le 20080208

--> La présente invention concerne un système de télépéage sans barrières, connu sous l'appellation free flow (passage libre), pour équiper les gares de péage des autoroutes, et ne nécessitant pas le ralentissement des véhicules, par comparaison avec les systèmes de télépéage actuellement répandus, de franchissement à vitesse réduite. Un tel système améliore la fluidité du trafic. On connaît déjà divers systèmes free flow. Par exemple, le projet Toll collect recourt à une approche globale et utilise les systèmes GPS (global positioning System), GSM (global System mobile) et DSRC Infrarouge (DSRC : Dedicated Short Range Communications) pour identifier et relever les trajets des véhicules. Les véhicules comportent un équipement (OBU, on board unit-unité à bord) identifiée par positionnement satellite et communication GSM. Le projet London charging recourt à une approche locale, en utilisant des systèmes de capture et d'analyse vidéo réalisées à partir de caméras réparties sur une zone à taxer en divers points de passage ou gares. Les véhicules sont identifiés par reconnaissance vidéo, selon une technique comparable à celle utilisée pour les contrôles de vitesse. Dans un système de télépéage ordinaire, les véhicules sont équipés d'un badge "liber-t", apposé contre le pare -brise des véhicules, le badge étant repéré par le système au passage des véhicules ici effectué au ralenti et la balise du système relève l'identité du badge par radio. C'est à une combinaison de ces deux dernières approches que fait appel la présente invention. A une gare de télépéage sans barrières, la route d'accès et de franchissement doit comporter une chaussée de largeur ordinaire, présentant plusieurs voies de circulation parallèles pour permettre le passage simultané de plusieurs véhicules, et le système de télépéage doit être équipé de plusieurs balises radio de télépéage montées côte à côte -->sur un portique enjambant la chaussée, chaque balise scrutant une voie de circulation. Une telle gare de télépéage présente l'avantage de permettre de sauvegarder la fluidité du trafic. Il est possible également de multiplier le nombre des gares en n'importe quel endroit du réseau routier sans inconvénient. Mais sa mise en œuvre n'est pas simple. Actuellement, il est difficile de détecter et d'identifier des véhicules empiétant deux voies de circulation adjacentes ainsi que des véhicules en situation de fraude alors que plusieurs véhicules peuvent se présenter de front. Comme types de fraude, on peut citer un badge déclassé, un badge périmé, voire l'absence de badge. Le système de télépéage doit être aussi en mesure de fournir les moyens de caractériser le type de fraude ou de dysfonctionnement. La demanderesse a recherché une solution capable de résoudre ces difficultés et c'est ainsi qu'elle propose son invention. Ainsi, la présente invention concerne un système de télépéage sans barrières pour chaussée présentant plusieurs voies de circulation parallèles et de même sens, le système de télépéage étant caractérisé par le fait qu'il comporte des balises radio, montées côte à côte transversalement à la chaussée, des caméras vidéo associées aux balises radio, des moyens de détection des véhicules et des moyens de contrôle agencés pour coordonner le fonctionnement des moyens de détection, des balises et des caméras. Les moyens de détection détectent le passage des véhicules, alertent les moyens de contrôle, après avoir détecté la présence et la classe des véhicules, et les moyens de contrôle coordonnent le fonctionnement des balises radio et le repérage correspondant des images caméra. Ainsi on peut identifier le badge du véhicule par radio, corréler cette identification du badge avec les images et la classe du véhicule et ainsi vérifier la présence, la validité ou le bon fonctionnement du badge. De préférence, les caméras sont des caméras infrarouge, de façon à éviter tout risque d'éblouissement des conducteurs des véhicules, et les -->moyens de détection comprennent un détecteur laser qui permet en outre de mesurer le gabarit et la vitesse des véhicules qu'il détecte. De préférence encore, les balises sont des balises directionnelles, et les lobes de couverture de deux balises radio adjacentes se chevauchent sur une fraction prédéterminée de la longueur totale de chaque lobe, ce qui permet de détecter et d'identifier aussi les badges circulant à mi-distance de deux balises adjacentes. Avantageusement, les moyens de contrôle alternent le fonctionnement des balises de façon à pouvoir assurer l'identification des véhicules sans risque d'interférences entre deux balises adjacentes. Dans la forme de réalisation préférée du système de l'invention, le système comporte deux groupes de balises entrelacés spatialement et alternés temporellement. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence au dessin annexé sur lequel : la figure 1 illustre, sur une vue de dessus d'une gare de télépéage, l'implantation du système selon l'invention, la figure 2 représente un chronogramme de fonctionnement des balises et des caméras du système de l'invention, la figure 3 représente un schéma par blocs fonctionnels du contrôleur de balises selon le système de l'invention, la figure 4 est une table de vérité du fonctionnement logique du contrôleur de la figure 2 et la figure 5 est un exemple particulier de l'utilisation de la table de vérité de la figure 3. Comme représenté sur la figure 1, la gare de télépéage free-flow est installée ici sur un tronçon 3 de chaussée d'autoroute. Elle comporte un premier et un deuxième portiques 1 et 2 distants ici d'une douzaine de mètres dans la direction d'écoulement du trafic et s'étendant sur toute la largeur de la chaussée. L'autoroute 3 comporte ici trois voies de -->circulation parallèles figurées par trois flèches en amont et en aval de la gare de péage, mais il pourrait y en avoir un nombre différent. Les véhicules automobiles A, B, C, ... (non représentées) peuvent circuler sur le tronçon 3 sans réduction de leur vitesse V dans le sens des flèches orientées vers l'aval, sous les portiques 1 et 2. Le premier portique 1 supporte les détecteurs laser 5, noté aussi L, balayant transversalement le tronçon 3 pour détecter le passage des véhicules A, B, C, ..., mesurer leur vitesse Va, Vb, Vc, ..., leur position transversale D sur la chaussée et aussi leur classe (gabarit) : longueur La, Lb, Le, ..., largeur la, lb, le, ..., et hauteur, ha, hb, hc, .... Les principes de télémétrie utilisant de tels détecteurs sont connus de l'homme du métier, que ce soit dans le cadre de la métrologie dimensionnelle ou de la mesure des vitesses (cinémométrie). Le second portique 2 supporte, transversalement disposées, P (ici cinq) balises radio 6 régulièrement espacées notées Bi (i étant un entier de l'ensemble des entiers 1 à P), et P caméras vidéo infrarouge 7 notées Ci. Les caméras 7 ont leur plan focal 9 en sortie du premier portique 1 et enregistrent des images des véhicules situés dans ce plan 9 et dans leur champ de vision comme il va être indiqué ci-dessous. Dans l'exemple de la figure 1, P est donc égal à 5, c'est-à-dire un nombre supérieur à celui des voies de circulation, pour des raisons qui apparaîtront plus loin. Les balises radio 6 sont des balises de télépéage ordinaire, couvrant chacune une petite partie de la chaussée du tronçon 3 selon un lobe 8, la totalité du tronçon 3 étant couverte par les cinq lobes 8 des cinq balises. Elles permettent d'effectuer des transactions avec les badges de télépéage embarqués dans les véhicules selon la technologie DSRC (Dedicated Short Range Communication) autour des 5,8 Giga Hertz. Notamment, une balise 6 reçoit, d'un véhicule A, B, ou C en cours de franchissement de la gare de péage et à condition qu'il soit à sa portée, des données d'information concernant l'identité, les caractéristiques -->(notamment le gabarit) et le trajet effectué par le véhicule sur l'autoroute, notamment sa gare d'entrée. Les balises radio 6, comportant des antennes directionnelles, rayonnent selon les lobes 8 qui sont sensiblement des cônes et dont on peut représenter la trace au sol par des surfaces quasi-elliptiques 8. Il est difficile de faire en sorte que l'ensemble des surfaces 8 couvre exactement le tronçon 3. On ne peut non plus admettre de zones non couvertes. D'un autre côté, on ne peut pas faire fonctionner deux balises 6 en même temps sur une même zone sans risque d'interférences radio. Ici, on a donc disposé suffisamment de balises radio 6 pour que les surfaces 8 se chevauchent, transversalement, sensiblement sur un tiers de leur largeur de chaque côté et sensiblement sur une fraction F de la longueur totale de chaque lobe, fonction de la forme des lobes, par exemple 50%. Ce chevauchement permet, comme on le verra plus loin, de détecter et d'identifier les badges circulant à mi-distance de deux balises adjacentes. De plus, on a divisé transversalement le tronçon 3 en Q zones d'égales largeurs, excepté celles situées en bordure de chaussée, de largeur double des précédentes. Les zones sont alternativement couvertes par une ou deux balises 6, et seront désignées Zk (k appartenant à l'ensemble des entiers de 1 à Q) dans la suite du texte. Ici on a choisi Q égal à neuf. Chaque zone Zk a une largeur sensiblement égale au tiers de la largeur d'une surface elliptique 8, sauf les zones Zl et Z9 situées en bordure de chaussée, sensiblement égales aux deux tiers de cette largeur. Les trois zones Zk couvertes par une balise Bi 6 sont dans le champ de sa caméra Ci associée 7. Les balises 6 sont fonctionnellement regroupées en deux groupes Gl et G2, le premier groupe Gl étant constitué des balises d'indice impair Bl, B3, B5, et le second groupe, des balises d'indice pair B2 et B4. Les positions spatiales des balises 6 de ces deux groupes sur le portique 2 sont alternées ou entrelacées. -->Au passage d'un véhicule, les balises fonctionnent alternativement par groupe, G2 puis Gl, puis G2, puis Gl, à chaque fois pendant une durée T, et le véhicule roulant à la vitesse V, ces durées successives T correspondent à des distances parcourues dj successives et sensiblement égales à V.T. Les échanges radio entre deux balises adjacentes Bi et le badge d'un véhicule sont ainsi effectués, en référence à la figure 2, selon un processus de type à partage de temps TS (ou Time Sharing), les intervalles de temps T constituant des "times slots" se terminant à des instants tj à partir de l'instant to de déclenchement des balises 6. Ici, compte tenu du choix de T, au passage d'un véhicule, il y a quatre time slots, mais il est possible d'en avoir un nombre plus élevé. Le détecteur laser 5, les balises radio 6, via un controller de balises, et les caméras associées 7 sont électriquement reliés à un contrôleur électronique 10 appelé contrôleur de portique, appelé GC (gantry Controller) comportant des moyens de contrôle agencés pour mettre en œuvre les éléments 5, 6, 7 ci-dessus, coordonner et comparer les données qu'ils délivrent, dont un superviseur 11, une horloge 12 cadençant le superviseur 11 et lui servant d'horodateur, une base de données 13 et ses interfaces 14 et 15, d'entrée et de sortie et un module logique 16 d'identification des véhicules par zone, par balise, et de gestion des communications DSRC. En référence à la figure 3, le superviseur 11 comporte un contrôleur de balise, appelé ici VBC (virtual beacon controller), un contrôleur video 112 et un contrôleur laser 113. Mais ces contrôleurs 111, 112, 113 peuvent constituer des équipements physiquement dissociés du contrôleur de portique 10 ou du superviseur 11. Le VBC 111 reçoit directement les données délivrées par les balises 6, le contrôleur video 112 reçoit les données des caméras vidéo 7 et le contrôleur laser 113 reçoit les données du détecteur laser 5. Comme moyens de contrôle supplémentaires le contrôleur 10 comporte un module 17, relié au module 16, de comparaison des données ci-dessus collectées par le superviseur 11 et un module 18, relié au module 17, de mise en forme des résultats de ces comparaisons. -->Ces résultats peuvent être exploités soit en temps réel par un module 21 d'alerte soit en différé par un module 22 de traitement de transactions, les deux modules 21, 22 étant reliés au module 18. La base de données sert à stocker temporairement les données de transactions de télépéage et les données d'images vidéo triées par date et par balises et caméras associées. Le fonctionnement du système de télépéage free flow va maintenant être expliqué à la lumière des figures 4 et 5. Au passage d'un véhicule A sous le premier portique 1, c'est-àdire à l'instant to, le détecteur laser 5 détecte son passage et alerte le contrôleur 1 13 du superviseur 1 1. Il lui transmet la vitesse Va du véhicule A, sa position transversale D sur le tronçon 3, sa hauteur ha, sa largeur La et sa longueur Lg. Le superviseur 1 1 déclenche alors, sur détection laser, le contrôleur 1 12 qui commande le fonctionnement des caméras vidéo 7 pendant un temps suffisant, compte tenu de la vitesse Va, pour enregistrer le passage complet du véhicule sur le tronçon 3, à une cadence de quarante images par seconde, et choisir parmi elles des images exploitables. Simultanément, le contrôleur 1 12 date les images ci-dessus grâce à l'horloge 12, les repère au moyen des numéros i des caméras Ci et les stocke par ordre des numéros i dans la base de données 13 grâce à l'interface d'entrée 14. Par ailleurs, sur réception de signaux d'un badge A d'un véhicule, les balises radio 6 communiquent avec le VBC 1 1 1, lequel coordonne les échanges comme suit. Les balises 6 de numéros pairs du groupe G2 (B2, B4 sur la figure 4) effectuent des échanges radio avec le badge A pendant la durée T jusqu'à l'instant tl selon la technologie DSRC. A l'instant tl, le VBC 1 1 1 interrompt les échanges radio des balises B2, B4 et déclenche ceux des balises de numéros impairs Bl, B3, B5 du groupe Gl pendant le temps T jusqu'à l'instant t2. Le même processus que celui déroulé entre les instants to et t2 est répété une seconde fois entre les instants t2 et t4. -->Le fait que le contrôleur VBC 111 alterne le fonctionnement des balises 6 paires et impaires entre les instants tl et t4 permet des échanges radio sans risque d'interférences entre deux balises adjacentes, les autres étant hors de portée radio. Au cours des time slots T, chaque balise Bi reçoit des messages Mij d'identification du véhicule A, i désignant l'indice de la balise et j, le numéro d'ordre du time slot T ou l'intervalle de temps de t j .i à t, durant lequel le message a été capté. La réception s'effectue seulement sous les trois conditions suivantes : 1) i + j est impair, 2) le véhicule A ou plus précisément son badge A est dans au moins l'une des zones Zk à portée radio d'une balise Bi, une à trois zones Zk quand A se trouve dans la fraction F, 3) Le badge A est présent et fonctionne normalement. Le module d'identification 16 reçoit les messages Mij du VBC 111, dès leur réception, leur repérage et leur datation par celui-ci. En pratique, on appliquera les règles logiques de la table de vérité de la figure 4, ce qui revient au même. La figure 4 est complémentaire du chronogramme de la figure 2 montrant l'alternance fonctionnelle temporelle des deux groupes Gl et G2. Elle montre, elle, l'entrelacement spatial des balises 6 de ces deux groupes Gl et G2, d'une part sur les zones Zk, où elles se chevauchent, et d'autre part sur les distances dj, si bien que, grâce à la table de la figure 4, la réception des messages Mij permet d'identifier Zk sans erreur. Par ce moyen., le module 16 déduit des messages Mij reçus et de ceux Mij non reçus les zones Zk parcourues par le véhicule A. Par exemple, si, comme sur la figure 4, la balise B4 a reçu un message M41 à l'instant tl et M43 à l'instant t3 tandis que la balise B3 a reçu un message M32 à l'instant t2 et M34 à l'instant t4, alors le véhicule ou le badge A parcourt la zone Z6. Si par contre la balise B4 est la seule balise à recevoir des messages, les mêmes messages M41 et M43, alors le badge A parcourt la zone Z7. -->En définitive, le message Mi(t) contient la classe Ca du véhicule, la date de fm de validité, le trajet qui vient éventuellement d'être effectué sur l'autoroute et la date de passage au péage. Il est transmis au module de comparaison 17. Sur la réception du message Mi(t), le module de comparaison 17 recherche, par l'intermédiaire de l'interface de sortie 15, les images vidéo de la caméra Ci associée à la balise Bi correspondant à l'instant tj, effectue une reconnaissance optique de l'immatriculation du véhicule A selon un algorithme du type OCR (Optical Character Récognition). Le module de comparaison 17 analyse toutes les images obtenues entre les instants t 0 et t 4 pour toutes les caméras Cl à C5 chaque fois que le détecteur 5 détecte un véhicule A. Si un numéro d'immatriculation peut être retrouvé sur les images correspondant à une caméra Ci et qu'aucun message Mi(t) n'a pu être constitué, alors le véhicule A est identifié et reconnu sans badge et il y a fraude ou panne. Par ailleurs, le superviseur 1 1 reçoit des détecteurs laser 5, la position transversale D du véhicule A et le contrôleur 1 13 en déduit les zones Zk sur lesquelles il roule, ses dimensions La, la, ha pour en déduire sa classe Ca. Le superviseur 1 1 transmet les données de classe Ca et de zones Zk occupées au module de comparaison 17. Le module de comparaison 17 peut ainsi vérifier la validité de la classe Ca dans le message Mi(t) relativement à celle du véhicule A sur les zones qu'il occupe et détecter les badges déclassés. Le module de comparaison 17 peut enfin détecter les badges périmés en comparant la date de fm de validité dans le message Mi(t) à la date que lui fournit le superviseur 1 1 et générée par l'horloge 12. Si le véhicule A change de zone Zk sur la longueur du tronçon 3, le procédé fonctionne toujours. En effet, en référence à la figure 5 qui est un extrait de la figure 4, soit il n'y a pas de changement de balise simultanément au changement de zone et tout se passe comme précédemment, soit il y a changement de balise, par exemple changement de zone de Z6 à Z7 comme sur -->l'exemple de la figure 5, entraînant un changement de balise de B3 à B4, et alors le message Mi(t) est reconstitué à partir des messages M32 et M43. Les données complémentaires du message Mi(t) issues des caméras 7 et du détecteur 5 nécessaires pour déduire les mêmes résultats de vérification ci-dessus peuvent être retrouvées par la connaissance de l'origine des messages M32 et M43, c'est-à-dire par celle des numéros i de balises 6 correspondantes. En d'autres termes, ayant divisé transversalement la chaussée en zones et - si, quand un véhicule change de zone, il y a changement de balise de transaction, - on reconstitue un message de transaction par traitement des messages de zone. Il n'y a pas non plus de difficultés particulières lorsque plusieurs véhicules A, B, C ... se présentent simultanément sous le portique 1 puisque, en partie centrale de la chaussée 3, les zones Zk ont une largeur au plus égale au tiers de la largeur d'une voie de circulation, c'est-à-dire nettement plus petite que la largeur ordinaire d'un véhicule. Par suite, deux badges de véhicules A et B se présentant de front et côte à côte sont forcément situés sur deux zones Zk différentes, au pire adjacentes, et sont donc discriminés au moins par le time slot T se terminant à l'instant tj, sinon par les balises 6 impliquées. En d'autres termes, ayant divisé transversalement la chaussée en zones et - si on détecte le passage simultané de deux véhicules, - on les discrimine soit par les balises, soit par les messages de transaction obtenus sur deux périodes (T) différentes avec deux groupes de balises différents, respectivement. Il est cependant possible qu'une même balise Bi reçoive des messages Mij de deux véhicules différents A et B dans le même time slot. -->Ce cas se produit lorsque le badge du véhicule A étant sur une zone Zk, celui du véhicule B se trouve simultanément sur la zone Zk+2, les deux zones se trouvant dans le lobe 8 d'une des balises B2, B3, ou B4. Le module de comparaison 17 transmet ses résultats au module 18 qui les met sous forme de messages formatés selon les souhaits des destinataires ici de deux sortes : messages d'alerte pouvant être traités en temps réel tels que infractions de vitesse ou fraudes, et messages de transactions ordinaires pour paiements automatisés des péages, messages de demande de traitements différés nécessitant une intervention humaine tels que recherches de numéros d'immatriculation ou de propriétaires de véhicules. Dans le premier cas, le module 18 transmet les messages au module 21 qui les émet vers les services automatiques. Dans le second cas, il les transmet au module 22 pour diffusion vers les différents destinataires concernés par les recherches. On a jusqu'ici décrit un système de télépéage destiné à être implanté à une gare de péage d'une chaussée routière, en pratique autoroutière, et qui comporte des moyens - portiques de détection de véhicules, portique support de caméras et balises radio de transaction -, ces moyens mettant finalement en œuvre les étapes d'un procédé de télépéage que la demanderesse entend également revendiquer. L'invention concerne donc encore un procédé de télépéage pour véhicules à une gare de péage d'une chaussée présentant plusieurs voies de circulation parallèles et de même sens, dans lequel - on détecte le passage des véhicules et on les identifie, - on prend des vues des véhicules, - on entame des transactions avec les véhicules au moyen de leurs badges et de balises radio, -->- les balises étant organisées en groupes qu'on fait fonctionner à l'alternat, depuis les instants où on détecte le passage des véhicules et tant qu'ils restent à portée radio des balises, - pour éviter les risques d'interférences entre balises adjacentes et - pour déterminer les trajets des véhicules depuis les instants de détection de leur passage, - on compare les données des véhicules tirées des prises de vues et les données des transactions et - on finit les transactions, soit en procédant au péage, soit en caractérisant une fraude. De préférence, on procède à la prise de vues des véhicules aux instants de détection de leur passage, tout comme on entame les transactions aux mêmes instants. --> REVENDICATIONS 1 - Système de télépéage sans barrières pour chaussée (3) présentant plusieurs voies de circulation parallèles et de même sens, le système de télépéage étant caractérisé par le fait qu'il comporte des balises radio (6) montées côte à côte transversalement à la chaussée (3), des caméras vidéo (7) associées aux balises (6), des moyens de détection des véhicules (5) et des moyens de contrôle (11, 12, 17) agencés pour coordonner le fonctionnement des moyens de détection (5), des balises (6) et des caméras (7). 2 - Système selon la revendication 1, dans lequel la chaussée (3) étant transversalement divisée en Q zones (Zk), chaque balise radio (Bi) couvre au moins deux zones (Zk) et la caméra vidéo (Ci) associée à la balise (Bi) capte des images desdites zones couvertes (Zk) par ladite balise (Bi). 3- Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les caméras (7) sont des caméras infrarouge. 4 - Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de détection comportent un détecteur laser (5). 5 - Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel, les balises (6) radio sont des balises directionnelles et les lobes (8) de couverture radio de deux balises (6) adjacentes se chevauchent sur une fraction prédéterminée (F) de la longueur totale de chaque lobe (8). 6.- Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel les balises sont organisées en deux groupes ((BI, B3, B5) et (B2, B4)) entrelacés spatialement et alternés temporellement. 7.- Système selon la revendication 6, dans lequel les moyens de contrôle (111) alternent le fonctionnement des deux groupes de balises (6) à une période (T) suffisamment courte pour que toute balise (6) fonctionne au moins deux fois pendant le passage d'un véhicule depuis -->sa détection par les moyens de détection et tant qu'il reste à portée radio des balises. 8.- Procédé de télépéage pour véhicules à une gare de péage d'une chaussée présentant plusieurs voies de circulation parallèles et de même sens, dans lequel - on détecte le passage des véhicules et on les identifie, - on prend des vues des véhicules, - on entame des transactions avec les véhicules au moyen de leurs badges et de balises radio (6), - les balises (6) étant organisées en groupes qu'on fait fonctionner à l'alternat, depuis les instants où on détecte le passage des véhicules et tant qu'ils restent à portée radio des balises, - pour éviter les risques d'interférences entre balises adjacentes et - pour déterminer les trajets des véhicules depuis les instants de détection de leur passage, - on compare les données des véhicules tirés des prises de vues et les données des transactions et - on finit les transactions, soit en procédant au péage, soit en caractérisant une fraude, ou une panne. 9.- Procédé selon la revendication 8, dans lequel on procède à la prise de vues des véhicules aux instants de détection de leur passage. 10.- Procédé selon l'une des revendications 8 et 9, dans lequel - on divise transversalement la chaussée en zones et - si, quand un véhicule change de zone, il y a changement de balise de transaction, - on reconstitue un message de transaction par traitement des messages de zone. -->I - Procédé selon l'une des revendications 8 à 10, dans lequel - on divise transversalement la chaussée en zones et - si on détecte le passage simultanément de deux véhicules, - on les discrimine soit par les balises, soit par les messages de transaction obtenus sur deux périodes (T) différentes avec deux groupes de balises différentes, respectivement.