Brevet FR2945635A1 — publié le 20101119

L'invention concerne un système de positionnement d'une personne dans un lieu et trouve une application particulière pour le positionnement et le guidage d'une personne dans un bâtiment. Ce dispositif se destine tout particulièrement, mais non limitativement, aux malvoyants, afin de faciliter leurs déplacements à l'intérieur de locaux quelconques. Le domaine de l'invention est celui de la localisation et de l'aide à la navigation des piétons. Dans ce domaine, on connaît du document WO 02/055964, ou encore du document FR-2.670.004, l'utilisation de podomètres ou de divers capteurs tels que accéléromètres, gyroscopes, et magnétomètres, portés par un utilisateur, de préférence au moins en partie dans ses chaussures, afin de calculer le sens de ses déplacements et la distance parcourue, notamment par intégration de l'accélération. Ces dispositifs peuvent ainsi permettre de localiser des piétons dans un intérieur. Ces dispositifs sont toutefois sujets à des dérives et ne peuvent donner qu'une position relative. Dans le cas d'une erreur de localisation, celle-ci ne peut être corrigée. On connaît également les systèmes GPS couplés ou non avec 20 des altimètres qui permettent notamment de guider des randonneurs en extérieur. Ce système est toutefois inadapté en intérieur. Le but de la présente invention est de proposer un système de positionnement d'une personne dans un lieu, qui pallie les inconvénients précités, permettant une localisation fiable dans un bâtiment. 25 Un autre but de l'invention est de proposer un tel système permettant en outre de guider un utilisateur dans un bâtiment. Un autre but de l'invention est de proposer un tel système dont la partie du système portée par l'utilisateur ne nécessite pas de mise à jour préalable quant aux paramètres du lieu, notamment du bâtiment à l'intérieur 30 duquel l'utilisateur est guidé. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. L'invention concerne un système de positionnement d'une personne dans un lieu, tel qu'un bâtiment, comprenant : - une pluralité de transpondeurs, destinés à être encapsulés dans ledit lieu en des positions fixes, - un dispositif portatif, destiné à être porté, directement ou indirectement, par ladite personne utilisatrice, comprenant : - des moyens d'alimentation, - des moyens lecteur pour interroger à distance lesdits transpondeurs, - une centrale inertielle, - des moyens pour calculer la position courante dudit dispositif portatif à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur et 15 des mesures de ladite centrale inertielle. Si la centrale inertielle permet de suivre l'individu par le calcul de sa trajectoire, et donc de sa position à chaque instant, les transpondeurs permettent, quant à eux, de déterminer une position ponctuelle de l'utilisateur. Les transpondeurs créent donc ainsi des points de repères exacts pour le 20 système, sur lequel on peut calibrer la trajectoire donnée par la centrale inertielle, qui, du fait de la double intégration et du bruit, dérive au cours du temps. Selon les caractéristiques optionnelles avantageuses : - le système peut permettre le guidage de l'utilisateur entre la 25 position courante du dispositif portatif et une destination, ledit dispositif portatif comprenant des moyens pour donner des instructions de guidage ; - le dispositif portatif peut présenter des moyens pour choisir une destination, se présentant sous la forme d'un écran tactile ou encore d'un clavier, ou encore de moyens de reconnaissance vocale d'une interface ; 30 - lesdits moyens pour donner des instructions de guidage peuvent être du type audio, le dispositif portatif comprenant des moyens 10 d'émission sonore, tels qu'une oreillette ou un casque acoustique, lesdits moyens d'émission sonore étant reliés à ladite interface du dispositif portatif par une liaison filaire ou encore une liaison sans fil notamment du type Bluetooth ; - la centrale inertielle comprend d'une part un ou plusieurs accéléromètres, ou encore un podomètre et d'autre part, une boussole magnétique ; - lesdits transpondeurs peuvent être des étiquettes RFID (de l'anglais Radio Frequency Identification) et plus particulièrement, de préférence, des étiquettes RFID du type actif ou semi actif, lesdits moyens lecteur pour interroger à distance lesdits transpondeurs sont alors du type lecteur RFID. - ledit système peut comprendre une unité de calcul telle qu'un ordinateur, distinct dudit dispositif portatif, ladite unité de calcul présentant des moyens pour la détermination du trajet de parcours entre la position courante et la destination, l'unité de calcul, et le dispositif portatif présentant des moyens de communication bidirectionnels sans fil ; - ladite unité de calcul peut présenter lesdits moyens pour calculer la position courante du dispositif portatif à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur et des mesures de ladite centrale inertielle. De préférence, l'unité de calcul est associée au bâtiment auquel elle est intégrée, cette unité intègre les paramètres des bâtiments notamment le plan des couloirs, pièces, étages, escaliers ainsi que la position et l'identité des transpondeurs en ces lieux. Le dispositif portatif peut ainsi ne pas être dédié à un bâtiment particulier et se connecter et communiquer de manière bidirectionnelle avec l'unité de calcul d'un bâtiment pour permettre le guidage de l'utilisateur dans ce lieu, Selon un autre mode de réalisation, le dispositif portatif intègre les paramètres d'un bâtiment, qui sont enregistrés dans une mémoire du dispositif, lesdits moyens pour calculer la position courante du dispositif portatif à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur et des mesures de ladite centrale inertielle sont donc embarqués au dispositif portatif, ainsi que les moyens pour la détermination du trajet de parcours entre la position courante du dispositif portatif et la destination. L'ensemble peut être éventuellement intégré dans un même boîtier. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels : - la figure 1 est une vue illustrant un piéton utilisateur du système se déplaçant dans un bâtiment, - la figure 2 est une vue schématique partielle d'un plan d'un bâtiment dans lequel sont encapsulés, en des positions fixes, des transpondeurs notamment des étiquettes RFID, - la figure 3 est un diagramme schématique simplifié d'un procédé de guidage utilisé dans un système de positionnement et de navigation, conforme à l'invention selon un mode de réalisation, - la figure 4 est une vue de la structure du système conforme à l'invention, selon un mode de réalisation, comprenant un dispositif portatif, une unité de calcul, et des transpondeurs conformes à l'invention, - la figure 5 est une vue schématique du procédé de guidage du système conforme à l'invention tel qu'illustré à la figure 4. L'invention concerne un système de positionnement d'une personne dans un lieu, tel qu'un bâtiment. Ce système comprend : - une pluralité de transpondeurs 1, tels que notamment étiquettes RFID, destinés à être encapsulés sur ledit lieu en deux positions fixes, - un dispositif portatif 2, destiné à être porté, directement ou indirectement par ladite personne utilisatrice U, - des moyens pour calculer la position courante Pco dudit dispositif portatif à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur et des mesures de ladite centrale inertielle. Ledit dispositif portatif 2 comprend : - des moyens d'alimentation, tels que batteries, - des moyens lecteur 3 pour interroger à distance lesdits transpondeurs, notamment les étiquettes RFID, et - une centrale inertielle 4. Selon un mode de réalisation préféré, le système est un système pour le guidage de l'utilisateur entre la position courante Pco du dispositif portatif 2 et une destination D. Le dispositif portatif présente ainsi des moyens 5 pour donner des instructions de guidage. Il peut présenter, en outre, des moyens 6 pour choisir une destination se présentant, sous la forme d'un écran tactile, d'un clavier ou encore de moyens de reconnaissance vocale d'une interface 60 du dispositif portatif 2. Selon un mode de réalisation préféré, pour le guidage des 15 personnes malvoyantes, lesdits moyens 5 pour donner des instructions de guidage sont du type audio, le dispositif portatif comprenant des moyens d'émission sonore 7 tels qu'une oreillette ou un casque acoustique. Ces moyens d'émission sonore 7, peuvent être reliés à ladite interface 60 du dispositif portatif par une liaison filaire, ou encore par une liaison sans fil 20 connue sous l'appellation Bluetooth. Le procédé général d'un système de positionnement et de navigation, conforme à l'invention, est illustré à la figure 3. Ce fonctionnement simplifié consiste à choisir une destination D grâce au moyen 6 du dispositif portatif. Les signaux des moyens de lecture 3 et de la centrale inertielle 4 25 permettent de déterminer la position courante Pco du dispositif portatif 2. Un logiciel de guidage contenant le plan M du lieu, notamment d'un bâtiment, ainsi qu'un algorithme de détermination de parcours, permet de calculer en fonction de la destination D et de la position courante Pco le trajet de parcours Tr. A partir de ce trajet, le dispositif portatif 2 délivre des 30 instructions de guidage, notamment sous la forme d'instructions sonores par lesdits moyens d'émission sonores 7. 10 Par la suite, nous décrivons le système de positionnement et de guidage dont la structure est illustrée à la figure 4, et qui se distingue en ce qu'il comporte une unité de calcul Uc telle qu'un ordinateur, distinct du dispositif portatif. Cette unité présente lesdits moyens pour la détermination du trajet de parcours entre la position courante Pco et la destination D. Plus particulièrement, cette unité de calcul contient le programme ou logiciel permettant la détermination du parcours avec notamment les données relatives au lieu ou au bâtiment, et l'algorithme pour le calcul du parcours, ou le plus court trajet, entre la position courante Pco et la destination D. Le dispositif portatif 2 et l'unité de calcul Uc sont en liaison grâce à des moyens de communication bidirectionnelle sans fil. Ces moyens de communication permettent notamment au dispositif portatif 2 de communiquer à l'unité de calcul Uc toutes les informations des signaux des moyens de lecture 3 ou encore les informations des signaux de la centrale inertielle 4. Une communication bidirectionnelle est également établie entre l'interface 60 et l'unité de calcul Uc permettant notamment à l'interface 60 de communiquer à l'unité de calcul Uc le choix de la destination, ou encore à l'unité de calcul de communiquer à l'interface 60 les instructions de guidage. Plus précisément, le système comprend une unité de calcul Uc, notamment sous la forme d'un ordinateur, ci-après nommé PC, un dispositif portatif 2 et les transpondeurs 1, notamment les étiquettes RFID. Le dispositif portatif 2 est constitué substantiellement de la centrale inertielle 4, couplée à un module d'émission 41, d'un lecteur de transpondeurs 30, d'une interface 60 utilisateur, par exemple, sous la forme d'un assistant personnel (PDA), ainsi qu'un moyen d'émission sonore 7. Eventuellement, l'assistant personnel peut être remplacé par un smartphone. Ce dernier moyen 7 peut être un casque acoustique ou une oreillette communiquant avec une liaison sans fil avec ladite interface 60. Le lecteur de transpondeurs 30, ainsi que l'interface 60 peuvent présenter des moyens de communication bidirectionnelle avec l'unité de contrôle, telle qu'une liaison sans fil connue sous la marque � Wi-Fi �. Eventuellement, un routeur 70 peut être utilisé afin d'optimiser la communication Wi-Fi entre l'interface 60, le lecteur 30 et l'unité de contrôle Uc (un ordinateur). La centrale inertielle 4 est couplée à un module de communication 41 radio, apte à échanger des informations avec un module de communication 42 relié au port série RS 232 de l'ordinateur. Le module de communication 41 de la centrale 4 comprend notamment un composant de communication radio le, nrf24L01, relié à un microcontrôleur, un pic 18 LF4620. Un connecteur spécifique tel que le H10429CTND composant CMF permet de placer la centrale sur la carte. La centrale est alimentée par une tension de 5,5 volts, un convertisseur de tension le LT1086 permettant de récupérer une source à 3,3 volts pour alimenter le nrf24L01. Le module de communication 42 du PC est relié par câble RS232-USB. Ce module de communication 42 comporte également une nrf24L01 qui reçoit les données par ondes radio et les transmet à un microcontrôleur PIC 18 LF4620, ainsi qu'un driver de ligne max232 afin de transmettre les données du PIC au port série du PC. Le lecteur 30 de transpondeur, tel que notamment RFID, peut être trouvé dans le commerce. Il comprend son propre module de communication Wi-Fi via une interface en VB.NET. Le lecteur 30 permet de récupérer automatiquement l'identité d'un transpondeur lu qui est ensuite automatiquement envoyé à l'unité de calcul. L'interface 60 peut être un assistant personnel comprenant un écran tactile, un module de communication Wi-Fi intégré permettant notamment de communiquer avec l'unité de contrôle, ainsi qu' un module de communication Bluetooth permettant notamment de communiquer avec les moyens d'émission sonore 7, notamment une oreillette Bluetooth. Telle qu'illustrée à la figure 5, l'unité de calcul Uc est un PC qui contient deux algorithmes principaux, à savoir d'une part, un algorithme pour le calcul du chemin le plus court, qui selon l'exemple de la figure 5 est l'algorithme Dijkstra, et d'autre part, un algorithme pour obtenir la position réelle de l'utilisateur à partir des mesures de la centrale inertielle, qui peut être un algorithme d'EULER. Notamment, les mesures de la centrale sont envoyées au PC via le port série avec une fréquence qui peut être de 115.200 bits/s. Elles sont récupérées de manière asynchrone et enregistrées dans une chaîne de caractères. Les données reçues sont vérifiées grâce aux bits de contrôle avant d'être utilisés. Les mesures en sortie du microcontrôleur sont représentées en hexa décimal puis converties en décimale selon la norme IEEEE754. Les mesures sont dans le repère de l'accéléromètre de la centrale inertielle, l'intégration par la méthode d'EULER nécessite de les passer dans le repère du bâtiment. L'intégration de la vitesse permet d'obtenir la position courante Pco. L'algorithme de Dijkstra a pour fonction de calculer le plus court chemin entre deux sommets d'un graphe repésentant le plan d'un bâtiment. Toutefois, un autre algorithme pourrait être utilisé. Quant à l'interface, notamment l'assistant personnel PDA, elle donne la possibilité à l'utilisateur d'effectuer de multiples opérations : choisir la destination, retourner à l'accueil, modifier sa destination. Le choix de l'utilisateur est enregistré dans un fichier texte qui est partagé entre l'unité Uc et l'interface 60 grâce à la communication Wi-Fi. Le logiciel du PC surveille constamment les propriétés de ce fichier pour récupérer un éventuel message du PDA. Le lecteur de transpondeur 3, notamment RFID, peut travailler en ultra haute fréquence, en dehors des bandes de fréquence du Bluetooth et de la Wi-Fi, limitant les interférences. Les transpondeurs 1 peuvent être avantageusement des étiquettes RFID, du type semi-actives ou actives. Ces étiquettes sont positionnées de manière fixe, judicieusement positionnées dans le bâtiment de préférence afin d'éviter les collisions. La précision donnée par les RFID peut être réglée en ajustant la puissance du lecteur 30 à un seuil suffisamment bas afin de discriminer les transpondeurs trop éloignés. Aussi, l'ensemble des éléments du système peut comprendre : - une ceinture selon laquelle seront accrochées : - une boîte qui contient une carte électronique sur laquelle se trouve la centrale inertielle 4, un module de communication 41, - un lecteur RFID 43 ultra haute fréquence pour la localisaiton, - une sacoche adaptée à l'interface PDA 60, - un ensemble d'étiquettes RFID 10 compatibles avec le lecteur destinées à être encapsulées sur site, - un module de communication connecté à un port série d'un ordinateur qui reçoit les données de la centrale inertielle, - les oreillettes Bluetooth, - un routeur Wi-Fi qui accroît les capacités de transmission du PDA à l'ordinateur et peut recevoir les données du lecteur RFID, - un CD ou tout autre support sur lequel sont enregistrés les divers drivers nécessaires ainsi que le logiciel de navigation, des notices utilisateurs. 20 Selon un autre mode de réalisation non illustré par un exemple, les moyens pour calculer la position courante du dispositif portatif à partir des informations de lecture des moyens lecteur et des mesures de la centrale inertielle peuvent être embarqués au dispositif portatif. Le dispositif portatif peut ainsi comprendre des moyens 25 embarqués pour la détermination du trajet entre ladite position courante Pco audit dispositif portatif et la destination D. Dans ce cas, le système est entièrement autonome et peut être intégré dans un même boîtier qui comporte, la centrale inertielle, les moyens lecteur pour interroger à distance les transpondeurs ainsi qu'une 30 électronique embarquée. Cette électronique comporte pour entrées les signaux des 10 15 5 moyens lecteur et les signaux de la centrale inertielle, et est programmée afin de déterminer le trajet entre la position courante Pco du dispositif portatif et la destination D. II s'agit du même logiciel mis en oeuvre que dans l'unité de calcul de l'exemple précédemment décrit. Naturellement, d'autres modes de réalisation, auraient pu être envisagés par l'homme du métier sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Système de positionnement d'une personne dans un lieu, tel qu'un bâtiment, comprenant : - une pluralité de transpondeurs (1), destinés à être 5 encapsulés sur ledit lieu en des positions fixes, - un dispositif portatif (2), destiné à être porté, directement ou indirectement, par ladite personne utilisatrice (U), comprenant : - des moyens d'alimentation, - des moyens lecteur (3) pour interroger à distance 10 lesdits transpondeurs (1), - une centrale inertielle (4), - des moyens pour calculer la position courante (Pco) dudit dispositif portatif (2) à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur (3) et des mesures de ladite centrale inertielle (4). 15 2. Système selon la revendication 1 pour le guidage de l'utilisateur entre la position courante (Pco) du dispositif portatif (2) et une destination (D), ledit dispositif portatif comprenant des moyens (5) pour donner des instructions de guidage. 3. Système de guidage selon la revendication 2, dans lequel 20 ledit dispositif portatif (2) présente des moyens (6) pour choisir une destination, se présentant sous la forme d'un écran tactile ou encore d'un clavier, ou encore de moyens de reconnaissance vocale d'une interface (60). 4. Système selon la revendication 3, dans lequel lesdits moyens (5) pour donner des instructions de guidage sont du type audio, le 25 dispositif portatif comprenant des moyens d'émission sonore (7) tels qu'une oreillette ou un casque acoustique, lesdits moyens d'émission sonore étant reliés à ladite interface (60) du dispositif portatif (2) par une liaison filaire, ou encore, une liaison sans fil du type Bluetooth. 5. Système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel ledit 30 système comprend une unité de calcul (UC), telle qu'un ordinateur, distinct dudit dispositif portatif (2), ladite unité de calcul présentant des moyens pour ladétermination du trajet de parcours (Tr) entre ladite position courante (Pco) et ladite destination (D), ladite unité de calcul (Uc) et ledit dispositif portatif (2) présentant des moyens de communication bidirectionnelle sans fil. 6. Système selon la revendication 5 dans laquelle l'unité de calcul (Uc) présente lesdits moyens pour calculer la position courante (Pco) dudit dispositif portatif (2) à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur (4) et des mesures de ladite centrale inertielle (4), 7. Système selon l'une des revendications 1 à 6,, dans lequel lesdits transpondeurs sont des étiquettes RFID du type actif ou semi-actif, lesdits moyens lecteur pour interroger à distance lesdits transpondeurs sont du type lecteur RFID. 8. Système selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel ladite centrale inertielle comprend, d'une part, un ou plusieurs accéléromètres ou encore un podomètre, et d'autre part, une boussole magnétique. 10. Système selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel lesdits moyens pour calculer la position courante (Pco) dudit dispositif portatif (2) à partir des informations de lecture desdits moyens lecteur et des mesures de ladite centrale inertielle sont embarqués audit dispositif portatif (2). 11. Système selon la revendication 10, dans lequel le dispositif portatif comprend des moyens embarqués pour la détermination du trajet (Tr) entre ladite position courante (Pco) du dispositif portatif (2) et ladite destination (D). 12. Utilisation du système selon l'une des revendications 1 à 11 pour le positionnement et le guidage de personnes dans un bâtiment.