Brevet FR3072181A1 — publié le 20190412

PROCÉDÉ DE LOCALISATION DE DISPOSITIFS MOBILES DANS UN REPÈRE COMMUN DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE Le domaine de l'invention est celui des réseaux de communication sans fil. L'invention porte sur le suivi de déplacements réalisés par des dispositifs mobiles dans un environnement où ils détectent des bornes d'accès sans fil à un réseau de communication, telles que des bornes Wi-Fi, et plus particulièrement sur une technique pour obtenir une représentation de ces déplacements dans un repère commun. ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE On considère plusieurs appareils de communication sans fil transportés par des utilisateurs ou intégrés dans des robots. Les utilisateurs ou les robots se déplacent dans un environnement (par exemple dans un bâtiment) où les appareils de communication sans fil sont susceptibles de détecter des bornes d'accès à un réseau de communication, typiquement des bornes Wi-Fi. On cherche à suivre les déplacements effectués par les appareils de communication sans fil, et plus particulièrement à représenter les localisations des dispositifs mobiles dans un repère commun. Les approches existantes pour représenter les déplacements d'utilisateurs dans un repère commun tiennent compte de la connaissance préalable des positions absolues des sources radio (voir par exemple WO 2013/141991 Al), d'une cartographie de la puissance en réception dans l'environnement (carte RSSI pour « Received Signal Strength Indicator ») (voir par exemple R. Liu et al., Selective APsequence Based indoor Localization without Site Survey, Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2016), ou de mesures précises de l'un des déplacements (voir par exemple WO 2012/167301 Al). EXPOSÉ DE L'INVENTION L'invention a pour objectif d'autoriser une telle représentation des déplacements dans un repère commun sans nécessiter de connaissance préalable d'une 2 cartographie radio de l'environnement ou des positions absolues des bornes et/ou des dispositifs mobiles. L'invention concerne à cet effet un procédé de localisation de dispositifs mobiles, comprenant les étapes suivantes : 5 - pour chaque dispositif mobile, reconstruction d'une trajectoire modélisant un déplacement effectué par le dispositif mobile au cours duquel le dispositif mobile réalise des mesures d'un indicateur lié à la distance le séparant de bornes d'accès à un réseau de communication ; - pour chaque dispositif mobile, calcul, à partir des mesures réalisées par le 10 dispositif mobile, des localisations des bornes dans un repère lié au dispositif mobile ; - détermination, pour chaque dispositif mobile, d'une transformation géométrique venant transformer les localisations des bornes dans le repère lié au dispositif mobile en des localisations transformées dans un repère commun, ladite 15 détermination étant réalisée de sorte à superposer au sens d'une métrique de validité de la superposition, pour chaque borne, les localisations de la borne transformées dans le repère commun avec une localisation de la borne dans le repère commun ; - pour chaque dispositif mobile, modification de la trajectoire du dispositif 20 mobile par application de la transformation géométrique correspondante. Certains aspects préférés mais non limitatifs de ce procédé sont les suivants : - le repère commun est l'un des repères liés aux dispositifs mobiles ; - l'étape de détermination, pour chaque dispositif mobile, d'une transformation 25 géométrique est précédée des étapes suivantes : o sélection d'un repère de référence parmi les repères liés aux dispositifs mobiles ; o détermination, pour chaque dispositif mobile, d'une première transformation géométrique venant transformer les localisations des bornes dans le repère lié au dispositif mobile en des localisations 3 transformées dans le repère de référence, ladite détermination étant réalisée de sorte à superposer au sens de la métrique de validité de la superposition, pour chaque borne, les localisations de la borne transformées dans le repère de référence avec la localisation de la borne 5 dans le repère de référence ; o pour chaque borne, détermination de la localisation de la borne d'accès dans le repère commun en fonction des localisations transformées dans le repère de référence ; - pour chaque borne, la localisation de la borne d'accès dans le repère commun est 10 déterminée par le calcul d'une moyenne pondérée ou de la médiane des localisations transformées dans le repère de référence ; - la pondération appliquée à chacune des localisations transformées dans le repère de référence dans le calcul de la moyenne pondérée est une incertitude portant sur la localisation correspondante dans le repère lié au dispositif mobile ; 15 - la modification, pour chaque dispositif mobile, de la trajectoire du dispositif mobile comprend un découpage de la trajectoire en sections successives chacune constituée d'un nombre de points identique au nombre de bornes d'accès, et l'application de la transformation géométrique correspondante à chacune des sections ; 20 - la reconstruction de la trajectoire suivie par un dispositif mobile comprend une navigation à l'estime pour piéton mettant en oeuvre une détection de pas et de changement de direction de marche lors du déplacement ; - la métrique de validité de la superposition est un indicateur représentatif de la distance, pour chaque borne d'accès, entre chacune des localisations 25 transformées dans le repère de référence et la localisation de la borne d'accès dans le repère de référence ; - la détermination, pour chaque dispositif mobile, de la transformation géométrique est réalisée par une analyse procustéenne ; - il comprend en outre une étape de localisation, dans le repère de référence, de 30 mesures d'un indicateur de puissance en réception réalisées par les dispositifs 4 mobiles lors de leurs déplacements, et une étape d'interpolation desdites mesures pour réaliser une cartographie de la puissance en réception. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS 5 D'autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de formes de réalisation préférées de celle-ci, donnée à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est un schéma représentant une reconstruction de trajectoire suivie 10 par un dispositif mobile lors d'un déplacement au moyen d'une navigation à l'estime pour piéton ; - la figure 2 est un schéma illustrant une sélection des bornes d'accès en vue de la réalisation d'une analyse procustéenne ; - la figure 3 est un schéma illustrant une transformation procustéenne permettant 15 de faire coïncider un nuage de points constitué des localisations des bornes dans un repère lié à un dispositif mobile avec un nuage de points constitués des localisations des bornes dans un repère de référence ; - la figure 4 est un schéma représentant des trajectoires réelles et des trajectoires estimées par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; 20 - les figures 5a, 5b et 5c représentent respectivement une cartographie RSSI réellement générée par trois bornes Wi-Fi dans un bâtiment, les mesures RSSI effectuées par trois dispositifs mobiles en déplacement dans le bâtiment et localisées dans celui-ci par la mise en oeuvre du procédé selon l'invention et une cartographie RSSI estimée par interpolation des mesures RSSI. 25 EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention concerne un procédé de localisation de dispositifs mobiles dans un repère commun, les dispositifs mobiles effectuant des déplacements au cours desquels chaque dispositif mobile évolue librement dans son environnement en réalisant 5 des mesures d'un indicateur lié à la distance le séparant de bornes d'accès à un réseau de communication. Chaque dispositif mobile est un appareil de communication sans fil transporté par un utilisateur ou intégré dans un robot. L'utilisateur ou le robot effectue 5 un déplacement dans un environnement où l'appareil de communication sans fil est susceptible de détecter une ou plusieurs bornes d'accès. Dans un exemple de réalisation, le dispositif mobile est un téléphone intelligent (smartphone) et les bornes d'accès sont des bornes Wi-Fi. L'invention s'étend toutefois à d'autres types de dispositifs, ainsi qu'à d'autres types de bornes d'accès comme des balises Bluetooth ou des stations de bases 10 d'un réseau cellulaire. Le procédé selon l'invention comprend une étape, mise en oeuvre pour chaque dispositif mobile, de reconstruction d'une trajectoire modélisant un déplacement effectué par le dispositif mobile. Cette reconstruction met en oeuvre un algorithme d'odométrie exploitant des mesures réalisées par un ou plusieurs des capteurs 15 embarqués au sein du dispositif mobile. La reconstruction peut être réalisée au sein du dispositif mobile, et les données de la reconstruction peuvent être collectées par un serveur. Alternativement, les mesures sont directement transmises au serveur, lequel vient procéder à la reconstruction de la trajectoire. Dans un mode de réalisation possible, l'algorithme d'odométrie est une 20 navigation à l'estime pour piéton (PDR pour « Pedestrian Dead Reckoning ») mettant en oeuvre une détection de pas et de changement de direction de marche lors du déplacement. La détection de pas est typiquement réalisée au moyen d'un accéléromètre, et la détection de changement de direction est typiquement réalisée au moyen d'un gyroscope. La trajectoire reconstruite est ainsi constituée d'une succession 25 de segments rectilignes, où chaque extrémité d'un segment modélise un pas et où un angle entre deux segments successifs modélise un changement de direction de marche. On a représenté sur la figure 1 un exemple de reconstruction d'une trajectoire suivie par un dispositif mobile lors d'un déplacement. La trajectoire comprend sept segments T1-T7 dont les extrémités P1-P8 correspondent à des pas réalisés par 30 l'utilisateur du dispositif mobile. Un angle non nul entre deux segments successifs (par 6 exemple entre les segments T1 et T2) est représentatif d'un changement de direction de marche (réalisé au pas P2 dans cet exemple). Chacun des pas est horodaté, avec ts1 l'instant où le pas s d'un utilisateur j est détecté. L'invention s'étend à d'autres méthodes de reconstruction de 5 trajectoire, comme le « ranging », qui est une technique permettant à des robots de détecter des obstacles dans l'environnement à l'aide de capteurs (cameras, LIDAR, SONAR, etc.) dont ils sont équipé. Si les positions des obstacles sont connues, le robot peut tracer toute sa trajectoire (déplacement et changement de direction). L'invention vise à positionner les trajectoires ainsi reconstruites les unes 10 par rapport aux autres en les transformant dans un repère commun. L'invention exploite pour cela le fait que malgré leur indépendance, les trajectoires sont liées entre elles par la localisation des bornes d'accès dans le repère de chaque trajectoire. Le procédé selon l'invention comprend à cet effet une étape de calcul, pour chaque dispositif mobile, des localisations des bornes d'accès dans un repère lié au 15 dispositif mobile. Ces localisations sont plus précisément calculées, de manière connue en soi, à partir des mesures de l'indicateur réalisées par le dispositif mobile, ces mesures permettant d'estimer les distances entre les bornes et le dispositif mobile. L'indicateur mesuré peut par exemple être le temps aller-retour RTT (« Round-Trip Time »), la différence du temps d'arrivée TDoA (« Time Difference of Arrivai »), l'angle d'arrivée AoA 20 (« Angle of Arrivai »), ou la puissance en réception (« Received Signal Strength Indicator »). Ce calcul des localisations des bornes d'accès dans un repère lié à un dispositif mobile peut être réalisé par le dispositif lui-même, et les localisations ainsi calculées peuvent être collectées par un serveur. Alternativement, les mesures de 25 l'indicateur réalisées par un dispositif mobile sont directement collectées par un serveur, ce serveur venant calculer les localisations des bornes d'accès à partir des mesures collectées. Lors de son déplacement, le dispositif mobile détecte des bornes d'accès et réalise, pour chacune des bornes d'accès, des mesures de l'indicateur dont la 30 valeur varie par exemple approximativement selon l'inverse de la distance séparant le 7 dispositif mobile (à l'instant de réalisation de la mesure) de la borne d'accès correspondant à la mesure. Connaissant les instants de réalisation des mesures de l'indicateur (tkj étant l'instant où la k-ième mesure est réalisée par l'utilisateur j), et la trajectoire reconstruite (avec ts1 l'instant où le pas s d'un utilisateur j est détecté et 5(xsj,37sj) la localisation du pas s estimée par la reconstruction de trajectoire dans un repère lié à l'utilisateur), il est possible de déterminer la localisation de réalisation de chacune des mesures sur la trajectoire. Par exemple, lorsque ts_ii REVENDICATIONS1. Procédé de localisation de dispositifs mobiles, comprenant les étapes suivantes : - pour chaque dispositif mobile, reconstruction d'une trajectoire (T1, T2) modélisant un déplacement effectué par le dispositif mobile au cours duquel le dispositif mobile réalise des mesures d'un indicateur lié à la distance le séparant de bornes d'accès (B1-B5) à un réseau de communication ; - pour chaque dispositif mobile, calcul, à partir des mesures réalisées par le dispositif mobile, des localisations (B11, B21, B31 ; B1i, B21, B31) des bornes dans un repère lié au dispositif mobile ; - détermination, pour chaque dispositif mobile, d'une transformation géométrique venant transformer les localisations des bornes dans le repère lié au dispositif mobile en des localisations transformées dans un repère commun, ladite détermination étant réalisée de sorte à superposer au sens d'une métrique de validité de la superposition, pour chaque borne, les localisations de la borne transformées dans le repère commun avec une localisation de la borne dans le repère commun ; - pour chaque dispositif mobile, modification de la trajectoire du dispositif mobile par application de la transformation géométrique correspondante. 20 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le repère commun est l'un des repères liés aux dispositifs mobiles. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape de détermination, pour 25 chaque dispositif mobile, d'une transformation géométrique est précédée des étapes suivantes : - sélection d'un repère de référence parmi les repères liés aux dispositifs mobiles ; 15 - détermination, pour chaque dispositif mobile, d'une première transformation géométrique venant transformer les localisations des bornes dans le repère lié au dispositif mobile en des localisations transformées dans le repère de référence (15)ii, B21, B31), ladite détermination étant réalisée de sorte à superposer au sens de la 5 métrique de validité de la superposition, pour chaque borne, les localisations de la borne transformées dans le repère de référence avec la localisation de la borne dans le repère de référence (B1' B2' B3,); - pour chaque borne, détermination de la localisation de la borne d'accès dans le repère commun en fonction des localisations transformées dans le repère de 10 référence. 4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel, pour chaque borne, la localisation de la borne d'accès dans le repère commun est déterminée par le calcul d'une moyenne pondérée ou de la médiane des localisations transformées dans le repère de 15 référence. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel la pondération appliquée à chacune des localisations transformées dans le repère de référence dans le calcul de la moyenne pondérée est une incertitude portant sur la localisation correspondante dans le repère lié au dispositif mobile. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel la modification, pour chaque dispositif mobile, de la trajectoire du dispositif mobile comprend un découpage de la trajectoire en sections successives chacune constituée d'un nombre de points identique au nombre de bornes d'accès, et l'application de la transformation géométrique correspondante à chacune des sections. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la reconstruction de la trajectoire suivie par un dispositif mobile comprend une navigation à l'estime pour piéton 16 mettant en oeuvre une détection de pas et de changement de direction de marche lors du déplacement. 8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel la métrique de 5 validité de la superposition est un indicateur représentatif de la distance, pour chaque borne d'accès, entre chacune des localisations transformées dans le repère de référence et la localisation de la borne d'accès dans le repère de référence. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la détermination, 10 pour chaque dispositif mobile, de la transformation géométrique est réalisée par une analyse procustéenne. 10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, comprenant en outre une étape de localisation, dans le repère de référence, de mesures d'un indicateur de puissance en 15 réception réalisées par les dispositifs mobiles lors de leurs déplacements, et une étape d'interpolation desdites mesures pour réaliser une cartographie de la puissance en réception. 11. Produit programme d'ordinateur comprenant des instructions qui, lorsque le 20 programme est exécuté par un ordinateur, conduisent celui-ci à mettre en oeuvre les étapes de détermination et de modification du procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 12. Appareil de traitement de données comprenant un processeur configuré pour 25 mettre en oeuvre les étapes de détermination et de modification du procédé selon l'une des revendications 1 à 10.