Brevet FR3090126A1 — publié le 20200619

Description Titre de l'invention : Procédé de localisation, dans un repère absolu, d'un dispositif, calculateur et véhicule associé. Domaine technique [0001] La présente invention concerne la localisation dans un repère absolu d'un dispositif Etat de la technique [0002] La localisation absolue d'un dispositif, notamment d'un véhicule, se fait actuellement à l'aide d'un signal GPS (Global Positioning System) avec une précision de l'ordre de 10 à 15 mètres. Cette précision est insuffisante lorsque l'on considère des applications telles que la conduite de véhicules autonomes, par exemple. [0003] Par ailleurs, il peut également être souhaitable de pouvoir se positionner en relatif avec précision par rapport à un panneau de signalisation ou un feu de signalisation par exemple. Exposé de l'invention 100041 L'invention a pour but notamment de pallier les inconvénients de Fart antérieur décrit ci-avant. 100051 En particulier, un but de l'invention est de permettre une localisation du dispositif avec une précision supérieure à celle actuellement obtenue à l'aide d'un signal GPS. [0006] Un autre but de l'invention est de pouvoir positionner le dispositif par rapport à des éléments de son environnement tel que des feux de signalisation ou des panneaux de signalisation par exemple. [0007] A cet égard, l'invention a pour objet. selon un premier aspect. un calculateur élec- tronique configure pour la mise en oeuvre d'un procédé de localisation, dans un repère absolu de coordonnées GNSS, d'un dispositif comprenant le calculateur électronique dans un environnement comprenant : la mise en oeuvre d'un procédé de localisation et de cartographie simultanée pour déterminer la trajectoire du dispositif dans un repère relatif, la trajectoire du dispositif étant déterminée à partir d'acquisitions de l'environnement faites par un capteur, les acquisitions comprenant des signaux représentatifs d'au moins une cible, la détermination de la trajectoire du dispositif comprenant la détermination d'une pluralité de premières transformées entre deux positions successives du dispositif et la détermination de positions successives du dispositif à partir d'une position initiale du dispositif dans le repère relatif et de la pluralité de transformées, chaque première transformée étant représentative d'un changement de position et d'orientation du dispositif entre deux positions successives, 2 l'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue initiale dans un repère de coordonnées GNSS, l'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue corrigée comprenant la détection de la présence d'au moins un objet dont la position absolue peut être déterminée, le calcul de la position relative dudit objet par rapport au dispositif, le dispositif étant alors dans une position de référence, la récupération de la position absolue dudit objet et la détermination de la position absolue corrigée de chaque position successive du dispositif en prenant en compte la position absolue et la position relative d'au moins un objet. [0008] La position absolue du dispositif estimée à partir de signaux GNSS (« Global Na- vigation Satellite System ») reçus, tels que des signaux GPS par exemple, n'étant pas suffisamment précise pour estimer la position du dispositif sur sa trajectoire, on utilise, selon l'invention, un procédé de localisation et de cartographie simultanée connu de l'homme de l'art dans le domaine de la robotique pour déterminer la trajectoire du dispositif avec une précision supérieure à celle donnée par le signal GNSS. Ce procédé ne permettant que d'obtenir des positions relatives, on associe à chaque position de la trajectoire une position absolue correspondante. Dans une première approximation, on attribue une position absolue initiale obtenue à l'aide du signal GNSS correspondant puis l'on corrige la position absolue du dispositif sur sa trajectoire en prenant en compte la position absolue et la position relative d'objets croisés sur la trajectoire du véhicule et la position relative dudit objet par rapport au dispositif. Dans certains cas, la position absolue et la position relative des objets croisés définissent des contraintes sur la position du dispositif sur certaines positions de sa trajectoire. Les objets croisés peuvent être des éléments d'infrastructure tels des panneaux et des feux de signalisation, ou des véhicules par exemple. Avantageusement, plus le nombre d'objets croisés est important, plus la position du dispositif sur sa trajectoire est précise. [0009] Les caractéristiques exposées dans les paragraphes suivants peuvent, option- nellement, être mises en oeuvre. Elles peuvent être mises en oeuvre indépendamment les unes des autres ou en combinaison les unes avec les autres : [0010] Dans un mode de réalisation, la détermination de la position corrigée de chaque position successive du dispositif met en oeuvre une étape d'ajustement de faisceaux, la position absolue et la position relative de l'objet introduisant des contraintes sur la position du véhicule dans sa position de référence. [0011] La position absolue d'un objet croisé ainsi que sa position relative par rapport au dispositif permettent d'établir une contrainte sur la position du dispositif à un instant donné. La position corrigée du dispositif sur l'ensemble de sa trajectoire est calculée en prenant en compte cette contrainte à l'aide d'un alignement de faisceaux connu de 3 l'homme du métier. L'ajustement de faisceaux est régulièrement appliqué dans les dispositifs mettant en oeuvre un procédé de localisation et de cartographie simultanée pour optimiser la position des cibles et des positions successives du dispositif en veillant à minimiser l'erreur de reprojection de chaque cible à partir des données présentes dans l'image prise dans l'une des positions successives du dispositif pour lequel la cible est détectée. [0012] Selon un mode de réalisation particulier, l'étape d'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue initiale comprend : la détermination, pour chaque position successive du dispositif, d'une première position absolue par réception de signaux GNSS, l'extrapolation d'une seconde position absolue corrigée à attribuer à chaque position successive du dispositif à partir des premières positions absolues déterminées pour chaque position successive du dispositif et de la trajectoire du dispositif. [0013] Dans ce mode de réalisation, la position GNSS attribuée comme première position est déterminée en trouvant la meilleure superposition possible, par exemple en utilisant un algorithme de type ICP (Iterative Closest Point), entre la trajectoire du dispositif obtenue par le procédé de localisation et de cartographie simultanée et l'ensemble des positions GNSS mesurées. On réduit ainsi l'erreur sur l'estimation initiale de la trajectoire du dispositif obtenue par réception d'un signal GNSS. [0014] Dans un mode de réalisation, au moins un objet est un véhicule, de préférence roulant, dont la position absolue peut être déterminée. [0015] Dans un mode de réalisation particulier, le véhicule est apte à transmettre sa position absolue au dispositif, sa position absolue étant déterminée à l'aide des étapes suivantes la mise en oeuvre d'un procédé de localisation et de cartographie simultanée pour déterminer la trajectoire du véhicule dans un repère relatif, la trajectoire du véhicule étant déterminée à partir d'acquisitions de l'environnement faites par un capteur, les acquisitions comprenant des signaux représentatifs d'au moins une cible, la détermination de la trajectoire du véhicule comprenant la détermination d'une pluralité de premières transformées entre deux positions successives du véhicule et la détermination de positions successives du véhicule à partir d'une position initiale du véhicule dans le repère relatif et de la pluralité de transformées, chaque première transformée étant représentative d'un changement de position et d'orientation du véhicule entre deux positions successives, l'attribution, à chaque position successive du véhicule, d'une position absolue dans un repère de coordonnées GNSS. [0016] Ainsi, lorsque l'objet croisé est un véhicule, sa position absolue peut être estimée comme décrit précédemment pour le dispositif. Le dispositif et le véhicule peuvent se communiquer leur position absolue et déterminer leur position relative, c'est-à-dire leur distance relative et leur orientation relative, afin de pouvoir chacun ajouter une contrainte sur l'une des positions absolues de leur trajectoire et affiner le calcul de leur position absolue. [0017] La position absolue du véhicule croisé transmise au dispositif peut être déterminée, selon l'une des méthodes décrites précédemment, soit par extrapolation d'une position absolue corrigée à l'aide d'une ICP par exemple, soit suite à la prise en compte de la position absolue et de la position relative d'objets croisés. On notera que la précision de la position absolue du véhicule croisée est plus élevée lorsque celui-ci a croisé un plus grand nombre d'objets. [0018] La position absolue du dispositif peut être obtenue également par d'autres moyens. Par exemple, lorsque le véhicule est un bus, celui-ci se déplace sur un itinéraire connu et passe régulièrement devant des bornes présentes aux arrêts de bus. Le bus ou un serveur distant est capable, à partir d'informations concernant l'instant auquel le bus est passé à un arrêt de bus identifiable, de déterminer la position du bus lorsque celui-ci le dispositif. La position absolue du bus croisé à un instant donné peut donc être récupérée par échange d'informations avec le serveur distant ou le bus. [0019] Dans un mode de réalisation, au moins un objet est un élément d'infrastructure, de préférence routière. [0020] La position absolue de l'élément d'infrastructure, routière par exemple, peut être envoyée par celui-ci, être déterminée par le dispositif à l'aide d'une base de données répertoriant la position absolue de chaque élément d'infrastructure ainsi qu'un identifiant ou un descripteur de l'élément d'infrastructure, par exemple. Lorsqu'un descripteur est utilisé, la position actuelle du véhicule peut être prise en compte pour identifier l'élément d'infrastructure dans la base de données. L'élément d'infrastructure peut être un panneau de signalisation, un feu, un pont ou un panneau d'affichage par exemple. Un panneau d'affichage peut par exemple, comprendre une caméra et communiquer la position relative du dispositif par rapport à celle-ci. [0021] Dans un mode de réalisation, la transmission de la position absolue de l'élément d'infrastructure, et éventuellement, de la position relative du dispositif par rapport à celui-ci peut être obtenu par interrogation d'un serveur distant, à l'aide d'un identifiant ou d'un descripteur associé à une indication d'une zone dans laquelle se trouve le dispositif à cet instant. [0022] Selon un second aspect, l'invention a pour objet un procédé de localisation dans un repère absolu d'un dispositif dans un environnement comprenant : la mise en oeuvre d'un procédé de localisation et de cartographie simultanée pour déterminer la trajectoire du dispositif dans un repère relatif et déterminer la position de cibles dans le repère relatif, la trajectoire du dispositif et la position des cibles étant déterminées à partir d'acquisitions de l'environnement faites par un capteur, les acquisitions comprenant des signaux représentatifs d'au moins une cible, la détermination de la trajectoire du dispositif comprenant la détermination d'une pluralité de premières transformées entre deux positions successives du dispositif et la détermination de positions successives du dispositif à partir d'une position initiale du dispositif dans le repère relatif et de la pluralité de transformées, chaque première transformée étant représentative d'un changement de position et d'orientation du dispositif entre deux positions successives, l'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue initiale dans un repère de coordonnées GNSS, l'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue corrigée, comprenant la détection de la présence d'un objet dont la position absolue peut être déterminée, le calcul de la position relative dudit objet par rapport au dispositif, le dispositif étant alors dans une position de référence, la récupération de la position absolue dudit objet et la détermination de la position corrigée de chaque position successive du dispositif en prenant en compte la position absolue et la position relative d'au moins un objet. [0023] Selon un troisième aspect, l'invention a pour objet un produit programme d'ordinateur, par exemple un programme d'ordinateur non-transitoire, comprenant des instructions de code pour la mise en oeuvre d'un procédé, lorsqu'il est mis en oeuvre par un calculateur électronique tel que décrit précédemment. [0024] Enfin, selon un dernier aspect, l'invention a pour objet un véhicule comprenant le calculateur tel que décrit précédemment. Le terme « véhicule » doit ici être compris au sens large comme un engin destiné au transport de personnes ou de marchandises se déplaçant clans un environnement, tel une voiture, une moto, un vélo, un poids lourd, un bateau par exemple. Description des dessins [0025] D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la des- cription qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : [0026] [fig.]] la figure 1 représente un procédé de localisation, dans un repère absolu de coordonnées GNSS, d'un dispositif dans un environnement, selon un mode de réalisation de l'invention; 6 100271 Ifig.21 la fleure 2 illustre de manière schématique différentes étapes mises en oeuvre lors d'un procédé de localisation et de cartographie simultanée; [0028] [fig.3] la figure 3 illustre la superposition de la trajectoire du dispositif avec les positions en coordonnées GNSS mesurées, selon un mode de réalisation de l'invention; [0029] [fig.4] la figure 4 illustre un exemple dc configuration dans laquelle le dispositif détecte des véhicules et des éléments d'infrastructure ; [0030] [fig.5] la figure 5 représente un dispositif comportant un calculateur électronique configure pour mettre en oeuvre le procédé décrit en référence à la figure 1. Description des modes de réalisation [0031] Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments dc caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant. [0032] La figure I représente un procédé de localisation, dans un repère absolu de co- ordonnées GNSS, d'un dispositif dans un environnement, selon un mode dc réalisation. [0033] Le procédé comprend une étape S100 de mise en oeuvre d'un procédé de localisation et de cartographie simultanée pour déterminer, notamment, la trajectoire du dispositif dans un repère relatif. Le procédé comprend également une étape S200 d'attribution, à chaque position successive du dispositif et à chaque cible, d'une première position dans un repère absolu et une étape S300 d'attribution, à chaque position successive du dispositif et à chaque cible, d'une position corrigée dans le repère absolu. [0034] L'étape S100 de mise en oeuvre d'un procédé de localisation et dc cartographie si- multanée est connue de l'homme dc l'art. L'étape S100 permet de déterminer, dans un repère relatif, la trajectoire du dispositif et la position des cibles ayant servi à déterminer la trajectoire du dispositif à partir d'acquisitions de l'environnement faites par au moins un capteur, les acquisitions correspondant à un jeu de données acquises par au moins un capteur, les acquisitions utilisées comprenant des signaux représentatifs d'au moins une cible. [0035] La trajectoire du dispositif et les positions des cibles mi mi-ulsont illustrées sur la figure 2. La trajectoire du dispositif comporte une pluralité de positions successives Xk-1, Xk, X1(+1 du dispositif. [0036] De manière avantageuse, la trajectoire du dispositif est déterminée par une pluralité de premières transformées Uk, Uk-1 reliant les positions successives Xk-1, Xk et Xk, Xk-i-1 du dispositif, respectivement. Les premières transformées Uk, Uk-1 sont repré- 7 sentativcs d'un changement de position et d'orientation du dispositif entre deux positions successives Xk-1 Xk et Xk, Xk+1, respectivement, et permettent, à partir des coordonnées de la position Xk, Xk+1 du dispositif, de déterminer les coordonnées de la position successive Xk, Xk+1 du dispositif, respectivement. La position des cibles mi mi+1 est représentée par des triangles. [0037] Chaque position successive Xk-1, Xk, Xk+1 du dispositif correspond à une ac- quisition de l'environnement par le capteur, chaque acquisition comprenant des signaux représentatifs d'au moins une cible, par exemple, la cible mi pour les positions Xk1 Xk. De manière connue, le calcul du déplacement de la cible mi entre les deux acquisitions faites aux positions Xk1 Xk permet de calculer la transformée Uk. La position de la cible mi est ensuite calculée par triangulation, par exemple, lorsque le capteur est une caméra. Lorsque le capteur est apte à mesurer la distance entre le dispositif et la cible, comme un lidar ou un radar par exemple, chaque acquisition comporte un jeu de données 3D et la position de la cible mi peut être directement calculée en appliquant une deuxième transformation sur les coordonnées d'une des positions XII X. La position Xkki du dispositif peut être déterminée, lorsque l'acquisition comprend des signaux représentatifs de la cible mi, en localisant le dispositif par rapport à la position de la cible mi connue. Lorsque l'acquisition comprend des signaux représentatifs de la cible mi et de la cible mi+l, la transformée Uk+I peut être calculée grâce au déplacement de la cible mi entre les deux acquisitions et la position de la cible mi+, peut être calculée à partir de la distance entre la cible mi et la cible m1+1. [0038] De manière avantageuse, les coordonnées de chaque position successive sont dé- terminées à partir d'une position initiale du dispositif dans le repère relatif et d'une pluralité de transformées. Par exemple, quand le repère relatif prend son origine à la première position du dispositif, on lui attribue la position de coordonnées (0,0) et les positions successives sont attribuées de manière successive en appliquant la première transformée aux coordonnées de la dernière position déterminée. [0039] En outre, pour chaque acquisition considérée et donc pour chaque position successive du dispositif, l'orientation du capteur peut être déterminée d'une façon connue de l'homme du métier. L'ensemble formé par la position et l'orientation du capteur et donc du dispositif est appelé « pose ». L'orientation du capteur et donc du dispositif pour chaque position successive peut être calculé en appliquant la première transformée à l'orientation du capteur dans la position précédente. [0040] L'étape S200 d'attribution, à chaque position successive du dispositif et à chaque cible, d'une position absolue initiale dans un repère de coordonnées GNSS comporte, de manière avantageuse, une étape S210 d'attribution, à chaque position successive du dispositif, d'une position absolue initiale et une étape S220 d'attribution, à chaque cible, d'une position absolue initiale. 8 [0041] Dans un mode de réalisation, on attribue, lors de l'étape S210, à chaque position successive du dispositif, la position mesurée à l'aide de signaux GNSS reçus, par exemple des signaux GPS (Global Positioning System). [0042] Dans un autre mode de réalisation, l'étape S210 comporte une sous-étape 5211 de détermination d'une première position absolue en coordonnées GNSS par réception de signaux GNSS du dispositif pour chaque position successive du dispositif et une sous-étape 5212 d'obtention de positions absolues GNSS corrigées à attribuer à chaque position successive du dispositif Les positions absolues GNSS corrigées sont obtenues par extrapolation à partir des positions GNSS déterminées pour chaque position successive du dispositif et de la trajectoire du dispositif dans le repère relatif [0043] De manière avantageuse, la position GNSS corrigée est déterminée en trouvant la meilleure superposition possible entre la trajectoire du dispositif obtenue par le procédé de localisation et de cartographie simultanée et la position GNSS mesurée. On réduit ainsi l'erreur sur l'estimation de la position du dispositif obtenue par réception de signaux GNSS. [0044] La Figure 5 illustre un exemple de superposition de la trajectoire du dispositif dans le repère relatif avec les positions en coordonnées GNSS mesurées pour chaque position successive du dispositif La trajectoire du dispositif est représentée par un ensemble de points Xi, 1