FLASH INFORMATIQUE FI

Informatique mobile


De l’évolution du GPS à la navigation pédestre




Pierre-Yves GILLIERON

Quentin Ladetto


de l’azimut de déplacement qui peut, selon les mouvements (pas arrières, pas de côté, ...), différer de l’azimut mesuré.

Afin de résoudre ces nombreux défis, deux travaux de doctorats [Gabaglio, 2002 ; Ladetto, 2002] se sont déroulés au Laboratoire de Topométrie du professeur Bertrand Merminod. Après 4 ans de recherches et quelques centaines de kilomètres parcourus dans diverses conditions (ville, forêt, bâtiments, plages, etc.), un produit commercial voit le jour. Fruit d’une étroite collaboration avec Leica Vectronix, le PNM - Pedestrian Navigation Module conjugue un récepteur GPS, 3 accéléromètres, 3 capteurs magnétiques et un baromètre pour un poids inférieur à 50 grammes. De la même taille qu’un paquet de cigarette, il se place à la ceinture et fournit à l’utilisateur, pas après pas, ses coordonnées. Délivrant l’information géographique dans un format standard (NMEA- National Marine Electronics Association), son interfaçage avec tout logiciel de navigation permet une représentation visuelle de sa position ainsi que le suivi d’un itinéraire ou d’une trajectoire prédéfinie.

Principes de fonctionnement

A l’instar des empreintes digitales, chaque personne a un profil de marche qui lui est propre. Ainsi, si le contenu fréquentiel varie autant, l’établissement de tout modèle général nécessitera obligatoirement un processus de normalisation. Normalisation, parce que la fréquence de pas, lors de déplacement sans contraintes, est à peu près semblable pour tous les individus. Les paramètres seront ensuite automatiquement adaptés, afin de décrire au mieux le style de marche de la personne. Les différences de vitesse pour une même fréquence sont donc une conséquence directe de la taille des pas. L’hypothèse que la taille des pas est proportionnelle à la taille de la personne ou, plus justement, à celle de ses jambes, est raisonnable. En normalisant la vitesse de déplacement en fonction de ces paramètres, il est donc théoriquement possible de passer de modèles individuels à un modèle plus universel. Cependant, une personne marchant à une fréquence donnée n’effectue pas toutes ses enjambées de la même longueur. La variabilité des foulées en référence à une constante, chez une même personne et à une fréquence donnée, est de fait impossible à prédire. Le but ne sera donc pas de modéliser un événement « pas » de manière précise, mais de reproduire une distance parcourue, composée d’un ensemble de pas, le plus fidèlement possible.

Cette approche se base sur un concept pouvant s’énoncer de la manière suivante : ’’Pour une fréquence de pas donnée, la taille des pas chez une même personne peut être considérée comme constante. La variation naturelle de ceux-ci suit une loi normale centrée à l’origine et dont la variance est inversement proportionnelle à la fréquence de marche’’. Cela signifie qu’à un pas plus long correspondra un pas plus court, ramenant ainsi la distance parcourue en un nombre déterminé de pas, pour une fréquence donnée, à une valeur considérée comme constante. Les écarts de longueurs entre deux pas successifs seront, eux, autant plus importants que la vitesse et la fréquence de pas seront lentes.

Le déplacement d’une personne peut être perçu comme similaire à une polygonale (ou cheminement) en topométrie. La distance entre deux points correspond à une enjambée, alors que l’angle permettant d’aller d’un point à l’autre est tout simplement l’azimut de déplacement.

Les perturbations magnétiques influençant grandement la qualité de l’azimut calculé avec le compas, une détection de celles-ci est nécessaire. On les identifie par l’utilisation d’un gyroscope. Ce dernier, basé sur un principe physique différent du compas, fournit un azimut fiable même en présence de perturbations magnétiques. Selon l’information et les données disponibles, divers traitements sont effectués. Les deux points de rattachement aux extrémités de la polygonale sont des positions géographiques connues ou obtenues par mesures GPS .

L’intégration de données GPS permet, non seulement, une localisation absolue de la personne, mais également le calibrage du modèle de marche, ainsi que le défaut d’alignement du PNM avec l’axe de marche. Par contre, il n’est pas nécessaire de recourir aux signaux GPS pendant le parcours. En effet, une précision inférieure à 5% de la distance parcourue (1% - 2% dans des cas favorables) peut être garantie en toute autonomie.

Conclusion

Cet article a fait un tour d’horizon de l’évolution des méthodes de localisation par satellites et des systèmes de navigation autonome. De nombreuses initiatives sont en cours afin d’améliorer la précision, la fiabilité et la disponibilité de l’information de positionnement et de navigation. Des domaines très exigeants en matière de sécurité, comme l’aviation civile, auront recours à ces méthodes de localisation, grâce au haut degré d’intégrité des systèmes.

Pour les utilisateurs terrestres, la couverture offerte par les systèmes de radionavigation n’est pas toujours suffisante. Il existe alors des alternatives aux méthodes satellitaires qui combinent divers capteurs de navigation en voiture ou à pied.

Connaître sa position en tout temps et de manière autonome n’est vraiment utile que dans un contexte où cette donnée n’est qu’une composante d’un dispositif plus complexe. En couplant la position tridimensionnelle d’une personne à une carte numérique ou à un système d’information géographique, l’exploitation de la base de données associée fournit alors des indications sur l’environnement direct de la personne.

Finalement, les divers systèmes de positionnement et de navigation

Références

• Kummer Patrick (2000), Mesures GPS après la suppression de la SA, Rapport technique, Office fédéral de Topographie.

• Gilliéron P.-Y. (1998), Le GPS, vers une banalisation du positionnement ?, Flash informatique EPFL, http://dit-archives.epfl.ch/FI98/fi-5-98/5-98 -page1.html.

• Gilliéron P.-Y. (1999), GNSS2 : vers un système européen de navigation par satellites, Mensuration, Photogrammétrie et Génie Rural 01-99.

• Gabaglio V. (2002), GPS/INS System Integration for Low-Dynamic Application, Thèse de doctorat EPFL, in prep.

• Ladetto Q. (2002), Capteurs et algorithmes pour la localisation autonome en mode pédestre, Thèse de doctorat EPFL, en préparation.

• Ladetto Q., Merminod B. (2002), Digital Magnetic Compass and Gyroscope Integration for Pedestrian Navigation, 9th Saint Petersburg International Conference on Integrated Navigation Systems, Russia, May 27-29.

Liens intéressants

• Laboratoire de Topométrie : http://topo.epfl.ch

• Office fédéral de Topographie - Swisstopo : http://www.swisstopo.ch

• ESA - navigation : http://www.esa.int/export/esaSA/navigation.html

• EGNOS-ESTB : http://www.esa.int/export/esaEG/estb.html

• GALILEO : http://europa.eu.int/comm/energy_transport/en/gal_en.html

• Leica-Vectronix : http://www.leica-vectronix.com/

• Suppression de la SA : http://www.ngs.noaa.gov/FGCS/info /sans_SA/



Cherchez ...

- dans tous les Flash informatique
(entre 1986 et 2001: seulement sur les titres et auteurs)
- par mot-clé

Avertissement

Cette page est un article d'une publication de l'EPFL.
Le contenu et certains liens ne sont peut-être plus d'actualité.

Responsabilité

Les articles n'engagent que leurs auteurs, sauf ceux qui concernent de façon évidente des prestations officielles (sous la responsabilité du DIT ou d'autres entités). Toute reproduction, même partielle, n'est autorisée qu'avec l'accord de la rédaction et des auteurs.


Archives sur clé USB

Le Flash informatique ne paraîtra plus. Le dernier numéro est daté de décembre 2013.

Taguage des articles

Depuis 2010, pour aider le lecteur, les articles sont taggués:
  •   tout public
    que vous soyiez utilisateur occasionnel du PC familial, ou bien simplement propriétaire d'un iPhone, lisez l'article marqué tout public, vous y apprendrez plein de choses qui vous permettront de mieux appréhender ces technologies qui envahissent votre quotidien
  •   public averti
    l'article parle de concepts techniques, mais à la portée de toute personne intéressée par les dessous des nouvelles technologies
  •   expert
    le sujet abordé n'intéresse que peu de lecteurs, mais ceux-là seront ravis d'approfondir un thème, d'en savoir plus sur un nouveau langage.