EP3374767A1 - Procédé et dispositif de détermination d'une cartographie de la qualité de l'air, par agrégation de mesures d'origines différentes - Google Patents

Procédé et dispositif de détermination d'une cartographie de la qualité de l'air, par agrégation de mesures d'origines différentes

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Publication number
EP3374767A1
EP3374767A1 EP16809973.7A EP16809973A EP3374767A1 EP 3374767 A1 EP3374767 A1 EP 3374767A1 EP 16809973 A EP16809973 A EP 16809973A EP 3374767 A1 EP3374767 A1 EP 3374767A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air quality
complementary
measurements
map
estimated value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP16809973.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Karine Pajot
Gregory Blokkeel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
PSA Automobiles SA
Original Assignee
PSA Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by PSA Automobiles SA filed Critical PSA Automobiles SA
Publication of EP3374767A1 publication Critical patent/EP3374767A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/0004—Gaseous mixtures, e.g. polluted air
    • G01N33/0009—General constructional details of gas analysers, e.g. portable test equipment
    • G01N33/0073—Control unit therefor
    • G01N33/0075—Control unit therefor for multiple spatially distributed sensors, e.g. for environmental monitoring

Definitions

  • the invention relates to the determination of air quality maps in outdoor areas.
  • Some information servers provide mappings indicating air quality (such as the level of pollution or the concentration of at least one chemical species (usually pollutants in gaseous or solid form)) in outdoor areas. These mappings are constructed with estimated values of air quality at locations of known positions of an outdoor area. These estimated values come from both a simulation using numerical tools, which take into account physical and chemical equations representative of the atmosphere (deterministic modeling) and capable of modeling the spatial and temporal distribution of the pollution, and measurements of air quality. These measurements are carried out by sensors which are fixedly installed in places of known positions of the outer zone considered. These fixed sensors are usually part of test stations that are usually located near traffic lanes, industrial areas, and in public squares or buildings.
  • the use of the aforementioned digital tools results from the fact that it is impossible to install analysis stations everywhere, in particular for a question of cost and management.
  • the digital tools provide a global cartography with a mesh of the order of one kilometer, and one comes to build a local cartography (constituted by estimated values) starting from this global cartography taking into account measurements made locally. by fixed sensors.
  • mapping is fairly accurate in the areas where implanted analysis stations, but often inaccurate or even erroneous in other areas. As a result, it is difficult to inform people who use such maps, for example to offer them routes where they will be certain to have an air quality higher than a chosen threshold.
  • the invention is therefore particularly intended to improve the situation.
  • mapping is also constructed as a function also of complementary air quality measurements made by second sensors equipping systems that move in the outer zone and transmitted at least with the associated positions. by wave, these complementary measurements being used to modify determined estimated values in places corresponding to their associated positions when they differ from these estimated values.
  • the method according to the invention may comprise other characteristics that can be taken separately or in combination, and in particular:
  • this complementary measure when a complementary measure associated with a first position differs from a percentage higher than a chosen threshold by an estimated value corresponding to this first position, this complementary measure can be attributed to a first weight chosen and this value estimated a second chosen weight, less than this first weight, then we can perform a weighted average of these complementary measure and estimated value with respectively their first and second weight attributed, then we can replace in the map this value estimated by this average weighted;
  • the complementary measurements can be carried out by second sensors that equip systems selected from (at least) mobile communication vehicles and equipment;
  • the measurements may be representative of the concentration of at least one chemical species.
  • the invention also proposes a device, intended to determine a map of the quality of the air in an external zone, and comprising processing means arranged to determine estimated values of the air quality at locations of known positions. of this external zone from a numerical simulation of air quality and air quality measurements carried out by first fixed sensors in positions of known positions of the outer zone, then to build a cartography of air quality with these estimated values.
  • This device is characterized by the fact that its processing means are arranged to build the map as a function also of complementary air quality measurements made by second sensors fitted to systems that move in the outer zone and transmitted at least with the associated positions by waves, these complementary measurements being used to modify determined estimated values in locations corresponding to their associated positions when they differ from those estimated values.
  • the processing means may be arranged to integrate in the mapping a complementary measurement associated with a first position when the estimated value corresponding to this first position has been determined with measurements made at a distance from this first position greater than a threshold. selected.
  • the processing means can be arranged, when a complementary measurement associated with a first position differs from a percentage greater than a chosen threshold by an estimated value corresponding to this first position, to attribute to this complementary measure a first weight chosen and at this estimated value a second weight chosen, less than the first weight, then to perform a weighted average of these complementary measure and estimated value with respectively their first and second weight attributed, then to replace in the map this estimated value by this weighted average.
  • the invention also proposes an information server comprising first communication means capable of receiving measurements of air quality via at least one communication network, and a device for determining the type of that presented above.
  • this information server may also include second communication means adapted to provide on request to a remote communication equipment, via a communication network, at least a portion of the map determined by its determination device.
  • FIG. 1 schematically and functionally illustrates an outer zone of a part of a city, including traffic lanes on which circulate vehicles and bordered by analysis stations, and an information server comprising an exemplary embodiment of a determination device according to the invention, and
  • FIG. 2 illustrates an exemplary algorithm implementing a method for determining an air quality map according to the invention
  • the object of the invention is in particular to propose a method for enabling the determination of a map of the quality of the air in an outside zone Z.
  • FIG. 1 schematically and functionally shows an outer zone Z of a part of a city.
  • SAj 1 to 5
  • each measurement may be representative of the concentration of at least one chemical species in the outdoor air.
  • each first sensor C1 may comprise at least one means of analysis of nitrogen oxides (for example by chemiluminescence of nitric oxide with ozone, where the emission of light is proportional to the concentration of carbon monoxide. nitrogen) and / or means for ozone analysis (for example by ultraviolet (UV) absorption) - the UV radiation at the output of the absorption cell being converted into an electrical signal correlated with the ozone concentration ) and / or a sulfur dioxide analysis means (for example by measuring the intensity of the UV fluorescence of the excited molecules, which is directly proportional to the concentration of SO 2 ) and / or a means for analyzing the particles by metric gravity weighing.
  • nitrogen oxides for example by chemiluminescence of nitric oxide with ozone, where the emission of light is proportional to the concentration of carbon monoxide. nitrogen
  • ozone analysis for example by ultraviolet (UV) absorption
  • UV radiation at the output of the absorption cell being converted into an electrical signal correlated with the ozone concentration
  • Each analysis station SAj is arranged to transmit the measurements made by its first sensor (s) C1 to an information server S1. This transmission is via at least one RC communication network to which the information server SI is connected. It should be noted that this transmission can be done by wire or by wave.
  • the invention proposes in particular a method for enabling the determination of a map of the quality of the air in the outer zone Z.
  • This method comprises a step that can be implemented by a determination device. DD.
  • the determination device DD is installed in the information server S1.
  • This arrangement is advantageous because it is considered here that it is the information server SI that receives the measurements made by the analysis stations SAj and therefore that it can supply them to the determination device DD without having to retransmit them via a communication network, which would delay their processing.
  • this determination device DD could be remote from the information server SI, but coupled to the latter (SI) either directly via a connection (wired or non-wired), or indirectly via a communication network.
  • the determination device DD can either be part of an electronic equipment provided with communication means or constitute electronic equipment provided with communication means.
  • the determination device DD can be realized either in the form of software modules (or computer (or “software”)); it is then in the presence of a computer program product comprising a set of instructions which, when executed by processing means such as electronic circuits (or “hardware”), is adapted to implement a part of the supply method, either in the form of a combination of software modules and electronic circuits.
  • processing means MT of the determination device DD start (s) by determining estimated values of the air quality at locations of known positions of the zone external Z from a numerical simulation of air quality and air quality measurements performed by first sensors C1 fixedly installed in positions of known positions of the outer zone Z.
  • first sensors C1 are installed in stationary analysis stations SAj, the latter (SAj) being responsible for transmitting their measurements to the information server SI which then communicates them to the means MT processing of the DD determination device.
  • the information server S1 thus comprises first communication means MC1 connected to the communication network RC and allowing it to receive, in particular, the measurements of the analysis stations SAj.
  • the measurements from the first sensors C1 are preferably stored in correspondence of a schedule (for obtaining or receiving) and a measurement position in storage means, by the determination device DD, at least for a predefined time , so you can be reused at any time.
  • These storage means are part of the determination device DD or the information server SI. They may, for example, be in the form of a memory, possibly of the software type.
  • Simulation using numerical tools takes into account physical and chemical equations representative of the atmosphere (deterministic modeling) and capable of modeling the spatial and temporal distribution of pollution.
  • the result of such a numerical simulation is provided to the information server S1 and thus to the determination device DD which is then responsible for determining a map of the outer zone Z (consisting of estimated values) from this result and the measurements of the first sensors C1.
  • the estimated values are determined for given instants and for positions, which are situated between the positions of at least two analysis stations SAj, from at least the measurements provided by the latter (SAj) for these given instants. It will be understood that the value estimated at a given instant for a position located right next to an analysis station SAj will be substantially equal to the last measurement provided by the latter (SAj) at this given moment, or, if it has not been received for some time (eg because of a failure), at a reestimated value determined for the same position from (the result) of a digital simulation and at least one measurement of at least one other station (preferably the closest).
  • the estimated values are preferably stored in correspondence of a determination time and a measurement position in storage means, by the determination device DD, so that they can be reused at any time.
  • These storage means are part of the determination device DD or the information server SI. They may, for example, be in the form of a memory, possibly of the software type.
  • the MT processing means construct (sen) t a mapping of the air quality with the estimated values they have determined and also as a function of complementary air quality measurements made by second C2 sensors that equip systems that move in the outer zone Z and are transmitted at least with the associated positions by wave. These complementary measurements are used by the processing means MT to modify determined estimated values in places corresponding to their associated positions when they differ from these estimated values.
  • Each second sensor C2 is responsible for performing additional measurements that are representative of the air quality at the location where the system that it equips is temporarily located.
  • each complementary measure may be representative of the concentration of at least one chemical species in the outdoor air.
  • each second sensor C2 may, for example, comprise at least one miniaturized analyzer providing the value of the concentration (preferably absolute and not relative) in N0 2 and / or 0 3 and / or in volatile organic compounds (or VOCs) and / or S0 2 and / or CO and / or particles.
  • these Vk land vehicles may be cars, commercial vehicles, motorcycles, bicycles, buses (or coaches), trams, road vehicles, construction machinery, or trucks.
  • these systems could also be mobile communication equipment carried by pedestrians, such as smart phones (or “smartphones") or electronic tablets or dedicated and communicating analysis devices.
  • some systems could be boats, planes, balloons probes, or airships, for example.
  • the complementary measurements from the second sensors C2 are preferably stored in correspondence with a schedule (for obtaining or receiving) and a measurement position in storage means, by the determination device DD, at least for a period of time. predefined, so that you can be reused at any time.
  • These storage means are part of the determination device DD or the information server SI. They may, for example, be in the form of a memory, possibly of the software type.
  • the processing means MT not only have many more air quality measurements, but also measures which for some are very much more accurate than the values estimated until now in places without first C1 sensors, to build a map of this outer zone Z.
  • Measurements of different origins and estimated values may be aggregated or combined and / or measurements may be used to modify estimated values.
  • the processing means (MT) may, for example, integrate in the mapping a complementary measurement associated with a first position when the estimated value corresponding to this first position has been determined with measurements that have been made at a distance from this first position greater than a chosen threshold.
  • a chosen threshold For example, the value of this threshold may be a function of the type of the outer zone considered.
  • the threshold associated with an area of a city may be smaller than the threshold associated with a campaign area.
  • the first vehicle V1 is remote from the analysis stations SA2, SA3 and SA4 by a distance greater than the threshold chosen when it transmits its complementary measurement with its position. and thus the processing means MT can integrate in the mapping this complementary measurement for the transmitted position of the first vehicle V1.
  • the fourth vehicle V4 is away from the analysis station SA5 by a distance greater than the threshold chosen when it transmits its complementary measurement with its position, and therefore the processing means MT can integrate in the cartography this complementary measurement for the transmitted position of the fourth vehicle V4.
  • the second vehicle V2 is away from the third analysis station SA3 by a distance much less than the threshold chosen when it transmits its complementary measurement with its position, and therefore the means of MT processing may not take into account in the mapping this complementary measure for the transmitted position of the second vehicle V2. For example, they can simply check that the estimated value for a position substantially identical to the transmitted position of the second vehicle V2 is substantially identical to the measurement complementary transmitted by the latter (V2).
  • processing means MT may also be arranged to maintain a complementary measurement, provided by a second movable sensor C2 and associated with a distance much smaller than the aforementioned threshold, when this complementary measurement makes it possible to have a more precise mapping at the scale considered (for example a street and / or at the heart of a traffic).
  • mapping may comprise estimated values equal to actual and recent complementary measurements provided by systems Vk moving in the outside zone Z considered.
  • the processing means MT when a complementary measurement associated with a first position differs from a percentage greater than a chosen threshold by an estimated value corresponding to this first position, it is possible (the MT processing means) (Fri) t, for example, assign to this complementary measure a first weight chosen and at this estimated value a second chosen weight, lower than the first weight. Then, (the processing means MT) may, for example, perform a weighted average of this complementary measure and this estimated value with their first and second assigned weights, respectively. Finally, it is possible (the processing means MT), for example, to replace in the cartography this value estimated by this weighted average.
  • the assigned weights may, for example, depend on the exceeding of the threshold by the complementary measure considered. But as a variant, the weights assigned can be predefined (and therefore independent of the threshold being exceeded).
  • This option also improves the accuracy of the information contained in the map. It will be understood that the smaller the value of the threshold, the more the map will include estimated values replaced by recent weighted averages, and therefore the greater the number of precise information it contains.
  • this simplified mathematical model minimizes the errors between the results of the numerical simulation and the complementary measurements of the second sensors C2 at the places where these complementary measurements are made.
  • this simplified mathematical model can be of the "production, convection, diffusion" type.
  • the minimization of errors at the measurement locations can, for example, be done using an optimization algorithm to determine the numerical parameters in front of the terms of production, convection, and diffusion. Once the errors have been minimized, a second fine mapping is available on the entire outside zone Z considered.
  • FIG. 2 schematically illustrates an example of an algorithm implementing a method for determining a map of the quality of the air according to the invention.
  • first sensors C1 fixedly installed in locations of known positions of the outer zone Z (for example in analysis stations SAj), begin to carry out measurements of the quality of the air which are transmitted to an information server SI.
  • the determination device DD determines estimated values of the air quality at locations of known positions of this outer zone Z from a numerical simulation of the air quality and air quality measurements made by the first C1 sensors. In a substep 30, the determination device DD constructs a mapping of the air quality of the outer zone Z with the estimated values.
  • systems Vk transmit to the information server SI complementary measurements made by their second sensors C2 with their respective current positions.
  • the determination device DD continues to construct the air quality mapping of the outer zone Z as a function also of complementary measurements made by the second sensors C2. More specifically, these complementary measurements are used by the determination device DD to modify estimated values, determined in places corresponding to their associated positions, when they differ from these estimated values.
  • the determination device DD prefferably, for the determination device DD to start by constructing a map with results of a numerical simulation and measurements made by the first sensors C1, and then that it modifies this map, for example periodically, with the complementary measurements provided by the second sensors C2 during the last calculation period and with the new recent (and thus updated) measurements made by the first sensors C1 during this same last calculation period.
  • each map which is made available to users of the information server SI, may correspond to a time interval that is in progress. Consequently, the map can evolve from one time interval to another, and from one day to the next, so as to be as representative as possible of the quality of the current air at the moment considered.
  • the information server SI may also comprise, as shown in non-limiting manner in FIG. 1, second communication means MC2 capable, on request, of providing a remote communication device EC via a communication network (possibly RC). ), at least part of the mapping determined by its determination device DD.
  • This communication equipment EC can, for example, be a smartphone or tablet or computer (fixed or portable) or a communication module fitted to a vehicle.
  • the first MC1 and second MC2 communication means are dissociated. But they could be one.

Abstract

Un procédé est dédié à la détermination d'une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure (Z). Ce procédé comprend une étape dans laquelle on détermine des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de la zone extérieure (Z) à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures effectuées par des premiers capteurs (C1 ) installés fixement dans cette zone extérieure (Z) et de mesures complémentaires effectuées par des seconds capteurs (C2) équipant des systèmes (V1 -V4) se déplaçant dans la zone extérieure (Z) et transmises avec les positions associées par voie d'ondes, puis on construit une cartographie de la qualité de l'air avec ces valeurs estimées.

Description

PROCÉDÉ ET DISPOSITIF DE DÉTERMINATION D'UNE CARTOGRAPHIE DE LA QUALITÉ DE L'AIR, PAR AGRÉGATION DE MESURES D'ORIGINES DIFFÉRENTES
L'invention concerne la détermination de cartographies de la qualité de l'air dans des zones extérieures.
Certains serveurs d'informations proposent des cartographies indiquant la qualité de l'air (comme par exemple le niveau de pollution ou la concentration d'au moins une espèce chimique (généralement des polluants sous forme gazeuse ou solide)) dans des zones extérieures. Ces cartographies sont construites avec des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues d'une zone extérieure. Ces valeurs estimées sont issues à la fois d'une simulation à l'aide d'outils numériques, qui prennent en compte des équations physiques et chimiques représentatives de l'atmosphère (modélisation déterministe) et capables de modéliser la distribution spatiale et temporelle de la pollution, et de mesures de la qualité de l'air. Ces mesures sont effectuées par des capteurs qui sont installés fixement dans des endroits de positions connues de la zone extérieure considérée. Ces capteurs fixes font généralement partie de stations d'analyse qui sont généralement installées à proximité de voies de circulation, de zones industrielles, et sur des places publiques ou sur des bâtiments.
L'utilisation des outils numériques précités résulte du fait qu'il est impossible d'installer partout des stations d'analyse, notamment pour une question de coût et de gestion. En fait, les outils numériques fournissent une cartographie globale avec un maillage de l'ordre du kilomètre, et l'on vient construire une cartographie locale (constituée par des valeurs estimées) à partir de cette cartographie globale en prenant en compte des mesures effectuées localement par des capteurs fixes.
On comprendra que plus la position associée à une valeur estimée est éloignée des positions des mesures qui contribuent à la déterminer, plus cette valeur estimée risque d'être éloignée de la réalité locale. Par conséquent, une cartographie s'avère assez précise dans les zones où sont implantées les stations d'analyse, mais souvent peu précise, voire erronée, dans les autres zones. De ce fait, il est difficile de bien informer les personnes qui utilisent de telles cartographies, et par exemple de leur proposer des trajets où elles seront certaines d'avoir une qualité de l'air supérieure à un seuil choisi.
On pourrait remédier à cet inconvénient relatif à la précision en utilisant des modèles mathématique plus fins, avec des données d'entrée plus précises (comme par exemple des inventaires d'émissions et des conditions météorologiques), mais, outre le coût, cela nécessiterait un temps de calcul très long, et donc inadapté aux besoins d'informations simulées en (quasi) temps réel.
L'invention a donc notamment pour but d'améliorer la situation.
Elle propose notamment à cet effet un procédé, destiné à déterminer une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure, et comprenant une étape dans laquelle on détermine des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de cette zone extérieure à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par des premiers capteurs installés fixement dans des endroits de positions connues de la zone extérieure, puis on construit une cartographie de la qualité de l'air avec ces valeurs estimées.
Ce procédé se caractérise par le fait que dans son étape on construit la cartographie en fonction également de mesures de qualité de l'air complémentaires effectuées par des seconds capteurs équipant des systèmes qui se déplacent dans la zone extérieure et transmises au moins avec les positions associées par voie d'ondes, ces mesures complémentaires étant utilisées pour modifier des valeurs estimées déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
On dispose ainsi non seulement de beaucoup plus de mesures de qualité de l'air, mais également de mesures qui pour certaines sont beaucoup plus précises que les valeurs estimées jusqu'alors dans des endroits dépourvus de premiers capteurs, pour construire la cartographie d'une zone extérieure. Le procédé selon l'invention peut comporter d'autres caractéristiques qui peuvent être prises séparément ou en combinaison, et notamment :
- dans l'étape on peut intégrer dans la cartographie une mesure complémentaire associée à une première position lorsque la valeur estimée correspondant à cette première position a été déterminée avec des mesures effectuées à une distance de cette première position qui est supérieure à un seuil choisi ;
- dans l'étape, lorsqu'une mesure complémentaire associée à une première position diffère d'un pourcentage supérieur à un seuil choisi d'une valeur estimée correspondant à cette première position, on peut attribuer à cette mesure complémentaire un premier poids choisi et à cette valeur estimée un second poids choisi, inférieur à ce premier poids, puis on peut effectuer une moyenne pondérée de ces mesure complémentaire et valeur estimée avec respectivement leurs premier et second poids attribués, puis on peut remplacer dans la cartographie cette valeur estimée par cette moyenne pondérée ;
- dans l'étape les mesures complémentaires peuvent être effectuées par des seconds capteurs qui équipent des systèmes choisis parmi (au moins) des véhicules et des équipements de communication mobiles ;
- les mesures peuvent être représentatives de la concentration d'au moins une espèce chimique.
L'invention propose également un dispositif, destiné à déterminer une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure, et comprenant des moyens de traitement agencés pour déterminer des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de cette zone extérieure à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par des premiers capteurs installés fixement dans des endroits de positions connues de la zone extérieure, puis pour construire une cartographie de la qualité de l'air avec ces valeurs estimées.
Ce dispositif se caractérise par le fait que ses moyens de traitement sont agencés pour construire la cartographie en fonction également de mesures de qualité de l'air complémentaires effectuées par des seconds capteurs équipant des systèmes qui se déplacent dans la zone extérieure et transmises au moins avec les positions associées par voie d'ondes, ces mesures complémentaires étant utilisées pour modifier des valeurs estimées déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
Par exemple, les moyens de traitement peuvent être agencés pour intégrer dans la cartographie une mesure complémentaire associée à une première position lorsque la valeur estimée correspondant à cette première position a été déterminée avec des mesures effectuées à une distance de cette première position supérieure à un seuil choisi.
Egalement par exemple, les moyens de traitement peuvent être agencés, lorsqu'une mesure complémentaire associée à une première position diffère d'un pourcentage supérieur à un seuil choisi d'une valeur estimée correspondant à cette première position, pour attribuer à cette mesure complémentaire un premier poids choisi et à cette valeur estimée un second poids choisi, inférieur au premier poids, puis pour effectuer une moyenne pondérée de ces mesure complémentaire et valeur estimée avec respectivement leurs premier et second poids attribués, puis pour remplacer dans la cartographie cette valeur estimée par cette moyenne pondérée.
L'invention propose également un serveur d'informations comprenant des premiers moyens de communication propres à recevoir des mesures de qualité de l'air via au moins un réseau de communication, et un dispositif de détermination du type de celui présenté ci-avant.
Par exemple, ce serveur d'informations peut également comprendre des seconds moyens de communication propres à fournir sur requête à un équipement de communication distant, via un réseau de communication, une partie au moins de la cartographie déterminée par son dispositif de détermination.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée ci-après, et des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 illustre schématiquement et fonctionnellement une zone extérieure d'une partie d'une ville, comprenant des voies de circulation sur lesquelles circulent des véhicules et bordées par des stations d'analyse, et un serveur d'informations comprenant un exemple de réalisation d'un dispositif de détermination selon l'invention, et
- la figure 2 illustre un exemple d'algorithme mettant en œuvre un procédé de détermination d'une cartographie de la qualité de l'air selon l'invention,
L'invention a notamment pour but de proposer un procédé destiné à permettre la détermination d'une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure Z.
On a schématiquement et fonctionnellement représenté sur la figure 1 une zone extérieure Z d'une partie d'une ville. Ici, seules les voies de circulation de cette ville ont été matérialisées. Des véhicules Vk circulent dans certaines de ces voies de circulation qui, pour certaines d'entre elles, sont bordées par des stations d'analyse SAj (ici j = 1 à 5) comprenant chacune au moins un premier capteur C1 chargé d'effectuer des mesures représentatives de la qualité de l'air localement. Par exemple, chaque mesure peut être représentative de la concentration d'au moins une espèce chimique dans l'air extérieur.
Par exemple, chaque premier capteur C1 peut comporter au moins un moyen d'analyse des oxydes d'azote (par exemple par chimiluminescence du monoxyde d'azote avec l'ozone, où l'émission de lumière est proportionnelle à la concentration en monoxyde d'azote) et/ou un moyen d'analyse de l'ozone (par exemple par absorption d'ultraviolets (UV) - le rayonnement UV en sortie de la cellule d'absorption étant converti en signal électrique corrélé à la concentration d'ozone) et/ou un moyen d'analyse du dioxyde de soufre (par exemple par mesure de l'intensité de la fluorescence UV des molécules excitées, laquelle est directement proportionnelle à la concentration de SO2) et/ou un moyen d'analyse des particules par la pesée gravi métrique.
Chaque station d'analyse SAj est agencée de manière à transmettre les mesures effectuées par son (ses) premier(s) capteur(s) C1 à un serveur d'informations SI. Cette transmission se fait via au moins un réseau de communication RC auquel est connecté le serveur d'informations SI. On notera que cette transmission peut se faire par voie filaire ou par voie d'ondes.
Comme indiqué plus haut, l'invention propose notamment un procédé destiné à permettre la détermination d'une cartographie de la qualité de l'air dans la zone extérieure Z. Ce procédé comprend une étape qui peut être mise en œuvre par un dispositif de détermination DD. Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 , le dispositif de détermination DD est installé dans le serveur d'informations SI. Cet agencement est avantageux, car on considère ici que c'est le serveur d'informations SI qui reçoit les mesures effectuées par les stations d'analyse SAj et donc qu'il peut les fournir au dispositif de détermination DD sans avoir à les retransmettre via un réseau de communication, ce qui retarderait leur traitement. Mais dans une variante de réalisation, ce dispositif de détermination DD pourrait être distant du serveur d'informations SI, mais couplé à ce dernier (SI) soit directement via une connexion (filaire ou non filaire), soit indirectement via un réseau de communication. Dans cette variante, le dispositif de détermination DD peut soit faire partie d'un équipement électronique muni de moyens de communication, soit constituer un équipement électronique muni de moyens de communication.
Par conséquent, le dispositif de détermination DD peut être réalisé soit sous la forme de modules logiciels (ou informatiques (ou encore « software »)) ; on est alors en présence d'un produit programme d'ordinateur comprenant un jeu d'instructions qui, lorsqu'il est exécuté par des moyens de traitement de type circuits électroniques (ou « hardware »), est propre à mettre en œuvre une partie du procédé de fourniture, soit sous la forme d'une combinaison de modules logiciels et de circuits électroniques.
Dans l'étape, du procédé selon l'invention, on (des moyens de traitement MT du dispositif de détermination DD) commence(nt) par déterminer des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de la zone extérieure Z à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par des premiers capteurs C1 installés fixement dans des endroits de positions connues de la zone extérieure Z. Il est rappelé que dans l'exemple illustré non limitativement, les premiers capteurs C1 sont installés dans des stations d'analyse SAj fixes, ces dernières (SAj) se chargeant de transmettre leurs mesures au serveur d'informations SI qui les communique ensuite aux moyens de traitement MT du dispositif de détermination DD.
Le serveur d'informations SI comprend donc des premiers moyens de communication MC1 connectés au réseau de communication RC et lui permettant de recevoir, notamment, les mesures des stations d'analyse SAj.
Les mesures issues des premiers capteurs C1 sont préférentiellement stockées en correspondance d'un horaire (d'obtention ou de réception) et d'une position de mesure dans des moyens de stockage, par le dispositif de détermination DD, au moins pendant un temps prédéfini, afin de pouvoir être réutilisées à tout moment. Ces moyens de stockage font partie du dispositif de détermination DD ou du serveur d'informations SI. Ils peuvent, par exemple, se présenter sous la forme d'une mémoire, éventuellement de type logiciel.
La simulation à l'aide d'outils numériques prend en compte des équations physiques et chimiques représentatives de l'atmosphère (modélisation déterministe) et capables de modéliser la distribution spatiale et temporelle de la pollution. Le résultat d'une telle simulation numérique est fourni au serveur d'informations SI et donc au dispositif de détermination DD qui se charge ensuite de déterminer une cartographie de la zone extérieure Z (constituée par des valeurs estimées) à partir de ce résultat et des mesures des premiers capteurs C1 .
Les valeurs estimées sont déterminées pour des instants donnés et pour des positions, qui sont situées entre les positions d'au moins deux stations d'analyse SAj, à partir au moins des mesures fournies par ces dernières (SAj) pour ces instants donnés. On comprendra que la valeur estimée à un instant donné pour une position située juste à côté d'une station d'analyse SAj sera sensiblement égale à la dernière mesure fournie par cette dernière (SAj) à cet instant donné, ou, si elle n'a pas été reçue depuis un certain temps (par exemple du fait d'une panne), à une valeur réestimée déterminée pour la même position à partir (du résultat) d'une simulation numérique et d'au moins une mesure d'au moins une autre station (de préférence la plus proche).
Les valeurs estimées sont préférentiellement stockées en correspondance d'un horaire de détermination et d'une position de mesure dans des moyens de stockage, par le dispositif de détermination DD, afin de pouvoir être réutilisées à tout moment. Ces moyens de stockage font partie du dispositif de détermination DD ou du serveur d'informations SI. Ils peuvent, par exemple, se présenter sous la forme d'une mémoire, éventuellement de type logiciel.
Puis, on (les moyens de traitement MT) construi(sen)t une cartographie de la qualité de l'air avec les valeurs estimées qu'ils ont déterminées et en fonction également de mesures de qualité de l'air complémentaires effectuées par des seconds capteurs C2 qui équipent des systèmes qui se déplacent dans la zone extérieure Z et qui sont transmises au moins avec les positions associées par voie d'ondes. Ces mesures complémentaires sont utilisées par les moyens de traitement MT pour modifier des valeurs estimées déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
Chaque second capteur C2 est chargé d'effectuer des mesures complémentaires qui sont représentatives de la qualité de l'air à l'endroit où se trouve temporairement placé le système qu'il équipe. Par exemple, chaque mesure complémentaire peut être représentative de la concentration d'au moins une espèce chimique dans l'air extérieur. Dans ce cas, chaque second capteur C2 peut, par exemple, comporter au moins un analyseur miniaturisé fournissant la valeur de la concentration (de préférence absolue et non pas relative) en N02 et/ou en 03 et/ou en composés organiques volatils (ou COVs) et/ou en S02 et/ou en CO et/ou en particules.
On comprendra que ces systèmes sont équipés de moyens de communication par voie d'ondes propres à se connecter à un réseau de communication pour transmettre les mesures effectuées par leurs seconds capteurs C2.
Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 , les systèmes, qui se déplacent dans la zone extérieure Z et qui sont équipés de seconds capteurs C2 et de moyens de communication par voie d'onde, sont des véhicules terrestres Vk (ici k = 1 à 4). Par exemple, ces véhicules terrestres Vk peuvent être des voitures, des véhicules utilitaires, des motocyclettes, des vélos, des bus (ou cars), des tramways, des engins de voirie, des engins de chantier, ou des camions. Mais ces systèmes pourraient être également des équipements de communication mobiles transportés par des piétons, comme par exemple des téléphones intelligents (ou « smartphones ») ou des tablettes électroniques ou encore des dispositifs d'analyse dédiés et communicants. On notera que dans d'autres applications certains systèmes pourraient être des bateaux, des avions, des ballons sondes, ou des dirigeables, par exemple.
Les mesures complémentaires issues des seconds capteurs C2 sont préférentiellement stockées en correspondance d'un horaire (d'obtention ou de réception) et d'une position de mesure dans des moyens de stockage, par le dispositif de détermination DD, au moins pendant un temps prédéfini, afin de pouvoir être réutilisées à tout moment. Ces moyens de stockage font partie du dispositif de détermination DD ou du serveur d'informations SI. Ils peuvent, par exemple, se présenter sous la forme d'une mémoire, éventuellement de type logiciel.
Grâce à ces mesures complémentaires qui sont fournies par des systèmes Vk qui se déplacent dans la zone extérieure Z, les moyens de traitement MT disposent non seulement de beaucoup plus de mesures de qualité de l'air, mais également de mesures qui pour certaines sont beaucoup plus précises que les valeurs estimées jusqu'alors dans des endroits dépourvus de premiers capteurs C1 , pour construire une cartographie de cette zone extérieure Z. Il en résulte une bien meilleure résolution spatiale, par exemple à l'échelle d'une rue, voire d'une portion de rue, et une bien meilleure représentativité de la pollution au sein d'un trafic comparativement à ce que l'on obtient avec des stations situées en bordure de voie de circulation. Cela permet donc de mieux informer les personnes qui utilisent de telles cartographies (piétons, cyclistes, automobilistes), et notamment et non limitativement de leur proposer des trajets où elles seront certaines d'avoir une qualité de l'air supérieure à un seuil choisi. Cela permet également aux communes (ou villes) de disposer de données de pollution plus précises sur un quartier, afin, par exemple, d'imaginer de nouveaux projets d'urbanisme ou de voirie ou encore de rénovation.
Des mesures d'origines différentes et des valeurs estimées peuvent être agrégées ou combinées et/ou des mesures peuvent être utilisées pour modifier des valeurs estimées.
Ainsi, dans l'étape du procédé, on (les moyens de traitement MT) peu(ven)t, par exemple, intégrer dans la cartographie une mesure complémentaire associée à une première position lorsque la valeur estimée qui correspond à cette première position a été déterminée avec des mesures qui ont été effectuées à une distance de cette première position supérieure à un seuil choisi. Par exemple, la valeur de ce seuil peut être fonction du type de la zone extérieure considérée. Ainsi, le seuil associé à une zone d'une ville pourra être plus petit que le seuil associé à une zone de campagne.
Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 , on peut considérer que le premier véhicule V1 est éloigné des stations d'analyse SA2, SA3 et SA4 d'une distance supérieure au seuil choisi lorsqu'il transmet sa mesure complémentaire avec sa position, et donc les moyens de traitement MT peuvent intégrer dans la cartographie cette mesure complémentaire pour la position transmise du premier véhicule V1 . De même dans cet exemple, on peut considérer que le quatrième véhicule V4 est éloigné de la station d'analyse SA5 d'une distance supérieure au seuil choisi lorsqu'il transmet sa mesure complémentaire avec sa position, et donc les moyens de traitement MT peuvent intégrer dans la cartographie cette mesure complémentaire pour la position transmise du quatrième véhicule V4. En revanche, dans cet exemple, on peut considérer que le deuxième véhicule V2 est éloigné de la troisième station d'analyse SA3 d'une distance très inférieure au seuil choisi lorsqu'il transmet sa mesure complémentaire avec sa position, et donc les moyens de traitement MT peuvent ne pas prendre en compte dans la cartographie cette mesure complémentaire pour la position transmise du deuxième véhicule V2. Par exemple, ils peuvent simplement vérifier que la valeur estimée pour une position sensiblement identique à la position transmise du deuxième véhicule V2 est sensiblement identique à la mesure complémentaire transmise par ce dernier (V2).
On notera que les moyens de traitement MT peuvent être également agencés pour conserver une mesure complémentaire, fournie par un second capteur C2 mobile et associée à une distance très inférieure au seuil choisi précité, lorsque cette mesure complémentaire permet d'avoir une cartographie plus précise à l'échelle considérée (par exemple une rue et/ou au cœur d'un trafic).
Ces options permettent d'améliorer notablement la précision des informations contenues dans la cartographie. On comprendra en effet que plus la valeur du seuil sera petite, plus la cartographie pourra comprendre des valeurs estimées égales à des mesures complémentaires réelles et récentes fournies par des systèmes Vk se déplaçant dans la zone extérieure Z considérée.
Par ailleurs, dans l'étape du procédé, lorsqu'une mesure complémentaire associée à une première position diffère d'un pourcentage supérieur à un seuil choisi d'une valeur estimée correspondant à cette première position, on (les moyens de traitement MT) peu(ven)t, par exemple, attribuer à cette mesure complémentaire un premier poids choisi et à cette valeur estimée un second poids choisi, inférieur au premier poids. Puis, on (les moyens de traitement MT) peu(ven)t, par exemple, effectuer une moyenne pondérée de cette mesure complémentaire et de cette valeur estimée avec respectivement leurs premier et second poids attribués. Enfin, on (les moyens de traitement MT) peu(ven)t, par exemple, remplacer dans la cartographie cette valeur estimée par cette moyenne pondérée.
Les poids attribués peuvent, par exemple, dépendre du dépassement du seuil par la mesure complémentaire considérée. Mais en variante, les poids attribués peuvent être prédéfinis (et donc indépendants du dépassement du seuil).
Cette option permet également d'améliorer la précision des informations contenues dans la cartographie. On comprendra en effet que plus la valeur du seuil sera petite, plus la cartographie comprendra des valeurs estimées remplacées par des moyennes pondérées récentes, et donc plus le nombre d'informations précises qu'elle contient sera élevé. Dans une variante de réalisation du procédé, on peut, par exemple, commencer par construire une première cartographie de la qualité de l'air de la zone extérieure Z avec les valeurs estimées à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par les premiers capteurs C1 . Cette première cartographie (qui fournit par exemple des valeurs estimées de concentration à l'échelle du kilomètre) est alors stockée dans des moyens de stockage. Puis, on utilise les mesures complémentaires effectuées par des seconds capteurs C2 (avec leurs positions courantes respectives) pour recalculer une seconde cartographie plus fine en fonction de la première cartographie stockée, en utilisant un modèle mathématique simplifié.
De préférence, ce modèle mathématique simplifié minimise les erreurs entre les résultats de la simulation numérique et les mesures complémentaires des seconds capteurs C2 aux endroits où ces mesures complémentaires sont effectuées. Par exemple, ce modèle mathématique simplifié peut être de type « production, convection, diffusion ». La minimisation des erreurs aux endroits des mesures peut, par exemple, se faire à l'aide d'un algorithme d'optimisation visant à déterminer les paramètres numériques devant les termes de production, de convection, et de diffusion. Une fois que les erreurs ont été minimisées, on dispose d'une seconde cartographie fine sur toute la zone extérieure Z considérée.
On a schématiquement illustré sur la figure 2 un exemple d'algorithme mettant en œuvre un procédé de détermination d'une cartographie de la qualité de l'air selon l'invention.
Dans une sous-étape 10, des premiers capteurs C1 , installés fixement dans des endroits de positions connues de la zone extérieure Z (par exemple dans des stations d'analyse SAj), commencent à effectuer des mesures de qualité de l'air qui sont transmises à un serveur d'informations SI.
Dans une sous-étape 20, le dispositif de détermination DD détermine des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de cette zone extérieure Z à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par les premiers capteurs C1 . Dans une sous-étape 30, le dispositif de détermination DD construit une cartographie de la qualité de l'air de la zone extérieure Z avec les valeurs estimées.
Dans une sous-étape 40, des systèmes Vk transmettent au serveur d'informations SI des mesures complémentaires effectuées par leurs seconds capteurs C2 avec leurs positions courantes respectives.
Dans une sous-étape 50, le dispositif de détermination DD continue de construire la cartographie de la qualité de l'air de la zone extérieure Z en fonction également de mesures complémentaires effectuées par les seconds capteurs C2. Plus précisément, ces mesures complémentaires sont utilisées par le dispositif de détermination DD pour modifier des valeurs estimées, déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées, lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
On notera qu'il est préférable, comme dans l'exemple de la figure 2, que le dispositif de détermination DD commence par construire une cartographie avec des résultats d'une simulation numérique et des mesures effectuées par les premiers capteurs C1 , puis qu'il modifie cette cartographie, par exemple périodiquement, avec les mesures complémentaires fournies par les seconds capteurs C2 pendant la dernière période de calcul et avec les nouvelles mesures récentes (et donc réactualisées) effectuées par les premiers capteurs C1 pendant cette même dernière période de calcul.
On notera également que chaque cartographie, qui est mise à la disposition d'usagers du serveur d'informations SI, peut correspondre à un intervalle de temps qui est en cours. Par conséquent, la cartographie peut évoluer d'un intervalle de temps à un autre, et d'un jour à l'autre, de manière à être la plus représentative possible de la qualité de l'air en cours à l'instant considéré.
On notera également que le serveur d'informations SI peut également comprendre, comme illustré non limitativement sur la figure 1 , des seconds moyens de communication MC2 propres à fournir sur requête à un équipement de communication EC distant, via un réseau de communication (éventuellement RC), une partie au moins de la cartographie déterminée par son dispositif de détermination DD. Cet équipement de communication EC peut, par exemple, être un téléphone intelligent ou une tablette électronique ou un ordinateur (fixe ou portable) ou encore un module de communication équipant un véhicule.
Dans l'exemple illustré non limitativement sur la figure 1 , les premiers MC1 et seconds MC2 moyens de communication sont dissociés. Mais ils pourraient ne faire qu'un.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de détermination d'une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure (Z), ledit procédé comprenant une étape dans laquelle on détermine des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de ladite zone extérieure (Z) à partir d'une simulation numérique de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par des premiers capteurs (C1 ) installés fixement dans des endroits de positions connues de ladite zone extérieure (Z), puis on construit une cartographie de la qualité de l'air avec lesdites valeurs estimées, caractérisé en ce que dans ladite étape on construit ladite cartographie en fonction également de mesures de qualité de l'air complémentaires effectuées par des seconds capteurs (C2) équipant des systèmes (Vk) se déplaçant dans ladite zone extérieure (Z) et transmises au moins avec les positions associées par voie d'ondes, ces mesures complémentaires étant utilisées pour modifier des valeurs estimées déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que dans ladite étape on intègre dans ladite cartographie une mesure complémentaire associée à une première position lorsque la valeur estimée correspondant à cette première position a été déterminée avec des mesures effectuées à une distance de ladite première position supérieure à un seuil choisi.
3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que dans ladite étape, lorsqu'une mesure complémentaire associée à une première position diffère d'un pourcentage supérieur à un seuil choisi d'une valeur estimée correspondant à cette première position, on attribue à cette mesure complémentaire un premier poids choisi et à cette valeur estimée un second poids choisi, inférieur audit premier poids, puis on effectue une moyenne pondérée desdites mesure complémentaire et valeur estimée avec respectivement leurs premier et second poids attribués, puis on remplace dans ladite cartographie ladite valeur estimée par ladite moyenne pondérée.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que dans ladite étape lesdites mesures complémentaires sont effectuées par des seconds capteurs (C2) équipant des systèmes (Vk) choisis dans un groupe comprenant des véhicules et des équipements de communication mobiles.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdites mesures sont représentatives de la concentration d'au moins une espèce chimique.
6. Dispositif (DD) pour déterminer une cartographie de la qualité de l'air dans une zone extérieure (Z), ledit dispositif (DD) comprenant des moyens de traitement (MT) agencés pour déterminer des valeurs estimées de la qualité de l'air en des endroits de positions connues de ladite zone extérieure (Z) à partir de simulations numériques de la qualité de l'air et de mesures de qualité de l'air effectuées par des premiers capteurs (C1 ) installés fixement dans des endroits de positions connues de ladite zone extérieure (Z), puis pour construire une cartographie de la qualité de l'air avec lesdites valeurs estimées, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour construire ladite cartographie en fonction également de mesures de qualité de l'air complémentaires effectuées par des seconds capteurs (C2) équipant des systèmes (Vk) se déplaçant dans ladite zone extérieure (Z) et transmises au moins avec les positions associées par voie d'ondes, ces mesures complémentaires étant utilisées pour modifier des valeurs estimées déterminées dans des endroits correspondant à leurs positions associées lorsqu'elles diffèrent de ces valeurs estimées.
7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés pour intégrer dans ladite cartographie une mesure complémentaire associée à une première position lorsque la valeur estimée correspondant à cette première position a été déterminée avec des mesures effectuées à une distance de ladite première position supérieure à un seuil choisi.
8. Dispositif selon l'une des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement (MT) sont agencés, lorsqu'une mesure complémentaire associée à une première position diffère d'un pourcentage supérieur à un seuil choisi d'une valeur estimée correspondant à cette première position, pour attribuer à cette mesure complémentaire un premier poids choisi et à cette valeur estimée un second poids choisi, inférieur audit premier poids, puis pour effectuer une moyenne pondérée desdites mesure complémentaire et valeur estimée avec respectivement leurs premier et 5 second poids attribués, puis pour remplacer dans ladite cartographie ladite valeur estimée par ladite moyenne pondérée.
9. Serveur d'informations (SI) comprenant des premiers moyens de communication (MC1 ) propres à recevoir des mesures de qualité de l'air via au moins un réseau de communication (RC), caractérisé en ce qu'il comprend î o en outre un dispositif de détermination (DD) selon l'une des revendications 6 à 8.
10. Serveur d'informations selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des seconds moyens de communication (MC2) propres à fournir sur requête à un équipement de communication (EC)
15 distant, via un réseau de communication (RC), une partie au moins de la cartographie déterminée par ledit dispositif de détermination (DD).
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