EP3834188A2 - Procédé et système de détection d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable - Google Patents

Procédé et système de détection d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable

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Publication number
EP3834188A2
EP3834188A2 EP19762441.4A EP19762441A EP3834188A2 EP 3834188 A2 EP3834188 A2 EP 3834188A2 EP 19762441 A EP19762441 A EP 19762441A EP 3834188 A2 EP3834188 A2 EP 3834188A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
photovoltaic
sensor
measurement signal
electrical quantity
determining
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Withdrawn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
EP19762441.4A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Nicolas Chaintreuil
Thierry CREUZET
Coline EMPRIN
Sylvain Lespinats
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.)
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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 Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Publication of EP3834188A2 publication Critical patent/EP3834188A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08G—TRAFFIC CONTROL SYSTEMS
    • G08G1/00—Traffic control systems for road vehicles
    • G08G1/01—Detecting movement of traffic to be counted or controlled
    • G08G1/04—Detecting movement of traffic to be counted or controlled using optical or ultrasonic detectors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a method and a system for detecting a living being or an object on a traffic lane.
  • the detection system may in particular be used in different applications, such as:
  • the patent US6417783B1 describes a solution which comprises a sensor mounted at the top of a mast placed at the roadside.
  • the solution notably uses photovoltaic cells to be autonomous in electrical energy and includes a wireless communication module to transmit the measurement data to a remote central unit.
  • a wireless communication module to transmit the measurement data to a remote central unit.
  • Patent application GB2478560A describes an "intelligent" signaling pad 0 integrated into the roadway.
  • This pad has the distinction of being active. Its operation consists in particular in employing a light detector to detect the intensity of light created by the lights of a vehicle, in processing the signal obtained thanks to a microprocessor and in activating or not signaling diodes according to the processed signal.
  • the stud is powered by a photovoltaic cell. This solution is not DD18780 AB
  • the object of the invention is to propose a method and a system for detecting the presence of a living being or of an object on a traffic lane, which is particularly simple to install, which does not impact the environment. in particular at the aesthetic level, which remains particularly robust to withstand the different climatic conditions or those which are linked to its implantation environment and which can adapt to different external operating conditions, in order to obtain optimal results.
  • This object is achieved by a method for detecting the presence of an object or of a living being on a traffic lane, implemented by a detection system which comprises:
  • Photovoltaic equipment comprising at least one photovoltaic sensor intended to be integrated into said traffic path
  • a detection step implemented to detect the presence of an object or of a living being when said characteristic variation parameters are identified and / or of determining characteristics of said object or of the living being detected from said parameters. variation in characteristics identified. DD18780 AB
  • the method comprises a step of preprocessing the measurement signal obtained.
  • the method comprises a step of determining the length of an object from the variation parameters characteristic of the measurement signal obtained for said measured electrical quantity.
  • the method comprises:
  • the electrical quantity is chosen from the short-circuit current of the photovoltaic equipment, the open circuit voltage of the photovoltaic equipment, the maximum power current of the photovoltaic equipment, the maximum power voltage of photovoltaic equipment or a combination of several of these parameters.
  • the level of brightness is determined from several thresholds delimiting at least three zones:
  • the method consists in measuring two electrical quantities.
  • the invention also relates to a system for detecting the presence of a living being or of an object on a traffic lane, said system including:
  • Photovoltaic equipment comprising at least one photovoltaic sensor intended to be integrated into said traffic path
  • Means for processing the measurement signal obtained for said at least one measured electrical quantity comprising a module for determining variation parameters characteristic of said measured electrical magnitude and a first detection module configured to detect the presence of a vehicle or a living being when said characteristic variation parameters are identified.
  • the processing means are configured to apply a preprocessing to said measurement signal obtained.
  • the processing means are configured to apply to the measurement signal obtained an extraction solution chosen from one or more of the following solutions:
  • the processing means comprise a module for determining the length of an object from the variation parameters
  • the photovoltaic equipment comprises a first photovoltaic sensor and a second photovoltaic sensor, said second photovoltaic sensor being spaced by a non-zero fixed distance relative to the first photovoltaic sensor according to a direction of circulation of the object or said living being on said floor,
  • the processing means comprise a module for determining the speed of said object from said fixed distance between said first photovoltaic sensor and said second photovoltaic sensor, from a first detection instant5 determined on a first measurement signal obtained for said electrical quantity measured at the first photovoltaic sensor and at a second detection instant, distinct from the first detection instant, determined on a second measurement signal obtained by said electrical quantity measured at the second photovoltaic sensor.
  • the electrical quantity is chosen from the short-circuit current of the photovoltaic equipment, the open circuit voltage of the photovoltaic equipment, the maximum power current of the photovoltaic equipment, the maximum power voltage of photovoltaic equipment or a combination of several of these parameters.
  • the system comprises a brightness sensor configured to supply brightness data to the processing means and in that the processing means are configured to determine the electrical quantity measured as a function of said brightness data supplied by the sensor of brightness.
  • the photovoltaic equipment comprises one or more photovoltaic cells.
  • the photovoltaic equipment is produced in the form of one or more photovoltaic panels glued to the road.
  • each photovoltaic panel is in the form of a one-piece element comprising a first layer forming said sensor.
  • the system comprises a communication module configured to exchange data with a remote central unit 5 by wired or wireless link.
  • FIG. 1A schematically illustrates the detection system of the invention used to detect an object or a living being on a traffic lane;
  • FIG. 1B represents a particular embodiment of the system of the invention
  • FIG. 2 schematically illustrates, according to a particular embodiment, an example of the structure of the detection system of the invention
  • FIG. 3 schematically represents a photovoltaic type sensor which can be used in the detection system of the invention
  • FIGS. 4A to 4C represent several alternative embodiments of a photovoltaic sensor of the detection system of the invention.
  • FIG. 5 represents a curve l-V characteristic of a photovoltaic element (cell or module), showing the parameters of interest for the system of the invention
  • FIG. 6 represents curves l-V characteristic of a photovoltaic element (cell or module) obtained according to different levels of irradiance
  • FIG. 7 represents a curve of variation of the power generated by a photovoltaic sensor as a function of time, which makes it possible to illustrate the characteristic parameters of variation during the presence of shading on the sensor;
  • FIGS. 8A and 8B represent two curves of variation of the voltage in open circuit measured by a system sensor, during the passage of a vehicle5 provided with lighting, on the traffic lane, respectively at night and in low light; DD18780 AB
  • FIG. 9 represents a particular embodiment of the detection system of the invention, in which two photovoltaic sensors of the system are separated by a fixed distance;
  • FIG. 10 represents two variation curves of the power generated by
  • Figures 1 1 A and 1 1 B each show two curves of variation of the open circuit voltage generated by two photovoltaic sensors of the system0 as a function of time, the two sensors being separated by a fixed distance, Figure 1 1 A being obtained by night measurement and Figure 1 1 B by measurement at dusk; This figure illustrates the principle of determining the speed of the vehicle under these particular conditions;
  • FIG. 12 illustrates the principle of determining the length of a vehicle by the detection system of the invention
  • FIG. 13 represents the power variation curve obtained by the system of FIG. 12, and illustrating the principle of determining the length of a vehicle
  • FIGS. 14A and 14B represent a curve of variation of the current as a function of time making it possible to illustrate the passage respectively of a heavy vehicle and a cyclist over a sensor of the detection system of the invention
  • the invention relates to a system 2 for detecting a living being or an object on a traffic lane. This principle is shown diagrammatically in FIG. 1 A.
  • road we mean for example a road or equivalent, a path, a cycle track, a parking lot (underground or not), a sidewalk ...
  • the detection system 2 notably comprises a photovoltaic type equipment 0 integrated into the traffic lane (for example the road in FIG. 1A).
  • photovoltaic equipment subjected to light energy, makes it possible to produce electrical energy.
  • the photovoltaic equipment comprises one or more photovoltaic sensors C_pv_i (i can range from 1 to n depending on the configuration5 of the system).
  • Figure 1A shows a single photovoltaic sensor system C_pv_1.
  • each photo voltaic sensor C_pv_i in the system can DD18780 AB
  • Photovoltaic cells can be organized in series / parallel in each collector or photovoltaic element used. They can be encapsulated to be protected from external elements (humidity, shocks ).
  • the sensor C_pv_i is represented with a chain of Photovoltaic cells Cell_k connected in series.
  • Bypass diodes can be used in each photovoltaic sensor in the system.
  • a bypass diode is for example placed in parallel with a group of cells in series and makes it possible to derive the current of the group of cells when one of the cells of group 0 is shaded. Without such a diode, the shadow cells heat up and are susceptible to destruction.
  • the detection system 2 comprises means of measurement M_V, MJ of at least one electrical quantity at one or more of the photovoltaic cells of the sensor.
  • the sensors of the photovoltaic equipment5 can be identical or different, in particular in the electrical quantity measured / monitored.
  • Each C_pvJ photovoltaic sensor can be produced in the form of one or more photovoltaic panels of the type described in patent applications W02016 / 016165A1 and W02016 / 016170A1.
  • the slabs can be placed contiguously and contiguously on the traffic lane.
  • FIG. 4A represents an architecture with three contiguous photovoltaic panels, each panel itself integrating several photovoltaic cells.
  • the three tiles can be combined in the same system sensor, or each form a separate sensor from the system or even from several systems.
  • Each panel can include one or more photovoltaic sensors of the detection system.
  • each sensor of the photovoltaic equipment can comprise either a photovoltaic cell for measuring the short-circuit current Icc (FIG. 4B) because a large surface area maximizes the value of Icc , i.e. a set of cleaved cells (cut into small pieces - Figure 4C) put in series to measure the open circuit voltage Voc with greater precision (Nb of cells x 0.6V in series, because each cell provides 0 , 6V), either a combination of the two means, or yet another structure.
  • Icc short-circuit current
  • the detection system 2 can comprise a BATT battery charged by said photovoltaic equipment and which makes it possible to make the detection system completely autonomous in electrical energy, day and night.
  • the system can then include an electrical energy management module.
  • a C_pv_i photovoltaic sensor as used in the system can be used in at least two separate configurations. In a first configuration, it can fulfill both a sensor role and an electrical energy generation role. To generate electrical energy, it is then connected to a CONV converter of the system, controlled to charge a battery or to send electrical energy back to the electrical network.
  • each photovoltaic sensor is therefore designed and installed to operate in the following two operating modes:
  • the photovoltaic sensor 5 is therefore connected to the CONV converter connected to the electrical network and / or to a battery (for example that of the system) to supply electrical energy;
  • a non-production operating mode The sensor is therefore used only in sensor mode to carry out the measurements necessary for detection;
  • the system can then include switching means for connecting / disconnecting each photovoltaic sensor of the converter and thus changing from the production operating mode to the non-production operating mode and vice versa.
  • the sensor C_pv_i can only fulfill its role as a sensor.
  • the photovoltaic sensor is therefore designed and installed to operate only in a non-production operating mode as defined above. It is then used mainly as a sensor (only a power supply function of the detection system can still be assigned to it in order to make the system autonomous - but we will still consider that its main function is that of sensor).
  • the system 2 can also include one or more COM communication modules controlled to receive measurement data from the measurement means and send data to a remote central processing unit 1.
  • Communication modules can be wired or wireless. They are controlled by the processing means to send / receive the data.
  • the photovoltaic equipment used in the detection system may be part of a more global photovoltaic installation, intended for electrical production only.
  • This photovoltaic installation of electrical production can be formed of
  • a first principle of the invention consists in determining the electrical quantity or quantities to be measured, according to the ambient light level. In other words, it is a question of taking account of the fact that it is day, night or that it is an intermediate situation, between day and night.
  • the electrical quantity measured at one or more cells of the photovoltaic equipment of each sensor and necessary for its operation as a sensor is advantageously an electric current and / or5 an electric voltage.
  • the electrical quantity or the electrical quantities can thus be chosen from:
  • Each sensor of the photovoltaic equipment of the system can therefore integrate means for measuring one or more of these electrical quantities (see above 5 means of measurement M_V, M l).
  • photovoltaic equipment (cell or module with several cells) is characterized by a characteristic curve IV as shown in FIG. 5 and which is directly linked to the characteristic of the photovoltaic cell that it uses.
  • the voltage which is present when no current flows 0 is called open circuit voltage Voc.
  • the current present when there is no voltage is called short-circuit current Icc.
  • the point of maximum power of the photovoltaic equipment corresponds to the point of nominal efficiency of the equipment.5 It is defined by a voltage called voltage at maximum power V mpp and by a current called current at maximum power l mpp .
  • Figure 6 shows the curves DD18780 AB
  • a second principle of the invention consists in determining the phenomenon to be detected, as a function of the level of brightness determined, in order to deduce therefrom the processing mode to be carried out. It will then be a question of knowing whether we are in the case of detection of a shade (in general when it is day) or in the case of an increase in light (in general when it is night, by the light generated by vehicle lights). Depending on the phenomenon to be detected, the processing mode of the measured signal will be different.
  • the system may include a CJum light sensor configured to measure the ambient light of the system and determine, as a function of the light level, the relevant electrical quantity or quantities as well as the phenomenon to be detected.
  • a CJum light sensor configured to measure the ambient light of the system and determine, as a function of the light level, the relevant electrical quantity or quantities as well as the phenomenon to be detected.
  • the ambient light level and therefore the day / night distinction, is determined directly by the photovoltaic sensor itself.
  • the detection system includes processing means.
  • the processing means may include at least one central processing unit UC and storage means, for example integrated into the central processing unit. They can be in the form of a programmable controller comprising input modules and output modules. On these input modules, the processing means can receive:
  • the detection system 2 can include several sensors (C_pv_1, 5 C_pv_2 as in Figure 2 described below), it can include a central unit DD18780 AB
  • the processing means are configured to execute different modules
  • One or more control modules intended to place the detection system 2 in the configuration desired and necessary for the detection (control of each sensor in production mode or non-production mode, ...);
  • the processing means can disconnect the production mode and switch to non-production mode.
  • the electrical quantity or quantities to be measured may differ.
  • the system In production mode, the system can rely on measurements of the current at maximum power and / or the voltage at maximum power.
  • non-production mode the system can rely on measurements of the short-circuit current and / or the open circuit voltage.
  • the brightness level can be characterized from several thresholds.
  • the processing means can be configured to manage several thresholds defining the following operating zones:
  • a first zone defined under a low brightness threshold The processing means are in a "night" processing mode;
  • the processing means are in a "day" processing mode
  • a third intermediate zone situated between the two brightness thresholds The processing means are in an intermediate day / night processing mode.
  • FIG. 1B represents a detection system as described above, all the components of which are integrated in one and the same monobloc element, forming a slab to be bonded to the traffic lane.
  • a first upper layer forms the photovoltaic sensor.
  • One or more lower layers5, produced in one or more housings, contain the electronic circuits of the system, the central unit UC, the means for measuring current MJ and voltage M_V, the converter CONV, the battery BATT, and the module for COM switching.
  • Several slabs of this type can be glued to the traffic lane, for example contiguously or spaced depending on the application envisaged (speed measurement, de0 length, simple detection, etc.).
  • Each panel of this type can communicate with the remote central unit 1 thanks to its COM communication module, by wired or wireless link (for example via a ZIGBEE type network).
  • FIG. 2 schematically represents an exemplary embodiment of the detection system.
  • the system can have the following characteristics: DD18780 AB
  • At least one first sensor C_pv_1 is configurable in production mode or in non-production mode
  • Processing means can control the operating mode of the first sensor, to place it in production mode or in
  • At least one second sensor C_pv_2 is in non-production mode only, dedicated to measurements;
  • the processing means UC can control the current measurement means and the voltage measurement means at the level of each sensor.
  • C_pv_1 or C_pv_2 in an individualized manner (this principle is schematized by the control points S_V_1, S_l_1, S_V_2, S_l_2 which make it possible to connect / disconnect the measurement means of the central unit);
  • the processing means UC can determine which electrical quantity (s) is (are) useful for the system, taking account for example of the level of brightness, of the processing mode to be carried out (shading detection or increase in light) and of the operating mode in production or out of production of each sensor, and thus receive the measurement data of each selected electrical quantity (this principle is shown diagrammatically by the 0 control points S_V_1 .1, S_V_1 .2, S_l_1. 1, S_l_1 .2 for the first sensor and by the control points S_V_2.1, S_V_2.2, Sl_2.1, S_l_2.2 for the second sensor, these control points being controlled by the central processing unit UC to select each electrical quantity to be treated); In FIG. 4, all the control points controlled by the central unit are generally defined5 S X.
  • the detection system of the invention can be integrated into a more general electrical production installation comprising photovoltaic modules (for example in the form of panels) dedicated to the production of electricity.
  • Figure 2 thus shows a photovoltaic module M_pv connected to a converter to supply electrical energy to charge a battery.
  • the detection system can DD18780 AB
  • the electrical production is only intended for the electrical supply of the detection system, a low power is then taken to supply the detection system.
  • the measurements carried out can then be based on variations in the open circuit voltage Voc of the equipment. Excess energy not needed to power the system will be stored in a battery or a super-capacity to allow the system to operate autonomously, especially at night.
  • the detection system 2 can rely on both the variations of the short-circuit current Icc and the open circuit voltage Voc.
  • a sensor dedicated to the measurement for example infrared or other
  • infrared or other can be integrated into the system and activated.
  • Processing can easily be carried out and configured to extract the characteristic parameters necessary for one or more of the aims pursued (see below, detection, determination of speed, length, etc.). It can be integrated into the CPU central unit.
  • the extraction solutions executed by the processing circuit can be for example:
  • a second phenomenon related to lighting which can be produced by an object such as a vehicle in the direction of one or more sensors of the photovoltaic equipment of the system;
  • the phenomenon to be considered takes into account the ambient light level and the detection system is configured to adapt the processing mode of the measured signal or of the measured signals according to the phenomenon to be detected.
  • different processing modes is meant that the characteristic parameters of the measured signal to be detected may be different. 5 DD18780 AB
  • Photovoltaic type sensors are indeed suitable tools for detecting the presence of an object (such as a vehicle) by the shading created by the object, this shading in fact causing a reduction in the irradiance on the sensor. .
  • the presence of a shade on at least one photovoltaic sensor of the system causes a decrease in the electric production (in terms of current, power or both depending on the configuration of the sensor) as long as the shadow touches the sensor.
  • This first phenomenon is dependent on the external irradiance supply and is therefore mainly operating during the day. However, it generally remains present and detectable at night thanks to the 0 luminous contribution of the stars and ambient lighting when it is present.
  • the detection of the shading generated by the passage of the vehicle over at least one sensor of the photovoltaic equipment of the system can be carried out in different ways:
  • the voltage across the sensor of the photovoltaic equipment is generally imposed by the application (which is generally a static converter) which therefore defines the current level resulting at maximum power0 IMPP.
  • the parameter variation will therefore be easier to measure on the current than on the voltage. Indeed, the current remains the variable parameter because imposed only by the amount of radiation received.
  • the system performs this monitoring using at least two separate sensors from the photovoltaic equipment, a first photovoltaic sensor C_pv_1 intended for measuring the short-circuit current and a second photovoltaic sensor C_pv_2 intended for measuring the voltage in circuit. open.
  • the two measures can be time synchronized.
  • the processing means can be common to the two sensors.
  • monitoring the short-circuit current Icc is much more relevant for detection whereas it is much less at night.
  • the sensor of equipment not used for detection can be used to charge the system battery.
  • Figure 7 shows a power curve illustrating the passage of a vehicle5 on the photovoltaic equipment of the system.
  • the time T3 at the end of the shading is also identified by the increase in the power produced.
  • the level of production of the sensor when it is completely shaded i.e. the low level of the niche.
  • This value should be considered compared to what should have been received in the absence of shading, which can be interpolated from other sensors of the equipment irradiated and not impacted by the shading or from the level of the niche when it is in its upper part.
  • the presence of an object can be concluded when the voltage drops below a given threshold value.
  • the second phenomenon detectable by a photovoltaic equipment sensor is linked to the clean lighting of a vehicle. Indeed, it can be seen that the light equipment of a vehicle (in particular the dipped or main beam headlights, but also the rear lights and the lighting of the license plate) generate an additional amount of light generating a significant response to the level of a system sensor. 5 Note that this second phenomenon can be measured with the same means as the first. On the other hand, the measurement is ideally based on the measurement of the open circuit voltage Voc, the latter being much more sensitive than the current in the event of weak radiation.
  • the open circuit voltage makes it possible to detect and measure the passage of the vehicle via the light emitted by its headlights (dipped or / and road or / and fog lights and / and license plate rear lights), combined or not with a artificial light.
  • the detection system becomes suitable for other applications, such as:
  • the signature on the open circuit voltage Voc is here different from that which is observable during the day.
  • the open circuit voltage Voc is low, or even zero, in the absence of lighting of the vehicle. Then the different characteristics of the curve are as follows:
  • the voltage increases with a steeper slope, which corresponds to the passage of the vehicle above the system sensor.
  • the voltage forms a positive peak, representative of the detection of the light generated essentially by the lighting of the license plate.
  • the two phenomena i.e. detection of shading and detection of brightness by the sensor
  • the first phenomenon is mainly observed during the day and the second occurs mainly at night. They are nevertheless easily uncorrelated when they occur simultaneously (the first generates in fact what corresponds to a drop in production at the level of the photovoltaic sensor compared to the basic level while the second generates what corresponds to an increase in the production).
  • the passage of a vehicle can be announced. For example in the case of dawn or twilight, we could observe the case presented in Figure 8B, corresponding to the monitoring of the open circuit voltage Voc in low light. In this situation, the vehicle has its lights on. 5 In FIG. 8B, we thus:
  • T 1 and T2 a distinction is made between the vehicle approach phase marked by an increase in open circuit voltage.
  • a T5 corresponds to a positive peak, representative of the detection of the light generated essentially by the vehicle registration plate on the sensor. 5
  • the open circuit voltage Voc here has the advantage of being extremely sensitive to light. So, in case the vehicle does not have its lights on DD18780 AB
  • the measurement method can still detect the vehicle in a situation of twilight, dawn or the presence of artificial lighting (for example in the city).
  • the great sensitivity of the system to the light of the license plate is noted, which even if it is weaker than that of the rear lights, is preponderant because it is oriented perpendicular to the sensor.
  • the 0 associated time curve makes it possible to estimate several parameters:
  • the detection of the presence of an object is revealed by a disturbance on the measurements of one or more monitored electrical quantities.
  • the second phenomenon detection of brightness, for example the lights of a vehicle
  • FIGS. 7 to 8B described above make it possible to illustrate the principle of presence detection.
  • the disturbance takes the form of a slot more or less long depending on the length of the vehicle, its speed, ...
  • the disturbance 5 is more akin to at least one negative peak (or double peak).
  • FIG. 14B presents for example a measurement made during the passage of a cyclist.
  • the detection time (the peak at T1) is much shorter than for a car.
  • the minimum value reached by the slot is not as low as that which can be observed during the passage of a car.
  • the disturbance comprises small successive peaks (and a lack of continuity).
  • the reliability of the measurement will then depend essentially on the efficiency of the algorithm detecting the edges0 of the disturbance, and on the quality of coordination of the time stamping of the measurements.
  • FIG. 9 illustrates a principle of embodiment of the system, allowing the determination of the speed of a vehicle.
  • a first sensor C_pv_1 is formed of a first series of three photovoltaic panels connected in series and a second sensor C_pv_2 (advantageously identical to the first) is formed of a second series (identical to the first) of three photovoltaic panels connected in series, separated from the first series by a known distance along the length of the traffic lane.
  • the same principle can be duplicated to occupy the entire width of the traffic lane.
  • This configuration example makes it possible to easily measure the speed of the vehicle regardless of its size using the two sensors, by measuring the interval of 0 time between the start of the signature on the first sensor and the start of the signature on the second sensor and taking into account the distance D between the two sensors (known parameter).
  • Figure 10 shows the power variation curves obtained on each of the two sensors.
  • the distance D plotted on the time axis is there to show5 that the known distance between the two sensors C_pv_1, C_pv_2 makes it possible to estimate the speed of the vehicle thanks to the time offset measured between the responses of the series of panels.
  • the speed of the object is then equal to the distance D between the sensors divided by the time of offset between the curves, regardless of the size of the vehicle.
  • This principle can of course be transposed whatever the electrical magnitude0 monitored and whatever the phenomenon monitored (shading during the day, or voltage peak in open circuit at night).
  • Figures 1 1 A and 1 1 B illustrate respectively the passage of a vehicle at night and the passage of a vehicle at dusk. In both cases, we notice the production of the same signal on each of the two sensors.
  • T2 is worth around 700 ms (i.e. 0.0001944h).
  • T 2 the time of the lower part of the slot (corresponding to the length 4.10m divided by the speed v of the vehicle) and T 3 the ascent time (corresponding to the illumination of the panel of 0.70m divided by the speed v of the vehicle).
  • T 3 the ascent time (corresponding to the illumination of the panel of 0.70m divided by the speed v of the vehicle).
  • the slot (observable in FIG. 13) consists successively of a power value at a high level, of a step of decrease (rapid, but not instantaneous) of the power, of a phase where the power is low, an ascent phase and a phase where the power is high.
  • the time measurement Ti corresponds to the time at the ends of the descent phase. It must be equal to the time of DD18780 AB
  • T2 can be defined, either from the start of the descent until the start of the ascent, or from the start of the low period until the end of the ascent.
  • the length of the module will be taken into account if we consider the totality of the signature (do not take it into account if we consider only the low state).
  • the shading will occur simultaneously on all the strings of the PV module without effect on the triggering of the bypass diodes (no steps observed in the fall of the current and in its ascent). The drop in current will therefore be close to a linear function over time.
  • the length L of the vehicle can then be calculated from the following relation:
  • Photovoltaic cells are semiconductors that are sensitive to temperature. It is known that the open circuit voltage Voc is more strongly influenced by temperature than the short-circuit current Icc. The photovoltaic cells could then be used to estimate the temperature directly5 at the level of the asphalt of the traffic lane: an advantage is to detect conditions of DD18780 AB
  • the detection system is easy to set up; It can in particular be presented in the form of a one-piece element carrying all the components necessary for its operation (sensor, treatment, battery) in a limited space (in particular in thickness).
  • the detection system may include a single sensor, sufficient to implement the features of the invention.
  • the system is perfectly reliable; It allows object detection (especially of vehicles) under different operating conditions (day, night, high or low light).
  • the system can be used in different types of traffic routes, including road, bicycle path, pedestrian crossing, underground parking ...
  • the system makes it possible to determine a certain number of parameters, such as the presence of an object or of being alive, speed of the object or of the living being, length of the object, width of the object, temperature of the track, ... 5

Landscapes

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Abstract

L'invention concerne un procédé de détection de présence d'un objet ou d'un être vivant sur une voie circulable, mis en œuvre par un système de détection qui comporte : - Un équipement photovoltaïque comprenant au moins un capteur photovoltaïque (C_pv_i), - Des moyens de mesure d'au moins une grandeur électrique (ICC, VOC, Impp, Vmpp) au niveau dudit capteur photovoltaïque, - Des moyens de traitement de ladite au moins une grandeur électrique mesurée, Ledit procédé comportant : - Une étape de mesure d'au moins une grandeur électrique au niveau dudit capteur photovoltaïque en vue d'obtenir un signal de mesure, - Une étape de détermination de paramètres de variation caractéristiques du signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée, - Une étape de détection mise en œuvre pour détecter la présence d'un véhicule ou d'un être vivant lorsque lesdits paramètres de variation caractéristiques sont identifiés.

Description

Procédé et système de détection d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable
Domaine technique de l'invention
La présente invention concerne un procédé et un système de détection d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable.
De manière non limitative, le système de détection pourra notamment être utilisé dans différentes applications, telles que :
- Détection de présence de véhicules en vue de réaliser un comptage,
Détection de positionnement d'un véhicule sur une voie,
Détection pour allumage/extinction de l'éclairage urbain,
- Avertissement de présence sur un passage piéton,
Détection de densité de trafic,
- Mesure de sens de circulation des véhicules sur la voie,
Communication entre véhicule et la voie pour information sur les conditions de circulation : ralentissement, embouteillages, pluie, gel,
- Calcul de la vitesse d'un véhicule sur la voie,
Estimation de la taille (longueur ou largeur) d'un véhicule,
- Estimation de la température de la voie,
- Calcul de la trajectoire (détection de risque de sortie de route, voir alerte de sortie de route pour un système positionné dans un lieu dangereux),
Analyse des véhicules sur le réseau routier : flux de véhicules, prévision d’embouteillage, ...
- Mesure des distances (de sécurité) entre deux véhicules,
Détection de véhicules arrêtés sur la chaussée, sur la bande d’arrêt d’urgence, sur un stationnement interdit ou dangereux, etc...
- Comptage des véhicules dans une zone (parking y compris souterrain, etc...),
Détection de franchissement (feu rouge, stop, priorité, etc...),
- Détection de véhicule en amont pour améliorer la sécurité de personnes
travaillant sur ou à proximité de la voie, DD18780 AB
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Détection de présence de piéton(s), d’animaux,
Détection de fauteuil roulant pour adapter les voies piétons,
Détection de présence pour déclencher un éclairage urbain, un affichage de sécurité ou publicitaire,...
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Etat de la technique
Il existe aujourd'hui un certain nombre de solutions qui permettent de détecter la présence d'un véhicule sur une route.
Le brevet US6417783B1 décrit une solution qui comporte un capteur monté en0 haut d'un mât placé en bordure de route. La solution utilise notamment des cellules photovoltaïques pour être autonome en énergie électrique et comporte un module de communication sans fil pour transmettre les données de mesure vers une unité centrale distante. Une telle solution n'est cependant pas optimale. Elle est en effet peu pratique à installer et elle s'avère particulièrement peu esthétique.
5 Récemment, il a été proposé de fonctionnaliser des infrastructures, notamment les voies circulables, c'est-à-dire les routes, les parkings, les pistes cyclables, en intégrant directement dans la chaussée des moyens de signalisation et/ou un équipement photovoltaïque pour capter l'énergie solaire et la transformer en une énergie électrique utilisable directement et/ou renvoyée vers le réseau électrique. Les demandes0 de brevet WO2016/016165A1 , WO2016/016170A1 et WO2014/125415A1 décrivent par exemple des dalles photovoltaïques à coller sur la voie circulable, permettant de capter l'énergie lumineuse pour la transformer en énergie électrique.
Il existe cependant un besoin d'aller encore plus loin dans la fonctionnalisation d'une infrastructure telle qu'une voie circulable et de proposer de nouvelles5 fonctionnalités qui permettent d'améliorer la sécurité, de signaler un danger, de fournir aisément des informations aux centres de contrôle,... Ces nouvelles fonctionnalités doivent être apportées par un système simple, facile à installer et robuste pour supporter les conditions d'usage en milieu urbain ou extra-urbain.
La demande de brevet GB2478560A décrit un plot de signalisation "intelligent"0 intégré à la chaussée. Ce plot présente la particularité d'être actif. Son fonctionnement consiste notamment à employer un détecteur de luminosité pour détecter l'intensité de lumière créée par les feux d'un véhicule, à traiter le signal obtenu grâce à un microprocesseur et à activer ou non des diodes de signalisation en fonction du signal traité. Le plot est alimenté par une cellule photovoltaïque. Cette solution ne s'avère DD18780 AB
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3 cependant pas suffisante pour s'adapter à certaines conditions externes de fonctionnement (niveau de luminosité notamment).
Le but de l'invention est de proposer un procédé et un système de détection de 5 la présence d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable, qui soit particulièrement simple à installer, qui n'impacte pas l'environnement notamment au niveau esthétique, qui reste particulièrement robuste pour supporter les différentes conditions climatiques ou celles qui sont liées à son environnement d'implantation et qui puisse s'adapter à différentes conditions externes de fonctionnement, en vue d'obtenir des résultats0 optimaux.
Exposé de l'invention
Ce but est atteint par un procédé de détection de présence d'un objet ou d'un être vivant sur une voie circulable, mis en œuvre par un système de détection qui 5 comporte :
Un équipement photovoltaïque comprenant au moins un capteur photovoltaïque destiné à être intégré à ladite voie circulable,
Des moyens de mesure d'au moins une grandeur électrique au niveau dudit capteur photovoltaïque,
0 - Des moyens de traitement de ladite au moins une grandeur électrique mesurée,
Ledit procédé comportant :
Une étape de détermination d'un niveau de luminosité ambiant,
Une étape de détermination d'au moins une grandeur électrique à mesurer5 en fonction du niveau de luminosité ambiant déterminé,
Une étape de détermination d'un mode de traitement à exécuter en tenant compte du niveau de luminosité ambiant déterminé,
Une étape de mesure d'au moins une grandeur électrique au niveau dudit capteur photovoltaïque en vue d'obtenir un signal de mesure,0 - Une étape de détermination de paramètres de variation caractéristiques du signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée,
Une étape de détection mise en œuvre pour détecter la présence d'un objet ou d'un être vivant lorsque lesdits paramètres de variation caractéristiques sont identifiés et/ou de détermination de caractéristiques dudit objet ou de5 l'être vivant détecté à partir desdits paramètres de variation caractéristiques identifiés. DD18780 AB
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Selon une particularité, le procédé comporte une étape de prétraitement du signal de mesure obtenu.
Selon une autre particularité, l'étape de détermination de paramètres de
5 variation caractéristiques du signal de mesure pour ladite grandeur électrique mesurée est mise en oeuvre à partir d'une ou plusieurs des solutions d'extraction suivantes :
Décomposition fréquentielle du signal de mesure ;
- Modélisation physique et acquisition de paramètres ;
- Convolution du signal de mesure ;
0 - Méthode d'apprentissage statistique ;
- Méthode des K-plus-proches-voisins ;
- Méthode de comparaison des valeurs du signal de mesure avec une ou plusieurs valeurs seuils ;
- Méthode de détection de pente du signal de mesure ;
5 - Méthode de logique floue ;
- Méthode de mélange de modèles Gaussiens ;
- Méthode statistique par moyennes glissantes ;
Selon une autre particularité, le procédé comporte une étape de détermination de la longueur d'un objet à partir des de paramètres de variation caractéristiques du0 signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée.
Selon une autre particularité, le procédé comporte :
Une étape de détermination de la vitesse dudit objet à partir d'une distance fixe entre un premier capteur photovoltaïque et un deuxième capteur photovoltaïque du système, d'un premier instant de détection déterminé sur5 un premier signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du premier capteur photovoltaïque et d'un deuxième instant de détection, distinct du premier instant de détection, déterminé sur un deuxième signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du deuxième capteur photovoltaïque.
0 Selon une autre particularité, la grandeur électrique est choisie parmi le courant de court-circuit de l'équipement photovoltaïque, la tension circuit ouvert de l'équipement photovoltaïque, le courant de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque, la tension de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque ou une combinaison de plusieurs de ces paramètres. DD18780 AB
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Selon une autre particularité, le niveau de luminosité est déterminé à partir de plusieurs seuils délimitant au moins trois zones :
Une première zone définie sous un seuil bas de luminosité ;
Une deuxième zone définie au-dessus d'un seuil haut de luminosité ;
5 - Une troisième zone intermédiaire située entre ledit seuil bas et ledit seuil haut ;
Selon une autre particularité, dans ladite troisième zone, le procédé consiste à mesurer deux grandeurs électriques. 0 L'invention concerne également un système de détection de présence d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable, ledit système incluant :
Un équipement photovoltaïque comprenant au moins un capteur photovoltaïque destiné à être intégré à ladite voie circulable,
Des moyens de mesure d'au moins une grandeur électrique au niveau dudit5 capteur photovoltaïque en vue d'obtenir un signal de mesure,
Des moyens de traitement du signal de mesure obtenu pour ladite au moins une grandeur électrique mesurée, lesdits moyens de traitement comprenant un module de détermination de paramètres de variation caractéristiques de ladite grandeur électrique mesurée et un premier module de détection0 configuré pour détecter la présence d'un véhicule ou d'un être vivant lorsque lesdits paramètres de variation caractéristiques sont identifiés.
Selon une particularité, les moyens de traitement sont configurés pour appliquer un prétraitement audit signal de mesure obtenu.
Selon une autre particularité, les moyens de traitement sont configurés pour5 appliquer au signal de mesure obtenu une solution d'extraction choisie parmi une ou plusieurs des solutions suivantes :
Décomposition fréquentielle du signal de mesure ;
- Modélisation physique et acquisition de paramètres ;
- Convolution du signal de mesure ;
0 - Méthode d'apprentissage statistique ;
- Méthode des K-plus-proches-voisins ;
- Méthode de comparaison des valeurs du signal de mesure avec une ou plusieurs valeurs seuils ;
- Méthode de détection de pente du signal de mesure ;
5 - Méthode de logique floue ; DD18780 AB
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- Méthode de mélange de modèles Gaussiens ;
- Méthode statistique par moyennes glissantes ;
Selon une autre particularité, les moyens de traitement comportent un module de détermination de la longueur d'un objet à partir des de paramètres de variation
5 caractéristiques du signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée.
Selon une autre particularité :
- L'équipement photovoltaïque comporte un premier capteur photovoltaïque et un deuxième capteur photovoltaïque, ledit deuxième capteur photovoltaïque étant espacé d'une distance fixe non nulle par rapport au premier capteur0 photovoltaïque suivant un sens de circulation de l'objet ou dudit être vivant sur ladite chaussée,
Les moyens de traitement comportent un module de détermination de la vitesse dudit objet à partir de ladite distance fixe entre ledit premier capteur photovoltaïque et ledit deuxième capteur photovoltaïque, d'un premier instant5 de détection déterminé sur un premier signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du premier capteur photovoltaïque et d'un deuxième instant de détection, distinct du premier instant de détection, déterminé sur un deuxième signal de mesure obtenu par ladite grandeur électrique mesurée au niveau du deuxième capteur photovoltaïque.
0 Selon une autre particularité, la grandeur électrique est choisie parmi le courant de court-circuit de l'équipement photovoltaïque, la tension circuit ouvert de l'équipement photovoltaïque, le courant de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque, la tension de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque ou une combinaison de plusieurs de ces paramètres.
5 Selon une autre particularité, le système comporte un capteur de luminosité configuré pour fournir des données de luminosité aux moyens de traitement et en ce que les moyens de traitement sont configurés pour déterminer la grandeur électrique mesurée en fonction desdites données de luminosité fournies par le capteur de luminosité.
0 Selon une autre particularité, l'équipement photovoltaïque comporte une ou plusieurs cellules photovoltaïques.
Selon une autre particularité, l'équipement photovoltaïque est réalisé sous forme d'une ou plusieurs dalles photovoltaïques collées sur la chaussée.
Selon une autre particularité, chaque dalle photovoltaïque se présente sous la5 forme d'un élément monobloc comportant une première couche formant ledit capteur DD18780 AB
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7 photovoltaïque et au moins un bloc électronique comportant lesdits moyens de traitement.
Selon une autre particularité, le système comporte un module de communication configuré pour échanger des données avec une unité centrale distante 5 par liaison filaire ou sans-fil.
Brève description des figures
D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description0 détaillée qui suit, en liaison avec les figures annexées listées ci-dessous :
La figure 1 A illustre de manière schématique le système de détection de l'invention mis en oeuvre pour détecter un objet ou un être vivant sur une voie circulable ;
La figure 1 B représente un mode de réalisation particulier du système de5 l'invention ;
La figure 2 illustre de manière schématique, selon une réalisation particulière, un exemple de structure du système de détection de l'invention ;
La figure 3 représente de manière schématique un capteur de type photovoltaïque pouvant être employé dans le système de détection de0 l'invention ;
Les figures 4A à 4C représentent plusieurs variantes de réalisation d'un capteur photovoltaïque du système de détection de l'invention ;
La figure 5 représente une courbe l-V caractéristique d'un élément photovoltaïque (cellule ou module), montrant les paramètres d'intérêt pour le5 système de l'invention ;
La figure 6 représente des courbes l-V caractéristiques d'un élément photovoltaïque (cellule ou module) obtenues selon différents niveaux d'irradiance ;
La figure 7 représente une courbe de variation de la puissance générée par un0 capteur photovoltaïque en fonction du temps, qui permet d'illustrer les paramètres caractéristiques de variation lors de la présence d'un ombrage sur le capteur ;
Les figures 8A et 8B représentent deux courbes de variation de la tension en circuit ouvert mesurée par un capteur du système, lors du passage d'un véhicule5 muni d'un éclairage, sur la voie circulable, respectivement de nuit et par faible luminosité ; DD18780 AB
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La figure 9 représente une réalisation particulière du système de détection de l'invention, dans lequel deux capteurs photovoltaïques du système sont séparés d'une distance fixe ;
La figure 10 représente deux courbes de variation de la puissance générée par
5 deux capteurs photovoltaïques du système en fonction du temps de jour, les deux capteurs étant séparée d'une distance fixe ; Cette figure permet d'illustrer le principe de détermination de la vitesse du véhicule ;
Les figures 1 1 A et 1 1 B représentent chacune deux courbes de variation de la tension en circuit ouvert générée par deux capteurs photovoltaïques du système0 en fonction du temps, les deux capteurs étant séparés d'une distance fixe, la figure 1 1 A étant obtenue par mesure de nuit et la figure 1 1 B par mesure au crépuscule ; Cette figure permet d'illustrer le principe de détermination de la vitesse du véhicule dans ces conditions particulières ;
La figure 12 illustre le principe de détermination de la longueur d'un véhicule par5 le système de détection de l'invention ;
La figure 13 représente la courbe de variation de puissance obtenue par le système de la figure 12, et illustrant le principe de détermination de la longueur d'un véhicule ;
Les figures 14A et 14B représentent une courbe de variation du courant en0 fonction du temps permettant d'illustrer le passage respectivement d'un poids lourd et d'un cycliste sur un capteur du système de détection de l'invention ;
Description détaillée d'au moins un mode de réalisation
5 L'invention concerne un système de détection 2 d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable. Ce principe est schématisé sur la figure 1 A.
Par voie circulable, on entend par exemple une route ou équivalent, un chemin, une piste cyclable, un parking (souterrain ou non), un trottoir...
Le système de détection 2 comporte notamment un équipement de type0 photovoltaïque intégré à la voie circulable (par exemple la route sur la figure 1 A).
Classiquement, un équipement photovoltaïque, soumis à une énergie lumineuse, permet de produire une énergie électrique.
En référence à la figure 1 A, l'équipement photovoltaïque comporte un ou plusieurs capteurs photovoltaïques C_pv_i (i pouvant aller de 1 à n selon la configuration5 du système). La figure 1 A montre un système à un seul capteur photovoltaïque C_pv_1 .
En référence à la figure 3, chaque capteur photo voltaïque C_pv_i du système peut DD18780 AB
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9 comporter et utiliser une ou plusieurs cellules photovoltaïques Cell_k. Les cellules photovoltaïques peuvent être organisées en série/parallèle dans chaque capteur ou élément photovoltaïque employé. Elles peuvent être encapsulées pour être protégées des éléments extérieurs (humidité, chocs...).
5 Sur la figure 3, le capteur C_pv_i est représenté avec une chaîne de cellules photovoltaïques Cell_k connectées en série. Des diodes de contournement ("bypass") peuvent être employées dans chaque capteur photovoltaïque du système. Une diode de contournement est par exemple placée en parallèle d'un groupe de cellules en série et permet de dériver le courant du groupe de cellules lorsque l'une des cellules du groupe 0 est ombrée. Sans une telle diode, les cellules à l’ombre s’échauffent et sont susceptibles de destruction.
Pour former chaque capteur, le système de détection 2 comporte des moyens de mesure M_V, MJ d'au moins une grandeur électrique au niveau d’une ou plusieurs des cellules photovoltaïques du capteur. Les capteurs de l’équipement photovoltaïque5 peuvent être identiques ou différents, notamment dans la grandeur électrique mesurée/surveillée.
Chaque capteur photovoltaïque C_pvJ peut être réalisé sous la forme d'une ou plusieurs dalles photovoltaïques du type de celles décrites dans les demandes de brevet W02016/016165A1 et W02016/016170A1. Les dalles peuvent être placées de manière0 contigüe et jointive sur la voie circulable.
A titre d'exemple, la figure 4A représente une architecture à trois dalles photovoltaïques contiguës, chaque dalle intégrant elle-même plusieurs cellules photovoltaïques. Les trois dalles peuvent être associées dans le même capteur du système, ou former chacune un capteur distinct du système ou même de plusieurs5 systèmes.
Chaque dalle peut comporter un ou plusieurs capteurs photovoltaïques du système de détection.
En référence aux figures 4B et 4C, en variante et de manière non limitative, chaque capteur de l’équipement photovoltaïque peut comporter soit une cellule0 photovoltaïque seule pour mesurer le courant de court-circuit Icc (figure 4B) car une surface importante maximise la valeur du Icc, soit un ensemble de cellules clivées (coupées en petits morceaux - figure 4C) mises en série pour mesurer la tension en circuit ouvert Voc avec une plus grande précision (Nb de cellules x 0,6V en série, car chaque cellule fournit 0,6V), soit une combinaison des deux moyens, soit encore une5 autre structure. DD18780 AB
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Le système de détection 2 peut comporter une batterie BATT chargée par ledit équipement photovoltaïque et qui permet de rendre le système de détection totalement autonome en énergie électrique, de jour comme de nuit. Le système peut alors comporter un module de gestion de l'énergie électrique.
5
Un capteur photovoltaïque C_pv_i tel qu'utilisé dans le système peut être employé selon au moins deux configurations distinctes. Dans une première configuration, il peut remplir à la fois un rôle de capteur et un rôle de génération d'énergie électrique. Pour générer de l'énergie électrique, il est alors connecté à un convertisseur0 CONV du système, commandé pour charger une batterie ou pour renvoyer l'énergie électrique vers le réseau électrique.
Dans cette première configuration chaque capteur photovoltaïque est donc conçu et installé pour fonctionner dans les deux modes de fonctionnement suivants :
Un mode de fonctionnement de production électrique : Le capteur photovoltaïque 5 est donc connecté au convertisseur CONV relié au réseau électrique et/ou à une batterie (par exemple celle du système) pour fournir de l'énergie électrique ;
Un mode de fonctionnement hors production : Le capteur est donc utilisé uniquement en mode capteur pour réaliser des mesures nécessaires à la détection ;
0 Le système peut alors comporter des moyens de commutation pour connecter/déconnecter chaque capteur photovoltaïque du convertisseur et ainsi passer du mode de fonctionnement de production au mode de fonctionnement hors production et inversement.
Dans une deuxième configuration, le capteur C_pv_i peut remplir uniquement5 son rôle de capteur. Le capteur photovoltaïque est donc conçu et installé pour ne fonctionner que dans un mode de fonctionnement hors production tel que défini ci- dessus. Il est alors utilisé principalement comme capteur (seule une fonction d'alimentation électrique du système de détection peut tout de même lui être affectée afin de rendre le système autonome - mais on considérera tout de même que sa fonction0 principale est celle de capteur).
Le système 2 peut également comporter un ou plusieurs modules de communication COM commandés pour recevoir des données de mesure en provenance des moyens de mesure et envoyer des données vers une unité centrale de traitement 1 distante. Les modules de communication peuvent être filaire ou sans-fil. Ils sont5 commandés par les moyens de traitement pour envoyer/recevoir les données. DD18780 AB
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L'équipement photovoltaïque employé dans le système de détection pourra faire partie d'une installation photovoltaïque plus globale, destinée à la seule production électrique. Cette installation photovoltaïque de production électrique peut être formée de
5 plusieurs dalles telles que celles décrites ci-dessus.
Un premier principe de l'invention consiste à déterminer la grandeur ou les grandeurs électriques à mesurer, selon le niveau de luminosité ambiant. Autrement dit, il s'agit dans ce cas de tenir compte du fait qu'il fait jour, nuit ou qu'il s'agit d'une situation0 intermédiaire, entre jour et nuit.
Selon une particularité, la grandeur électrique mesurée au niveau d’une ou plusieurs cellules de l’équipement photovoltaïque de chaque capteur et nécessaire à son fonctionnement en tant que capteur, est avantageusement un courant électrique et/ou5 une tension électrique.
De manière plus précise, la grandeur électrique ou les grandeurs électriques peuvent ainsi être choisies parmi :
Le courant de court-circuit Icc du capteur photovoltaïque ;
La tension en circuit ouvert Voc du capteur photovoltaïque ;
0 Le courant à puissance maximale l mPP fourni par le capteur photovoltaïque ;
La tension à puissance maximale Vmpp fournie par le capteur photovoltaïque ;
Chaque capteur de l’équipement photovoltaïque du système peut donc intégrer des moyens de mesure d'une ou plusieurs de ces grandeurs électriques (voir ci-dessus5 moyens de mesure M_V, M l).
Pour rappel, un équipement photovoltaïque (cellule ou module à plusieurs cellules) est caractérisé par une courbe caractéristique l-V telle que représentée sur la figure 5 et qui est directement liée à la caractéristique de la cellule photovoltaïque qu'il utilise. Pour une cellule photovoltaïque, la tension qui est présente lorsqu’il ne circule0 aucun courant est appelée tension en circuit ouvert Voc. En outre, le courant présent lorsqu’il n’y a aucune tension est appelé courant de court-circuit Icc. Dans ces deux situations, aucune puissance n’est extraite du panneau photovoltaïque (mode de fonctionnement hors production). Le point de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque correspond pour sa part au point de rendement nominal de l'équipement.5 Il est défini par une tension appelée tension à puissance maximale Vmpp et par un courant appelé courant à puissance maximale lmpp. La figure 6 montre pour sa part, les courbes DD18780 AB
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12 l-V caractéristiques d'une cellule photovoltaïque, en fonction du niveau d'irradiance subi par la cellule.
Un deuxième principe de l'invention consiste à déterminer le phénomène à 5 détecter, en fonction du niveau de luminosité déterminé, pour en déduire le mode de traitement à effectuer. Il s'agira alors de savoir si on est dans un cas de détection d'un ombrage (en général lorsqu'il fait jour) ou dans le cas d'un accroissement de lumière (en général lorsqu'il fait nuit, par la lumière générée par les feux d'un véhicule). En fonction du phénomène à détecter, le mode de traitement du signal mesuré sera différent.
0
Enfin, de manière optionnelle, il est également possible de déterminer la grandeur électrique ou les grandeurs électriques à considérer en tenant compte du mode de fonctionnement du capteur, c'est-à-dire si le capteur est en mode production ou en mode hors production.
5
Le système peut comporter un capteur de luminosité CJum configuré pour mesurer la luminosité ambiante du système et déterminer, en fonction du niveau de luminosité, la grandeur ou les grandeurs électriques pertinentes ainsi que le phénomène à détecter. En variante ou en complément, il est bien entendu possible que le niveau de0 luminosité ambiant, et donc la distinction jour/nuit soit déterminé directement par le capteur photovoltaïque lui-même.
Le système de détection comporte des moyens de traitement. Les moyens de traitement peuvent comporter au moins une unité centrale UC et des moyens de5 mémorisation par exemple intégrés à l'unité centrale. Ils peuvent se présenter sous la forme d'un automate programmable comportant des modules d'entrée et des modules de sortie. Sur ces modules d'entrée, les moyens de traitement peuvent recevoir :
Les mesures de tension et/ou de courant électrique de chaque capteur de l'équipement photovoltaïque ;
0 - Les mesures de luminosité en provenance du capteur de luminosité ;
Des données en provenance du module de gestion d'énergie électrique associé à la batterie ;
Lorsque le système de détection 2 comporte plusieurs capteurs (C_pv_1 ,5 C_pv_2 comme sur la figure 2 décrite ci-après), il peut comporter une unité centrale DD18780 AB
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13 commune à tous les capteurs, recevant ainsi les mesures de tous les capteurs ou une unité centrale distincte affectée à chaque capteur.
Les moyens de traitement sont configurés pour exécuter différents modules
5 logiciels tenant compte de données reçues sur les modules d'entrée et destinés à déterminer des données de sortie à appliquer sur les modules de sortie.
De manière non limitative, ces différents modules logiciels peuvent être les suivants :
Un ou plusieurs modules de commande destinés à placer le système de0 détection 2 dans la configuration voulue et nécessaire à la détection (commande de chaque capteur en mode production ou mode hors production,...) ;
Un module de détermination/sélection de la grandeur électrique ou des grandeurs électriques à mesurer selon le mode de fonctionnement de chaque capteur de l'équipement photovoltaïque choisi et/ou selon le niveau de luminosité5 reçu du capteur de luminosité et éventuellement un module d'activation des moyens de mesure de chaque grandeur électrique sélectionnée ;
Un module de détermination du mode de traitement à exécuter en fonction du phénomène à détecter (ombrage ou accroissement de lumière) ;
Un module de traitement des données du signal de mesure obtenu pour chaque0 grandeur électrique mesurée et en cours de traitement, tenant compte, selon le phénomène à détecter, de paramètres de variation de la grandeur électrique caractéristiques d'une présence d'un objet ou d'un être vivant ;
Un module de détection de la présence d'un objet ou d'un être vivant lorsque la variation du signal de mesure pour une grandeur électrique mesurée et en cours5 de traitement reproduit lesdits paramètres de variation caractéristiques d'une présence d'un objet ou d'un être vivant ;
Un module de détermination de plusieurs instants de détection à partir de la variation du signal de mesure pour chaque grandeur électrique mesurée et en cours de traitement ;
0 Un module de détermination de divers paramètres tels que la longueur de l'objet, la largeur de l'objet, la vitesse de l'objet en tenant compte des différentes conditions de fonctionnement du système ;
Un module de détermination de la température de la voie circulable ;
Un module de détermination du mode de fonctionnement et de la grandeur5 électrique ou des grandeurs électriques à mesurer en tenant compte de l'énergie électrique disponible dans la batterie ; Si l'énergie électrique disponible dans la DD18780 AB
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14 batterie est suffisante pour alimenter le système pendant une durée suffisamment longue (au moins une nuit par exemple), les moyens de traitement peuvent déconnecter le mode de production et passer en mode hors production. En changeant de mode de fonctionnement, la grandeur ou les grandeurs 5 électriques à mesurer pourront différer. En mode de production, le système peut s'appuyer sur les mesures du courant à puissance maximale et/ou de la tension à puissance maximale. En mode hors-production, le système peut s'appuyer sur les mesures du courant de court-circuit et/ou de la tension en circuit ouvert. 0 Le niveau de luminosité pourra être caractérisé à partir de plusieurs seuils. De manière non limitative, les moyens de traitement peuvent être configurés pour gérer plusieurs seuils définissant les zones de fonctionnement suivantes :
Une première zone définie sous un seuil bas de luminosité : Les moyens de traitement sont dans un mode de traitement "nuit" ;
5 - Une deuxième zone définie au-dessus d'un seuil haut de luminosité : Les moyens de traitement sont dans un mode de traitement "jour" ;
Une troisième zone intermédiaire située entre les deux seuils de luminosité : Les moyens de traitement sont dans un mode de traitement intermédiaire type jour/nuit.
0
A titre d'exemple et de manière non limitative, la figure 1 B représente un système de détection tel que décrit ci-dessus dont tous les composants sont intégrés dans un même élément monobloc, formant une dalle à coller sur la voie circulable. Une première couche supérieure forme le capteur photovoltaïque. Une ou plusieurs couches5 inférieures, réalisées dans un ou plusieurs boîtiers, renferme les circuits électroniques du système, l'unité centrale UC, les moyens de mesure de courant MJ et de tension M_V, le convertisseur CONV, la batterie BATT, et le module de commutation COM. Plusieurs dalles de ce type peuvent être collées sur la voie circulable, par exemple de manière contigüe ou espacée selon l'application envisagée (mesure de vitesse, de0 longueur, simple détection...). Chaque dalle de ce type peut communiquer avec l'unité centrale distante 1 grâce à son module de communication COM, par liaison filaire ou sans-fil (par exemple via un réseau de type ZIGBEE).
La figure 2 représente, de manière schématique, un exemple de réalisation du5 système de détection. Le système peut présenter les caractéristiques suivantes : DD18780 AB
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Au moins un premier capteur C_pv_1 est configurable en mode production ou en mode hors production ;
Des moyens de traitement (unité centrale UC) peuvent commander le mode de fonctionnement du premier capteur, pour le placer en mode production ou en
5 mode hors production (ce principe est schématisé par le point de contrôle S_1 qui permet de connecter/déconnecter le capteur du convertisseur) ;
Au moins un deuxième capteur C_pv_2 est en mode hors production uniquement, dédié à des mesures ;
Les moyens de traitement UC peuvent commander les moyens de mesure de0 courant et les moyens de mesure de tension au niveau de chaque capteur
C_pv_1 ou C_pv_2 de manière individualisée (ce principe est schématisé par les points de contrôle S_V_1 , S_l_1 , S_V_2, S_l_2 qui permettent de connecter/déconnecter les moyens de mesure de l'unité centrale) ;
Les moyens de traitement UC peuvent déterminer quelle(s) grandeur(s)5 électrique(s) est (sont) utile(s) au système, en tenant compte par exemple du niveau de luminosité, du mode traitement à réaliser (détection ombrage ou accroissement de lumière) et du mode de fonctionnement en production ou hors production de chaque capteur, et ainsi recevoir les données de mesure de chaque grandeur électrique sélectionnée (ce principe est schématisé par les0 points de contrôle S_V_1 .1 , S_V_1 .2, S_l_1 .1 , S_l_1 .2 pour le premier capteur et par les points de contrôle S_V_2.1 , S_V_2.2, Sl_2.1 , S_l_2.2 pour le deuxième capteur, ces points de contrôle étant commandés par l'unité centrale UC pour sélectionner chaque grandeur électrique à traiter) ; Sur la figure 4, tous les points de contrôle commandés par l'unité centrale sont définis de manière générale5 S X.
Bien entendu, il serait possible d'avoir un système dans lequel tous les capteurs sont du type du premier capteur ou du type du deuxième capteur.
Il faut noter que le système de détection de l'invention peut être intégré dans0 une installation de production électrique plus globale comportant des modules (par exemple sous la forme de dalles) photovoltaïques dédiés à la production d'électricité. La figure 2 montre ainsi un module photovoltaïque M_pv connecté à un convertisseur pour fournir de l'énergie électrique pour charger une batterie. 5 Dans le mode de fonctionnement de production d'un capteur C_pv_i, pour détecter la présence d'un être vivant ou d'un objet, le système de détection peut DD18780 AB
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16 s'appuyer sur les variations du courant à puissance maximale lmPP et/ou de la tension à puissance maximale Vmpp au niveau de chaque capteur photovoltaïque.
Dans le mode de fonctionnement de production, si la production électrique est uniquement destinée à l'alimentation électrique du système de détection, une faible 5 puissance est alors prélevée pour alimenter le système de détection. Les mesures effectuées pourront alors se baser sur les variations de la tension en circuit ouvert Voc de l'équipement. L'énergie excédentaire non nécessaire à l'alimentation du système sera stockée dans une batterie ou une super-capacité pour permettre au système de fonctionner de manière autonome, notamment la nuit.
0
Dans le mode de fonctionnement hors production, le système de détection 2 peut s'appuyer à la fois sur les variations du courant de court-circuit Icc et de la tension en circuit ouvert Voc.
Hors production, l’observation de ces deux paramètres (Icc et Voc) de manière5 simultanée ou alternative est en effet pertinente. En effet, une baisse de luminosité ambiante impactera le courant de court-circuit de manière très importante pouvant descendre jusqu’à une valeur nulle, limitant alors les possibilités de détection. Dans cette situation, la tension en circuit ouvert Voc sera aussi impactée, mais dans une moindre mesure. Si la luminosité ambiante baisse, la valeur de la tension en circuit ouvert ne0 devrait pas atteindre une valeur nulle, permettant de conserver une capacité de détection. La conjugaison des mesures de ces deux grandeurs est par ailleurs envisageable afin de garantir un certain niveau de précision dans la détection.
En revanche, en cas de très faible luminosité (nuit noire), selon la situation et l'événement à détecter, il est possible qu'aucun de ces deux paramètres ne se révèle5 pertinent. Dans ce cas, un capteur dédié à la mesure (par exemple infrarouge ou autre) peut être intégré au système et activé.
De nombreuses solutions peuvent être employées pour extraire les informations utiles pour l’estimation des paramètres qui permettent de remonter aux grandeurs0 recherchées. Ces solutions peuvent être appliquées sur le signal de mesure obtenu pour la grandeur électrique surveillée, après un éventuel prétraitement (pour débruiter, lisser ou extraire des paramètres caractéristiques). De manière non limitative, le prétraitement et le traitement pourront être mis en oeuvre en utilisant au moins un circuit de traitement pouvant comporter des moyens de filtrage, au moins un convertisseur5 analogique/numérique, un microcontrôleur exécutant un programme d'extraction adapté pour en extraire les paramètres caractéristiques recherchés pour l'application. Le circuit DD18780 AB
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17 de traitement pourra être facilement réalisé et configuré pour extraire les paramètres caractéristiques nécessaires à un ou plusieurs des buts poursuivis (voir ci-dessous, détection, détermination de vitesse, de longueur...). Il peut être intégré à l'unité centrale UC.
5 Prises seules ou en combinaison, les solutions d'extraction exécutés par le circuit de traitement peuvent être par exemple :
Décomposition fréquentielle du signal (Fourrier, ondelettes, etc...) ;
- Modélisation physique et acquisition de paramètres ;
Convolution de fonction ;
0 - Apprentissage statistique (réseaux de neurones, machines à vecteurs de support, méthodes à noyaux, etc...) ;
K-plus-proches-voisins ;
Règles expertes (avec comparaison avec des valeurs seuils, détection de pente...) ;
5 Logique floue ;
- Mélange de Gaussiennes ;
- Moyennes glissantes (avec combinaison de différentes tailles de fenêtres, etc...) ; 0
Comme déjà indiqué ci-dessus, la solution de l’invention permet principalement de tenir compte de deux phénomènes différents et complémentaires :
Un premier phénomène lié à l’ombrage créé par l’objet ou l’être vivant sur un ou plusieurs capteurs de l’équipement photovoltaïque ;
5 - Un deuxième phénomène lié à l’éclairage qui peut être produit par un objet tel qu’un véhicule en direction d’un ou plusieurs capteurs de l’équipement photovoltaïque du système ;
Le phénomène à considérer tient compte du niveau de luminosité ambiant et le0 système de détection est configuré pour adapter le mode de traitement du signal mesuré ou des signaux mesurés selon le phénomène à détecter. Par modes de traitement différents, on entend que les paramètres caractéristiques du signal mesuré à détecter pourront être différents. 5 DD18780 AB
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Premier phénomène détecté : Détection d'ombrage
Les capteurs de type photovoltaïque constituent en effet des outils adaptés pour détecter une présence d’un objet (tel qu’un véhicule) par l’ombrage créé par l’objet, cet ombrage entraînant en effet une baisse de l’irradiance sur le capteur. La présence d’un 5 ombrage sur au moins un capteur photovoltaïque du système provoque une baisse de la production électrique (en termes de courant, de puissance ou les deux suivant la configuration du capteur) tant que l’ombre touche le capteur. Ce premier phénomène est dépendant de l’apport d’irradiance externe et est donc principalement opérant en période diurne. Néanmoins, il reste généralement présent et détectable la nuit grâce à l’apport 0 lumineux des astres et de l’éclairage ambiant quand celui-ci est présent.
La détection de l’ombrage généré par le passage du véhicule sur au moins un capteur de l’équipement photovoltaïque du système peut être réalisée de différentes manières :
5 · Pour un capteur photovoltaïque en mode de production : variation de la puissance et, principalement, du courant à puissance maximale IMPP.
Dans ce cas de figure, la tension aux bornes du capteur de l’équipement photovoltaïque est généralement imposée par l’application (qui est généralement un convertisseur statique) ce qui définit donc le niveau de courant résultant à puissance0 maximale IMPP. La variation de paramètre sera donc plus facile à mesurer sur le courant que sur la tension. En effet, le courant reste le paramètre variable car imposé uniquement par la quantité de radiation reçue.
• Pour un capteur photovoltaïque en mode hors production : variation du courant5 de court-circuit Icc et de la tension en circuit ouvert Voc.
Dans le mode de fonctionnement hors production, donc sans convertisseur de puissance CONV actif derrière le capteur photovoltaïque, on s’intéresse à la variation du courant de court-circuit et/ou de la tension en circuit ouvert. 0 Comme déjà évoqué précédemment, il peut être intéressant de surveiller les deux grandeurs. Avantageusement, le système réalise cette surveillance en utilisant au moins deux capteurs distincts de l’équipement photovoltaïque, un premier capteur C_pv_1 photovoltaïque destiné à la mesure du courant de court-circuit et un second capteur photovoltaïque C_pv_2 destiné à la mesure de la tension en circuit ouvert. Les5 deux mesures peuvent être synchronisées temporellement. Les moyens de traitement peuvent être communs aux deux capteurs. DD18780 AB
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Cependant, dans la journée, la surveillance du courant de court-circuit Icc est bien plus pertinente pour assurer une détection alors qu’elle l’est beaucoup moins de nuit. Dans la journée, le capteur de l’équipement non utilisé pour la détection peut être employé pour assurer la charge de la batterie du système. De nuit, les moyens de
5 traitement peuvent commuter le système pour basculer sur le capteur de tension en circuit ouvert Voc de l’équipement photovoltaïque.
A l’aube ou au crépuscule, il peut être intéressant de cumuler les deux mesures et de stopper la recharge de la batterie en la déconnectant du capteur photovoltaïque dédié à la surveillance de la tension en circuit ouvert Voc. Par exemple, ce sera le cas0 dès qu’un seuil bas de courant est franchi en dessous duquel l’énergie produite est négligeable pour recharger la batterie et que la complémentarité de la mesure du courant de court-circuit Icc et de la tension en circuit ouvert Voc présente un intérêt (crépuscule ou aube ou conditions d’éclairement très faibles type orage).
La figure 7 montre une courbe de puissance illustrant le passage d’un véhicule5 sur l’équipement photovoltaïque du système. En considérant que la tension est constante dans la période d’intérêt de 700ms environ, on peut raisonnablement comparer cette courbe à celle du courant. Partant de cette courbe, le système de détection est configuré pour extraire les caractéristiques suivantes :
L’instant T 1 de début de l’ombrage, associé au début du passage du véhicule,0 quand la puissance diminue. On identifie également l'instant T3 de fin de l’ombrage par l'augmentation de la puissance produite.
Entre T1 et T2, la valeur de la pente de la baisse et/ou de la remontée de la puissance (donc du courant). Ces pentes correspondent à l’avancée de l’ombrage sur le capteur. On peut noter les zones Z1 , Z2 de mise en conduction5 des diodes de contournement, lorsqu’elles sont présentes, lors de ces périodes de transition.
Entre T2 et T3, le niveau de production du capteur au moment où il est totalement ombré (soit le niveau bas du créneau). Cette valeur est à considérer comparativement à ce qui aurait dû être reçu en l’absence d’ombrage, ce qui0 peut être interpolé à partir d’autres capteurs de l’équipement irradiés et non impactés par l’ombrage ou à partir du niveau du créneau quand il est dans sa partie haute. Parmi l'une des solutions d'extraction décrites ci-dessus, la présence d'un objet peut être conclue lorsque la tension descend au-dessous d'une valeur seuil donnée.
5 Entre T2 et T3, le temps pendant lequel le capteur est ombré, c’est-à-dire la durée du créneau à l’état bas. DD18780 AB
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On verra ci-après que, en plus de conclure à la présence d’un véhicule circulant sur la voie circulable, ces différents paramètres peuvent être utiles pour estimer divers éléments sur le passage du véhicule.
5
Deuxième phénomène détecté ; accroissement de lumière
Le second phénomène détectable par un capteur de l’équipement photovoltaïque est lié à l’éclairage propre d’un véhicule. En effet, on constate que les0 équipements lumineux d’un véhicule (en particulier les feux de croisement ou de route, mais aussi les feux arrière et l’éclairage de la plaque d’immatriculation) génèrent un surcroît de lumière engendrant une réponse significative au niveau d’un capteur du système. 5 On notera que ce second phénomène est mesurable avec les mêmes moyens que le premier. Par contre, la mesure repose idéalement sur la mesure de la tension en circuit ouvert Voc, cette dernière étant beaucoup plus sensible que le courant en cas de rayonnement faible. Ainsi, la tension en circuit ouvert permet de détecter et mesurer le passage du véhicule via la lumière émise par ses phares (croisement ou/et route ou/et0 antibrouillard ou/et feux arrière de plaque d’immatriculation), conjuguée ou non à une lumière artificielle. Ainsi, en détectant également ce phénomène, le système de détection devient adapté à d’autres applications, telles que :
Détection en pleine campagne et de nuit où aucun éclairage n’est présent ; Détection en ville de nuit, même lorsqu’un éclairage est présent, le surplus5 d’éclairage fourni par le véhicule permettant de réaliser une discrimination ;
Détection dans un parking souterrain ;
De nuit, la signature sur la tension en circuit ouvert Voc est ici différente de celle qui est observable en journée. En effet, sur la figure 8A, on observe que, pour une durée0 inférieure à 2000ms, la tension en circuit ouvert Voc est faible, voire nulle, en l’absence d’éclairage du véhicule. Ensuite les différentes caractéristiques de la courbe sont les suivantes :
- A T1 , on peut voir une légère variation positive de la tension, ce qui correspond au premier instant de détection des feux du véhicule qui s’approche ;5 Entre T1 et T2, la tension augmente en pente douce, ce qui correspond à la période d’approche du véhicule. DD18780 AB
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Entre T2 et T3, la tension augmente avec une pente plus prononcée, ce qui correspond au passage du véhicule à l’aplomb du capteur du système.
Entre T3 et T4, la tension décroît fortement, le creux correspondant à la couverture complète du capteur.
5 - A T4, la tension forme un pic positif, représentatif de la détection de la lumière générée essentiellement par l’éclairage de la plaque d’immatriculation.
- A partir de T4, la tension baisse en pente douce, correspondant à la phase d’éloignement du véhicule. 0
Par ailleurs, selon les conditions de luminosité ambiante et l’équipement du véhicule, lorsque l'on est dans la zone intermédiaire de luminosité, les deux phénomènes (c’est-à-dire détection d’un ombrage et détection de luminosité par le capteur) peuvent bien entendu se combiner pour produire une déformation détectable. Bien entendu, le5 premier phénomène est principalement observé en journée et le second intervient surtout la nuit. Ils sont néanmoins aisément dé-corrélables quand ils interviennent simultanément (le premier engendre en effet ce qui correspond à une baisse de la production au niveau du capteur photovoltaïque par rapport au niveau de base tandis que le second engendre ce qui correspond à une augmentation de la production). Ainsi,0 si l’un au moins des phénomènes est détecté, le passage d’un véhicule peut être annoncé. Par exemple dans le cas de l’aurore ou du crépuscule, on a pu observer le cas présenté sur la figure 8B, correspondant à la surveillance de la tension en circuit ouvert Voc en cas de faible luminosité. Dans cette situation, le véhicule a ses feux allumés. 5 Sur la figure 8B, on ainsi :
Entre T 1 et T2, on distingue la phase d’approche du véhicule marquée par une augmentation de la tension en circuit ouvert.
Entre T2 et T3, une baisse de la tension suivant une pente prononcée, synonyme de passage du véhicule sur le capteur.
0 Entre T3 et T4, la tension en circuit ouvert est nulle ou presque, correspondant à l’ombrage généré par le passage du véhicule sur le capteur.
A T5 correspond un pic positif, représentatif de la détection de la lumière générée essentiellement par la plaque d’immatriculation du véhicule sur le capteur. 5 La tension en circuit ouvert Voc présente ici l’avantage d’être extrêmement sensible à la lumière. Ainsi, dans le cas où le véhicule n’a pas ses feux éclairés DD18780 AB
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(uniquement les feux de position par exemple) la méthode de mesure permet de détecter quand même le véhicule dans une situation de crépuscule, d’aube ou de présence d’un éclairage artificiel (par exemple en ville). Dans ce dernier cas de la figure 8B, on constate la grande sensibilité du système à la lumière de la plaque d’immatriculation, qui même 5 si celle-ci est plus faible que celle des feux arrière, est prépondérante car orientée perpendiculairement au capteur.
Lorsqu’un au moins l’un des deux phénomènes décrit ci-dessus est détecté, la 0 courbe temporelle associée permet d’estimer plusieurs paramètres :
Localisation (présence d’un objet sur une position) ;
- Mesure de la vitesse et sens de circulation ;
- Mesure de la longueur, (voir largeur et/ou forme en cas de maillage de capteurs important) ;
5 - Nature, gabarit de l’objet : véhicule long (poids lourd, bus), véhicule court
(automobile), 2 roues, piéton, etc...
- Température de la route ;
Ci-dessous, nous passons en revue ces différents paramètres :
0 · Détection de la présence d’un objet.
Dans le cas du premier phénomène décrit ci-dessus, la détection de présence d’un objet est révélée par une perturbation sur les mesures d’une ou des grandeurs électriques surveillées. Pour un véhicule, il est ainsi possible de détecter un ombrage grâce au capteur photovoltaïque du système.
5 Dans le cas du second phénomène (détection de luminosité, par exemple les feux d’un véhicule), il est possible de détecter un ou plusieurs pics positifs, correspondant chacun par exemple au passage d’un objet muni de moyens d’éclairage (par exemple les feux à l’avant et à l’arrière d’un véhicule).
Les figures 7 à 8B décrites ci-dessus permettent d'illustrer le principe de0 détection de présence.
• Discrimination du type d’objet.
Lorsque la présence d’un objet est détectée, il est possible de déterminer de quel type d’objet il s’agit à partir de la forme de la perturbation générée sur la variation5 de la grandeur électrique surveillée.
A titre d’exemple : DD18780 AB
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Dans le cas d’un véhicule roulant sur quatre roues (voiture, camionnette...), la perturbation prend la forme d’un créneau plus ou moins long suivant la longueur du véhicule, sa vitesse,...
Dans le cas d’un véhicule à deux roues (vélo, scooter...), la perturbation 5 s’apparente davantage à au moins un pic négatif (ou pic double). La figure 14B présente par exemple une mesure faite durant le passage d’un cycliste. On constate que la durée de détection (le pic à T1 ) est bien plus courte que pour une voiture. On constate aussi que la valeur minimale atteinte par le créneau n’est pas aussi basse que celle que l’on peut observer lors du passage d’une voiture.0 - Dans le cas d’un piéton, la perturbation comporte des petits pics successifs (et une absence de continuité).
Il est également possible de discriminer les véhicules lourds (PL) des véhicules légers (VL) via un comptage des ombres formés par chaque essieu du véhicule. En effet, l’ombre du véhicule au sol est davantage marquée à la verticale des5 essieux (suivant type de poids lourd : non surbaissé). Une telle signature est reproduite sur la figure 14A sur laquelle il est possible de distinguer trois créneaux successifs (entre T1 et T2, entre T3 et T4 et entre T5 et T6) correspondant chacun au passage d’un essieu distinct sur le capteur du système. 0 Pour les piétons, la signature se traduit par la lecture des pas du piéton sur les capteurs via les paliers générés grâce aux diodes de contournement. Ces modes de détection ont besoin, de par la relative petite taille de ces usagers par rapport à l’espace à mesurer (chaussée), d’une couverture en capteurs plus importante afin de garantir une bonne détectabilité. Par exemple, pour mesurer la fréquentation d’une piste cyclable, il5 faudra disposer une barrière de capteurs sur toute la largeur de la piste pour être certain de mesurer tous les passages.
• Largeur de l'objet.
En disposant plusieurs capteurs photovoltaïques (un capteur comportant au0 moins une cellule photovoltaïque) de manière adjacente en travers de la voie circulable, il est possible d’estimer la largeur de l’objet. Il suffit en effet de déterminer le nombre de cellules recouvertes par l’objet lors de son passage.
• Mesure de la vitesse :
5 La mesure de de la vitesse du véhicule est possible en utilisant un ou plusieurs capteurs photovoltaïques de l'installation. DD18780 AB
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En disposant au moins deux capteurs coordonnés dans des positions relatives connues, il est possible d’estimer assez précisément la vitesse de l’objet qui circule sur la voie circulable, en tenant compte du décalage temporel entre les perturbations générées sur chacun des deux capteurs et de la distance qui sépare les deux capteurs. 5 Dans ce cas, les signatures vont se reproduire avec un décalage temporel sur tous les capteurs du système. En plus de la vitesse de l’objet, il est ainsi possible de connaître son sens de déplacement et de suivre son déplacement, tant que des capteurs sont présents sur la voie. En ce qui concerne la détermination de la vitesse, la fiabilité de la mesure dépendra alors essentiellement de l’efficacité de l’algorithme détectant les bords0 de la perturbation, et de la qualité de coordination de l’horodatage des mesures.
La figure 9 illustre un principe de réalisation du système, permettant la détermination de la vitesse d’un véhicule. Un premier capteur C_pv_1 est formé d’une première série de trois dalles photovoltaïques connectées en série et un deuxième capteur C_pv_2 (avantageusement identique au premier) est formé d’une deuxième5 série (identique à la première) de trois dalles photovoltaïques reliées en série, séparée de la première série d’une distance connue suivant la longueur de la voie circulable. Le même principe peut être dupliqué pour occuper toute la largeur de la voie circulable. Cet exemple de configuration permet de mesurer aisément la vitesse du véhicule indépendamment de sa taille en utilisant les deux capteurs, en mesurant l’intervalle de0 temps entre le début de la signature sur le premier capteur et le début de la signature sur le deuxième capteur et en tenant compte de la distance D qui sépare les deux capteurs (paramètre connu). La figure 10 présente les courbes de variation de puissance obtenues sur chacun des deux capteurs.
Sur cette figure 10, la distance D portée sur l’axe des temps est là pour montrer5 que la distance connue entre les deux capteurs C_pv_1 , C_pv_2 permet d’estimer la vitesse du véhicule grâce au décalage de temps mesuré entre les réponses des séries de panneaux. La vitesse de l’objet est alors égale à la distance D entre les capteurs divisée par le temps de décalage entre les courbes, quelle que soit la taille du véhicule. Ce principe est bien entendu transposable quelle que soit la grandeur électrique0 surveillée et quelle que soit le phénomène surveillé (ombrage en journée, ou pic de la tension en circuit ouvert de nuit). Les figures 1 1 A et 1 1 B permettent d’illustrer respectivement le passage d’un véhicule de nuit et le passage d’un véhicule au crépuscule. Dans les deux cas, on remarque la production d’un même signal sur chacun des deux capteurs.
5 Bien entendu, en multipliant les capteurs, il est possible de suivre les trajectoires des véhicules : changements de voie, détection d’un véhicule arrêté,... DD18780 AB
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Par ailleurs, il est également possible de déterminer la vitesse d’un véhicule en utilisant un seul capteur photovoltaïque de l'équipement.
Pour cela, comme illustré par les figures 12 et 13, on peut faire une hypothèse sur la longueur du véhicule, par exemple en prenant la longueur moyenne d’un véhicule (par exemple égale 4,10m) dans le pays considéré. On aura alors le raisonnement suivant :
- Temps passé par le véhicule sur le créneau = T2 (mesuré en h).
- Calcul de la vitesse :
0,0041
0 Vitesse =
T 2
Sur la figure 13, T2 vaut environ 700 ms (soit 0,0001944h).
Calcul de la vitesse :
0,0041
Vitesse = 21 km/h
0,000 l‘M l 5
Toujours en utilisant un seul capteur et en se basant sur le premier phénomène (passage d’une ombre), il est possible d’estimer relativement précisément la vitesse en mesurant le temps de descente de l’irradiance sur le capteur. En effet, quand le véhicule est en train d’arriver sur le capteur, celui-ci est en partie ombré. Ainsi, le véhicule ombre0 progressivement le capteur, plus ou moins vite suivant sa vitesse. Si l’on connaît la largeur du capteur (0m70 sur les figures 12 et 13), il est possible d’estimer la vitesse du véhicule. Le même procédé est également applicable lorsque l’ombre du véhicule quitte le module. Naturellement, une estimation combinant les deux estimations (par une moyenne par exemple) sera généralement plus robuste.
5 De manière plus précise, soient Ti le temps de descente du créneau (correspondant à l’ombrage du panneau de 0,70m divisé par la vitesse v du véhicule), T2 le temps de la partie basse du créneau (correspondant à la longueur du véhicule de 4,10m divisée par la vitesse v du véhicule) et T3 le temps de remontée (correspondant à l’éclairement du panneau de 0,70m divisé par la vitesse v du véhicule). Les mesures de0 ces différents temps correspondent aux temps écoulés entre des instants spécifiques.
Schématiquement, le créneau (observable sur la figure 13) est constitué successivement d’une valeur de puissance à un niveau haut, d'une étape de baisse (rapide, mais pas instantanée) de la puissance, d’une phase où la puissance est basse, d’une phase de remontée et d’une phase où la puissance est haute. La mesure du temps Ti correspond5 au temps aux extrémités de la phase de descente. Elle doit être égale au temps de DD18780 AB
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26 montée T3 (sous hypothèse que la vitesse du véhicule soit constante). On peut possiblement utiliser la moyenne des deux mesures dans la suite comme alternative. La mesure de T2 peut être définie, soit à partir du début de la descente jusqu’au début de la remontée, soit du début de la période basse jusqu’à la fin de la remontée. Dans ce
5 cas, on peut estimer la vitesse v comme v = Lcapteur ou les deux temps T 1 et T3 devant être quasiment identiques.
Si le capteur est orienté de sorte que ses chaînes de cellules (raccordement électrique dans le module) sont orientées dans la longueur (dans le sens de circulation),0 la longueur du module sera à prendre en compte si l’on considère la totalité de la signature (ne pas la prendre en compte si l’on considère uniquement l’état bas). Dans ce cas, l’ombrage arrivera simultanément sur toutes les chaînes du module PV sans effet sur le déclenchement des diodes de contournement (pas de paliers observés dans la chute du courant et dans sa remontée). La baisse du courant sera donc proche d’une 5 fonction linéaire avec le temps.
• Mesure de la longueur
Mesurer la longueur de l’objet est plus simple si l’on dispose d’un nombre suffisant de capteurs. Celui-ci sera approximativement de la taille de son ombre (sous0 hypothèse que la source lumineuse soit à l’infinie, ce qui est acceptable dans le cas du soleil). Si au contraire, on ne dispose pas d’un nombre suffisant de capteurs, mais que l’on dispose d’une estimation de la vitesse et du temps de passage (par exemple, le temps de passage de l’ombre dans le cas du premier phénomène), on peut proposer une estimation de la longueur du véhicule. En reprenant le cas des figures 12 et 13, la5 longueur L du véhicule est alors calculable à partir de la relation suivante :
Soit . Lvéfticuie— V X T2 L capteur 0 · Température
Les cellules photovoltaïques sont des semi-conducteurs qui sont sensibles à la température. Il est connu que la tension en circuit ouvert Voc subit plus fortement l’influence de la température que le courant de court-circuit Icc. Les cellules photovoltaïques pourraient alors être utilisées pour estimer la température directement5 au niveau de l’enrobé de la voie circulable : un intérêt est de détecter des conditions de DD18780 AB
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27 gel ou proches du gel et d’informer les utilisateurs de la voie de la présence possible de verglas. Cette information serait plus pertinente que celle fournie par les véhicules, les capteurs de ceux-ci se situant le plus souvent vers le haut du pare-brise et non au niveau du sol. De plus, cette information serait vraiment localisée à l’endroit où la mesure serait 5 réalisée.
On comprend de ce qui précède que la solution présente de nombreux avantages parmi lesquels :
Le système de détection est facile à mettre en place ; Il peut notamment se0 présenter sous le forme d'un élément monobloc embarquant tous les composants nécessaires à son fonctionnement (capteur, traitement, batterie) dans un encombrement limité (notamment en épaisseur).
Le système de détection peut comporter un unique capteur, suffisant pour mettre en place les particularités de l'invention.
5 - Le système est parfaitement fiable ; Il permet une détection d'objet (notamment de véhicules) dans différentes conditions de fonctionnement (jour, nuit, forte ou faible luminosité).
Le système est utilisable dans différents types de voies circulables, notamment route, piste cyclable, passage-piéton, parking souterrain...
0 - Le système permet de déterminer un certain nombre de paramètres, tels que présence d'objet ou d'être vivant, vitesse de l'objet ou de l'être vivant, longueur de l'objet, largeur de l'objet, température de la voie,... 5

Claims

DD18780 ABWO 2020/030877 PCT/FR2019/051911 28 REVENDICATIONS
1 . Procédé de détection d'un objet ou d'un être vivant sur une voie circulable, mis en oeuvre par un système de détection qui comporte :
5 - Un équipement photovoltaïque comprenant au moins un capteur photovoltaïque (C_pv_i) destiné à être intégré à ladite voie circulable,
Des moyens de mesure d'au moins une grandeur électrique (Icc, Voc, lmPP, Vmpp) au niveau dudit capteur photovoltaïque,
- Des moyens de traitement de ladite au moins une grandeur électrique0 mesurée,
Ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il comporte :
- Une étape de détermination d'un niveau de luminosité ambiant,
- Une étape de détermination d'au moins une grandeur électrique à mesurer en fonction du niveau de luminosité ambiant déterminé,
5 - Une étape de détermination d'un mode de traitement à exécuter en tenant compte du niveau de luminosité ambiant déterminé,
Une étape de mesure d'au moins une grandeur électrique au niveau dudit capteur photovoltaïque en vue d'obtenir un signal de mesure,
Une étape de détermination de paramètres de variation caractéristiques du0 signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée,
Une étape de détection de présence d'un objet ou d'un être vivant lorsque lesdits paramètres de variation caractéristiques sont identifiés et/ou de détermination de caractéristiques dudit objet ou de l'être vivant détecté à partir desdits paramètres de variation caractéristiques identifiés.
5
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce qu'il comporte une étape de prétraitement du signal de mesure.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'étape de détermination de paramètres de variation caractéristiques du signal de mesure0 pour ladite grandeur électrique mesurée est mise en oeuvre à partir d'une ou plusieurs des solutions d'extraction suivantes :
Décomposition fréquentielle du signal de mesure ;
- Modélisation physique et acquisition de paramètres ;
- Convolution du signal de mesure ; DD18780 AB
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- Méthode d'apprentissage statistique ;
- Méthode des K-plus-proches-voisins ;
- Méthode de comparaison des valeurs du signal de mesure avec une ou plusieurs valeurs seuils ;
5 - Méthode de détection de pente du signal de mesure ;
- Méthode de logique floue ;
- Méthode de mélange de modèles Gaussiens ;
- Méthode statistique par moyennes glissantes ;
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comporte0 une étape de détermination de la longueur d'un objet à partir des de paramètres de variation caractéristiques du signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte :
Une étape de détermination de la vitesse dudit objet à partir d'une distance5 fixe entre un premier capteur photovoltaïque et un deuxième capteur photovoltaïque du système, d'un premier instant de détection déterminé sur un premier signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du premier capteur photovoltaïque et d'un deuxième instant de détection, distinct du premier instant de détection, déterminé sur un deuxième0 signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du deuxième capteur photovoltaïque.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la grandeur électrique est choisie parmi le courant de court-circuit (Icc) de l'équipement photovoltaïque, la tension circuit ouvert (Voc) de l'équipement photovoltaïque, le5 courant de puissance maximale ( lmPP) de l'équipement photovoltaïque, la tension de puissance maximale (Vmpp) de l'équipement photovoltaïque ou une combinaison de plusieurs de ces paramètres.
7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le niveau de luminosité est déterminé à partir de plusieurs seuils délimitant au moins trois0 zones :
Une première zone définie sous un seuil bas de luminosité ;
Une deuxième zone définie au-dessus d'un seuil haut de luminosité ;
Une troisième zone intermédiaire située entre ledit seuil bas et ledit seuil haut ;
8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que, dans ladite troisième5 zone, le procédé consiste à mesurer deux grandeurs électriques. DD18780 AB
WO 2020/030877 PCT/FR2019/051911
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9. Système de détection de présence d'un être vivant ou d'un objet sur une voie circulable, caractérisé en ce qu'il comporte :
Un équipement photovoltaïque comprenant au moins un capteur photovoltaïque (C_pv_i) destiné à être intégré à ladite voie circulable,
5 - Des moyens de détermination d'un niveau de luminosité ambiant,
Des moyens de détermination d'au moins une grandeur électrique à mesurer en fonction du niveau de luminosité ambiant déterminé,
Des moyens de détermination d'un mode de traitement à exécuter en tenant compte du niveau de luminosité ambiant déterminé,
0 - Des moyens de mesure d'au moins une grandeur électrique (Icc, Voc, lmPP,
Vmpp) au niveau dudit capteur photovoltaïque en vue d'obtenir un signal de mesure,
Des moyens de traitement du signal de mesure obtenu pour ladite au moins une grandeur électrique mesurée, lesdits moyens de traitement comprenant5 un module de détermination de paramètres de variation caractéristiques de ladite grandeur électrique mesurée et un premier module de détection configuré pour détecter la présence d'un objet ou d'un être vivant lorsque lesdits paramètres de variation caractéristiques sont identifiés et/ou de détermination de caractéristiques dudit objet ou de l'être vivant détecté à0 partir desdits paramètres de variation caractéristiques identifiés.
10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de traitement sont configurés pour appliquer un prétraitement audit signal de mesure obtenu.
1 1. Système selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens de5 traitement sont configurés pour appliquer au signal de mesure obtenu une solution d'extraction choisie parmi une ou plusieurs des solutions suivantes :
Décomposition fréquentielle du signal de mesure ;
- Modélisation physique et acquisition de paramètres ;
- Convolution du signal de mesure ;
0 - Méthode d'apprentissage statistique ;
- Méthode des K-plus-proches-voisins ;
- Méthode de comparaison des valeurs du signal de mesure avec une ou plusieurs valeurs seuils ;
- Méthode de détection de pente du signal de mesure ;
5 - Méthode de logique floue ;
- Méthode de mélange de modèles Gaussiens ; DD18780 AB
WO 2020/030877 PCT/FR2019/051911
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- Méthode statistique par moyennes glissantes ;
12. Système selon l'une des revendications 9 à 1 1 , caractérisé en ce que les moyens de traitement comportent un module de détermination de la longueur d'un objet à partir des de paramètres de variation caractéristiques du signal de mesure
5 obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée.
13. Système selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisé en ce que :
L'équipement photovoltaïque comporte un premier capteur photovoltaïque et un deuxième capteur photovoltaïque, ledit deuxième capteur photovoltaïque étant espacé d'une distance fixe non nulle par rapport au premier capteur0 photovoltaïque suivant un sens de circulation de l'objet ou dudit être vivant sur ladite chaussée,
Les moyens de traitement comportent un module de détermination de la vitesse dudit objet à partir de ladite distance fixe entre ledit premier capteur photovoltaïque et ledit deuxième capteur photovoltaïque, d'un premier instant5 de détection déterminé sur un premier signal de mesure obtenu pour ladite grandeur électrique mesurée au niveau du premier capteur photovoltaïque et d'un deuxième instant de détection, distinct du premier instant de détection, déterminé sur un deuxième signal de mesure obtenu par ladite grandeur électrique mesurée au niveau du deuxième capteur photovoltaïque.
0 14. Système selon l'une des revendications 9 à 13, caractérisé en ce que la grandeur électrique est choisie parmi le courant de court-circuit de l'équipement photovoltaïque, la tension circuit ouvert de l'équipement photovoltaïque, le courant de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque, la tension de puissance maximale de l'équipement photovoltaïque ou une combinaison de5 plusieurs de ces paramètres.
15. Système selon l'une des revendications 9 à 14, caractérisé en ce qu'il comporte un capteur de luminosité configuré pour fournir des données de luminosité aux moyens de traitement et en ce que les moyens de traitement sont configurés pour déterminer la grandeur électrique mesurée en fonction desdites données de0 luminosité fournies par le capteur de luminosité.
16. Système selon l'une des revendications 9 à 15, caractérisé en ce que l'équipement photovoltaïque comporte une ou plusieurs cellules photovoltaïques.
17. Système selon l'une des revendications 9 à 16, caractérisé en ce que l'équipement photovoltaïque est réalisé sous forme d'une ou plusieurs dalles5 photovoltaïques collées sur la chaussée. DD18780 AB
WO 2020/030877 PCT/FR2019/051911
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18. Système selon la revendication 17, caractérisé en ce que chaque dalle photovoltaïque se présente sous la forme d'un élément monobloc comportant une première couche formant ledit capteur photovoltaïque et au moins un bloc électronique comportant lesdits moyens de traitement.
5 19. Système selon l'une des revendications 9 à 18, caractérisé en ce qu'il comporte un module de communication (COM) configuré pour échanger des données avec une unité centrale distante (1 ) par liaison filaire ou sans-fil. 0
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