EP4367476A1 - Dispositif et procédé d'estimation de la localisation d'un véhicule guidé le long d'un guide curviligne - Google Patents

Dispositif et procédé d'estimation de la localisation d'un véhicule guidé le long d'un guide curviligne

Info

Publication number
EP4367476A1
EP4367476A1 EP22737508.6A EP22737508A EP4367476A1 EP 4367476 A1 EP4367476 A1 EP 4367476A1 EP 22737508 A EP22737508 A EP 22737508A EP 4367476 A1 EP4367476 A1 EP 4367476A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
attitude
beacon
virtual
vehicle
values
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.)
Pending
Application number
EP22737508.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Jean-Philippe Michel
Stéphane Meyer
Rosalie FUCHS
Damien PONCEAU
Pierre D'HARCOURT
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.)
Exail SAS
Original Assignee
Exail SAS
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 Exail SAS filed Critical Exail SAS
Publication of EP4367476A1 publication Critical patent/EP4367476A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B61—RAILWAYS
    • B61L—GUIDING RAILWAY TRAFFIC; ENSURING THE SAFETY OF RAILWAY TRAFFIC
    • B61L25/00—Recording or indicating positions or identities of vehicles or trains or setting of track apparatus
    • B61L25/02—Indicating or recording positions or identities of vehicles or trains
    • B61L25/025—Absolute localisation, e.g. providing geodetic coordinates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/20—Instruments for performing navigational calculations
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/26—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network
    • G01C21/28—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 specially adapted for navigation in a road network with correlation of data from several navigational instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C25/00—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass
    • G01C25/005—Manufacturing, calibrating, cleaning, or repairing instruments or devices referred to in the other groups of this subclass initial alignment, calibration or starting-up of inertial devices

Definitions

  • TITLE DEVICE AND METHOD FOR ESTIMATING THE LOCATION OF A GUIDED VEHICLE ALONG A CURVILINEAL GUIDE
  • the present invention generally relates to the field of navigation systems, in particular dead reckoning, in which location readjustments are implemented. It relates more particularly to a device and a method for estimating the location of a vehicle guided along a curvilinear guide.
  • the invention allows the location of a navigating or circulating mobile (these terms being equivalent in the context of the invention) along a curvilinear guide.
  • Curvilinear guides include railway network tracks, electromagnetic guides such as for farming robots or autonomous vehicles, or even optronic systems for following curves such as the white lines of a highway.
  • the location of a mobile along a curvilinear guide is generally defined by a curvilinear abscissa from a reference point rather than by a geographical position.
  • these reference points can for example be transponders, generically called material beacons, positioned along the railway tracks or switches and crossings.
  • a hardware beacon reader on board railway vehicles makes it possible to read these transponders as they pass.
  • rail vehicles are equipped with various devices contributing to a dead reckoning navigation system. These may include, in particular, wheel angular position sensors, sometimes called “phonic wheel”, radars, inertial sensors/inertial unit or even satellite positioning systems.
  • dead reckoning navigation systems require regular readjustments by passing over new transponders (next transponders) encountered along the route of the tracks, involving an installation and above all maintenance cost. important. They themselves require very frequent periodic maintenance and result in low availability of railway equipment. In addition to this, their performance remains limiting in relation to the needs of certain rail operators, for example in dense traffic areas.
  • the invention relates particularly to mobiles whose location determination uses dead reckoning navigation systems.
  • This dead reckoning requires an initial location as well as regular relocations, or readjustments, to limit the errors and uncertainties that would otherwise accumulate during dead reckoning.
  • Dead reckoning localization of guided vehicles from the coupling between measurement values by sensors on board the vehicle and a database maps has already been the subject of several publications.
  • This coupling can be done either continuously or periodically, whether spatially or temporally. This coupling makes it possible to improve the accuracy of the dead reckoning navigation system and/or to identify the part of the guide on which the vehicle is located and thus replaces certain functions of the transponders.
  • the system proposed by document EP 1 211 152 B1 requires measurements of speed and of an inertial quantity depending on a geometric characteristic specific to the track at different instants preceding the current instant.
  • the measurement values are coupled to a database made up of said specific geometric characteristic of the track and its spatial derivative for different curvilinear abscissas in order to improve the calculation of the current curvilinear abscissa from the previous curvilinear abscissa.
  • the gyrometer can either measure the yaw rate and be associated with the curvature of the track, or measure the roll rate and be associated with variations in track cant.
  • the document US 8989985 B2 presents a device and the corresponding method making it possible to determine the current position of a vehicle by measuring the variations in attitude from a reference point for which the position of the vehicle is known and by comparing them with a base of cartographic data containing in particular the attitude of the guide.
  • This device and this method do not in any way make it possible to determine the position of the vehicle along the guide without prior position information, external to the system.
  • This device and this method exploiting a cartographic database specific to the guide and not taking into account the deterministic error of attitude generated by the guidance of the vehicle, may not present the performance necessary for the resetting of a navigation system. in performance esteem.
  • the two previous documents use a map database to improve the accuracy of the dead reckoning system, but not to directly determine the position of the vehicle along the guide.
  • the first profile comes from a cartographic database and the second from the fusion between a yaw gyrometer and a speed sensor.
  • the document US 2009/0187294 A1 presents a device and the corresponding method making it possible to identify a confidence interval of the position of a vehicle when it starts using on-board position and attitude sensors, for example based on satellite positioning. This position is then compared with a cartographic database containing in particular the position of the guide in order to identify the lane of the guide on which the vehicle is located. When several lanes are identified, a profile of the evolution of the heading or the curvature as a function of the distance traveled is estimated using on-board sensors during the movements of the vehicle until obtaining a signature making it possible to discriminate the route by comparison with the cartographic database also containing the attitude of the guide.
  • Document WO 89/12234 A1 proposes a method based on the estimation, from inertial sensors, of a variation in heading, as a function of the distance traveled in order to measure a profile of the route. This measured profile is then compared with profiles of variation in heading as a function of the distance traveled contained in a database.
  • the document US 9616905 B2 concentrates in particular on the determination of the path taken when passing a switch by seeking the best correspondence between the measurement value of the variation in heading as a function of the distance traveled and the various possible signatures associated to the branches of the bifurcation.
  • the four previous documents use a signature detection of the variation of at least one of the three attitude components as a function of the distance traveled, requiring a measurement of relative displacement.
  • a signature detection of the variation of at least one of the three attitude components is observable during variations in the curvature of the track.
  • These variations require the passage of a switch or a cubic connection between two curves. This does not make it possible to take advantage of course changes in the middle of a curve, the most common situation, to readjust the navigation system by dead reckoning.
  • Document EP 3722 182 A1 discloses a correlation method carried out between inertial measurements and a database of railway tracks based on heading and heading variation. The purpose of this method is to determine the track taken by the train in the event that several railway tracks are in its vicinity.
  • the document WO 98/37432 A1 presents a method of correlation between inertial measurements and a heading-based railway database.
  • a Kalman filter associated with the track is used to estimate the residuals of the differences between the measured heading and that of the track.
  • a channel is eliminated when the residual estimated in the associated Kalman filter exceeds a threshold.
  • the track taken by the train is identified when there is only one possible track left.
  • the three attitude components are geographic heading, pitch and roll. It will be seen that depending on the applications, only one of the components can advantageously be used for the search for the crossing. This specific search differs from a signature or correlation analysis with a geometric shape stored in a memory. It will also be seen that even if all the components are not used for the search for the crossing, the unused components can advantageously be used to refine the results by eliminating the detected crossings which should not have been detected.
  • beacon and “virtual attitude beacon” will be used to designate the same virtual element and the term “hardware beacon” will be used to designate a physical beacon and therefore other than a virtual beacon of 'attitude.
  • a hardware tag is typically a transponder that can be read by a hardware tag reader onboard a vehicle.
  • a hardware beacon also called a transponder
  • a device for estimating the location of a vehicle guided along a guide comprising:
  • attitude sensor of the guided vehicle the attitude sensor supplying during the movement of the vehicle measurement values, in a local geographical reference, of one or more attitude components of the guided vehicle, the attitude components comprising geographical heading, roll and pitch and defining the orientation of a reference fixed to the vehicle with respect to the local geographical reference,
  • the virtual attitude beacons being located along the guide and oriented along the guide, the virtual attitude beacon data of a given beacon comprising information at least orientation and location of said beacon, said information being one or values of one or more of the attitude components of said beacon and at least one beacon attribute value including at least one position attribute value of said beacon, the attitude components being a maximum of three including a geographical heading, the value or values of position attributes making it possible to locate the beacon,
  • a processor configured to perform an attitude virtual beacon reader activity, the attitude virtual beacon reader comparing the stored attitude virtual beacon data and the vehicle attitude measurement values to detect a crossing of a virtual attitude beacon, the location of the guided vehicle being provided by the position attribute value(s) of the beacon detected in the virtual attitude beacon reader.
  • cap and “geographic cap” are used interchangeably to name a geographic cap.
  • each virtual attitude beacon is described, for each virtual attitude beacon, as being, on the one hand, one or values of one or more attitude components of said beacon and, on the other hand, at least one beacon attribute value including at least one position attribute value of said beacon.
  • This artificial separation for descriptive purposes is related to the fact that the attitude components are used rather for some of the operations within the device and the other data rather for other operations within the device. It is however understood that it would be equivalent to consider that these attitude virtual beacon data comprise only beacon attribute values comprising at less attributes which are one or values of one or more of the attitude components of said beacon and a position attribute value of said beacon.
  • the guide is a curvilinear guide
  • the local geographical reference is defined as being the reference point of origin at the current position of the dead reckoning system and whose axes are oriented according to the directions North, West, Up, or, then, North, East , Low,
  • the guide is material and is in particular a railway track or an electromagnetic guide or a marking to be followed,
  • attitude virtual beacon reader activity is carried out in a processor attitude virtual beacon reader
  • the processor is configured to detect crossed attitude virtual beacons
  • the processor is also configured to eliminate crossed attitude virtual beacons wrongly detected
  • the processor is configured to detect virtual attitude beacons in the virtual attitude beacon reader by comparing the three attitude components of the stored virtual attitude beacon data and vehicle attitude measurement values,
  • the processor is configured to detect attitude virtual beacons in the attitude virtual beacon reader by comparing two of the three attitude components of the stored attitude virtual beacon data and vehicle attitude measurement values ,
  • the processor is configured to detect attitude virtual beacons in the attitude virtual beacon reader by comparing only one of the three attitude components of the stored attitude virtual beacon data and attitude measurement values of vehicle,
  • the processor is configured to detect attitude virtual beacons in the attitude virtual beacon reader by comparing only one of the three attitude components which is the geographical heading of the stored attitude virtual beacon data and the values of vehicle attitude measurements,
  • the processor is configured so that the virtual attitude beacon reader compares stored virtual attitude beacon data and values of vehicle attitude measurements to detect a crossing of a value of an attitude component attitude virtual beacon data by a measurement value of a corresponding attitude component, an attitude virtual beacon for which crossing has been detected having its attitude component value of its virtual beacon data d attitude between two values of two successive measurements of the corresponding attitude component,
  • the processor is configured to detect virtual attitude beacons in the virtual attitude beacon reader by comparing stored virtual attitude beacon data and values of vehicle attitude measurements in order to detect a crossing of a value of an attitude component of the attitude virtual beacon data by a measurement value of a corresponding attitude component, an attitude virtual beacon for which a crossing has been detected having its attitude component value of its attitude virtual beacon data between two values of two successive measurements of the corresponding attitude component,
  • the processor is configured to detect virtual attitude beacons in a virtual attitude beacon detector of the virtual attitude beacon reader
  • the processor is configured so that the virtual attitude beacon reader compares only one of the three attitude components which is the geographical heading
  • the processor is configured to detect attitude virtual beacons in the attitude virtual beacon reader by comparing only one of the three attitude components which is geographical heading,
  • the processor is advantageously configured to detect virtual attitude beacons in the virtual attitude beacon reader by comparing only one of the three attitude components which is the geographical heading,
  • the virtual attitude beacon location attribute is a geodetic position that can be expressed by its geographical coordinates of latitude, longitude and altitude,
  • attitude virtual beacon location attribute is a curvilinear distance from a reference point
  • the virtual attitude beacon location attribute is advantageously a geodesic position to allow the system to be recalibrated
  • the attitude virtual beacon location attribute is advantageously a curvilinear distance with respect to a reference point to allow the resetting of the system ,
  • the virtual attitude beacon data storage memory is external to the vehicle and the device has access to said virtual attitude beacon data storage memory
  • the processor consists of several units, at least one of the units being arranged in the vehicle and at least one of the other units being external to the vehicle and associated with the memory for storing virtual attitude beacon data which is external to the vehicle ,
  • the processor is further configured to calculate an uncertainty value and/or a protection level associated with the location of the guided vehicle provided by the position attribute value(s) of the beacon detected,
  • the level of protection corresponds to a multiple of the uncertainty
  • the processor is further configured to select, based on prior information, a subset of the stored attitude virtual beacon data and for the attitude virtual beacon reader to use only the subset of the beacon data virtual stored attitude, - an attitude virtual beacon selector of the processor makes it possible to select, according to prior information, a subset of the stored attitude virtual beacon data,
  • the processor is further configured to select, based on prior information, a subset of the stored attitude virtual beacon data and for the attitude virtual beacon reader to compare the subset of the virtual beacon data stored attitude values and vehicle attitude measurement values,
  • the processor is further configured to select the subset of the stored attitude virtual beacon data based on at least one attitude virtual beacon attribute value of the attitude virtual beacon data,
  • the attitude virtual beacon data also includes an attitude virtual beacon attribute value which is an attitude virtual beacon identifier
  • the virtual attitude beacon data also includes a guide attribute value which is a guide identifier on which the virtual attitude beacon is positioned,
  • the attitude virtual beacon data also includes at least one attitude virtual beacon attribute value which is a list of identifiers of adjacent attitude virtual beacons,
  • the beacon data of a given attitude virtual beacon further comprises a beacon attribute value which is the curvature of the guide at the position of said attitude virtual beacon
  • the beacon data of a beacon given attitude virtual beacon further include beacon attribute values which are the curvilinear distances from said attitude virtual beacon to adjacent attitude virtual beacons as measured by following the guides
  • the beacon data of a given attitude virtual beacon also includes beacon attribute values which are the vectors linking the geodesic position of said attitude virtual beacon to the geodesic positions of the adjacent attitude virtual beacons,
  • the beacon data further comprises values of beacon attributes which are the uncertainties linked to the values of the beacon data
  • the virtual attitude beacon reader is further configured to eliminate virtual attitude beacons detected at incorrectly by comparing one or more values of one or more of the attitude components of the detected beacons and the values of vehicle attitude measurements
  • the processor is configured to eliminate attitude virtual beacons wrongly detected in a wrongly detected attitude virtual beacon eliminator of the attitude virtual beacon reader,
  • the virtual attitude beacon reader is further configured to eliminate virtual attitude beacons wrongly detected by comparing the data of the detected beacons and prior information coming from a communication interface
  • the attitude virtual beacon reader is further configured to eliminate erroneously detected attitude virtual beacons by comparing the attitude component(s) of the attitude virtual beacon that were not used to detect virtual attitude beacons, - in the case where the geographical heading is used to detect virtual attitude beacons, then the virtual attitude beacon reader is further configured to eliminate virtual attitude beacons wrongly detected by comparison between the pitch and/or or the roll of the detected attitude virtual beacon with the corresponding pitch and/or roll measured by the attitude sensor of the guided vehicle,
  • the attitude virtual beacon reader is further configured to eliminate attitude virtual beacons wrongly detected by comparison between at least one beacon attribute value of the detected beacon and a rejection criterion
  • the rejection criterion is a distance greater than a threshold between the position of the detected beacon and the estimated position of the vehicle
  • the stored attitude virtual beacon data comprises values of one or more of the beacon attitude components and values of beacon attributes, said values of one or more of the beacon attitude components and the beacon attribute values being values common (or intrinsic, these terms being considered equivalent in this context) to a determined family of vehicles, the vehicles of a family having identical structural characteristics,
  • the stored attitude virtual beacon data comprises values of one or more of the beacon attitude components and values of beacon attributes, said values of one or more of the beacon attitude components and the tag attribute values being guide-specific values,
  • the processor configured to execute the reader activity of virtual attitude beacon compares values of heading corrected measurements with the heading values of the virtual attitude beacon data, the corrected heading measurement values being values of heading measurements produced by the attitude sensor of the vehicle guided and corrected for the speed of the vehicle, the difference between the distance between centers of the vehicles of the family and the distance between centers of the guided vehicle and temporal variations of a rotation vector, the components of said rotation vector being the time derivative of roll, pitch and heading measured by the attitude sensor of the guided vehicle,
  • the processor configured to execute the attitude virtual beacon reader activity compares values of heading-corrected measurements with the values of heading of the attitude virtual beacon data, the heading corrected measurement values being heading measurement values produced by the attitude sensor of the guided vehicle and corrected for the speed of the vehicle, the center distance of the guided vehicle and temporal variations of a rotation vector, the components of said rotation vector being the time derivative of the roll, the pitch and the heading measured by the attitude sensor of the guided vehicle,
  • the processor configured to execute the virtual beacon reader activity d the attitude compares heading measurement values with the heading values of the attitude virtual beacon data without having to correct the heading measurement values
  • the identical structural characteristics of the vehicles are at least the same inter-bogie distance or center distance of the guided vehicle
  • the stored attitude virtual beacon data comprising values of one or more of the beacon attitude components and values of beacon attributes which are common to a determined family of vehicles have been obtained/collected by at least a vehicle of the said family
  • the attribute values which are common (or intrinsic) to a given family of vehicles are one or more values of the position of the beacon, value of the curvature of the guide at the position of the beacon, value of the curvilinear distance to the adjacent attitude virtual beacons,
  • beacon attribute values are specific (or intrinsic, these terms being considered equivalent) to the curvilinear guide on which the virtual attitude beacons are placed,
  • the values of one or more beacon attitude components are specific (or intrinsic) to the curvilinear guide on which the virtual attitude beacons are placed,
  • the attitude sensor of the guided vehicle is placed in or on the vehicle, without positioning or orientation constraints,
  • the dead reckoning navigation system of the guided vehicle is placed in or on the vehicle, without positioning or orientation constraints,
  • the orientation of the attitude sensor is corrected by misalignment angles in order to bring it back to the orientation of a reference fixed to the vehicle
  • the values of the beacon attitude component(s) which are specific to the curvilinear guide on which the virtual attitude beacons are placed can be corrected or, conversely and preferably, the measurement values of the attitude component(s) of the vehicle guided can be corrected, to take into account the structural characteristics of the guided vehicle,
  • the value of the center distance of the guided vehicle is a configuration element of the processor, in particular a configuration parameter of a program executed by the processor,
  • the value of the center distance of the vehicle family used to obtain/collect beacon data is a configuration element of the processor
  • the value of the center distance of the vehicle family used to obtain/collect beacon data is estimated by the dead reckoning navigation system
  • the rotation vector includes components which are the time derivative of the roll, pitch and heading measured by the attitude sensor of the guided vehicle,
  • the guided vehicle includes a dead reckoning means
  • the dead reckoning means is external to the device
  • the dead reckoning means implements an inertial unit
  • the dead reckoning means implements a displacement sensor
  • the device further comprises a communication interface
  • the device is connected to a communication interface external to the device
  • the communication interface is connected to a dead reckoning navigation means of the guided vehicle
  • the guided vehicle comprises control-command electronics external to the device
  • the communication interface and the device are configured to supply the control-command electronics of the guided vehicle with data in a format identical to the data format of a hardware beacon reader,
  • the invention also relates to a navigation system for a vehicle guided along a guide, the system comprising dead reckoning navigation means and the estimation device of the invention.
  • the invention finally relates to a method for estimating the location of a vehicle guided along a guide which implements the described means of the invention.
  • attitude sensor of the guided vehicle the attitude sensor supplying during the movement of the vehicle measurement values, in a local geographical reference, of one or more attitude components of the guided vehicle, the attitude components comprising geographical heading, roll and pitch and defining the orientation of a reference fixed to the vehicle with respect to the local geographical reference,
  • the virtual attitude beacons being located along the guide and oriented along the guide, the virtual attitude beacon data of a given beacon comprising information at least d orientation and location of said beacon, said information being one or values of one or more of the attitude components of said beacon and at least one beacon attribute value including at least one position attribute value of said beacon, the attitude components being a maximum of three including a geographical heading, the value or values of position attributes making it possible to locate the beacon,
  • the attitude virtual beacon data of a given beacon is stored in the memory for storing attitude virtual beacon data comprising at least orientation and location information for said beacon, said information being one or values of one or more of the attitude components of said beacon and at least one beacon attribute value including at least one value position attribute of said beacon, the attitude components being a maximum of three including a geographical heading and in which, the attitude sensor provides measurement values during the movement of the vehicle, in a local geographical reference, one or more attitude components of the guided vehicle, and wherein, the processor configured to perform an attitude virtual beacon reader activity compares the beacon data vi stored attitude values and the vehicle attitude measurement values in order to detect a crossing of a virtual attitude beacon, and wherein, the location of the guided vehicle is provided by the position attribute value(s) of the beacon detected in the attitude virtual beacon reader
  • a first operation is implemented in the virtual attitude beacon reader to detect virtual attitude beacons and a second operation to eliminate virtual attitude beacons wrongly detected.
  • FIG. 1 represents the two-dimensional projection of a part of a curvilinear guide comprising three curved sections (101, 102, 103) of guide having different curvatures,
  • FIG. 2 represents, on the one hand, the heading (solid line 201) in radians (rad) of the curvilinear guide sections of FIG. 1 as a function of the curvilinear abscissa along these guide sections and, on the other hand , the heading (dashes 202) of an example of a vehicle when the latter travels through the curvilinear guide sections, virtual attitude beacons (large dots, globally referenced 203) belonging to these curvilinear guide sections also being represented,
  • FIG. 3 represents the two-dimensional projection of a complex curvilinear guide including in particular the curvilinear guide sections of figure 1
  • FIG. 4 shows the heading (402) of an exemplary vehicle as it travels through the curvilinear guide sections (101), (102), (103), (301) and (302) as well as the heading (403) of this same vehicle when the latter travels through the curvilinear guide sections (101) and (304), virtual attitude beacons (large dots, globally referenced 404) belonging to these curvilinear guide sections also being represented,
  • FIG. 5 represents a state-of-the-art location system for a guided vehicle and which uses a hardware beacon reader
  • FIG. 6 represents an embodiment of the guided vehicle location system according to the invention
  • FIG. 7 represents a functional and structural diagram of an embodiment of the invention implementing a processor.
  • Virtual attitude beacons are implemented which are located along a guide traversed by a vehicle and oriented following the guide directly or indirectly.
  • the orientation can be for example that, local , of one of the two rails (tangent to the rail) or the orientation of the track in the middle of the track (tangent to the track, in its middle).
  • the beacons are for example located at the center of the distance between the vehicles of the family and oriented according to these vehicles, this for a determined position of the vehicle on the track.
  • each virtual attitude beacon are defined by one or values of one or more attitude components of said beacon and by at least one beacon attribute value which is a position attribute value of said beacon.
  • Tag attribute values may include other information such as tag ID, adjacent tags, etc.
  • the geographic heading is the angle between a reference axis of the beacon and the direction of the north, the reference axis corresponding to the tangent to the guide at the position of the beacon.
  • the pitch corresponds to the slope of the guide and the roll to the cant of the guide, in the case of a railway track the outer rail being raised relative to the inner rail in a curve.
  • a virtual attitude beacon For a virtual attitude beacon whose data is common to a determined family of vehicles, its geographical heading, roll and pitch angles are those of a vehicle of the family when, for example, the center of its spacing coincides with the beacon position.
  • its true heading angle is the angle between the front centerline of the vehicle and the direction of True North.
  • the front axis corresponds to an axis longitudinal to the body passing through the pivots of the two bogies.
  • the left axis corresponds to the intersection of the plane defined by the floor of the body with a plane perpendicular to the front axis.
  • Roll is the angle between the left axis and the horizontal plane.
  • Pitch is the angle between the front axis and the horizontal plane.
  • the course of a vehicle is equal to that of the track by placing itself at the point given by the orthogonal projection of the center of the center distance of the vehicle on the track.
  • the roll and the pitch of the vehicle are equal to those of the guide by placing itself at the point given by the orthogonal projection of the center of the center distance of the vehicle on the guide.
  • the link between the geographic heading, roll and pitch angles of the vehicle and those of a virtual attitude beacon is direct and it is possible to directly compare the geographic heading, the roll or the pitch of the railway where is the virtual beacon of attitude to the geographical heading, roll or pitch measured of a vehicle circulating on the railway.
  • the stored attitude virtual beacon data are values common to a determined family of vehicles and that the guided vehicle belongs to said determined family, then it is possible to directly compare the geographical heading, the roll or the pitch from the beacon to the geographic heading, roll or pitch measured by the attitude sensor of the guided vehicle, whatever the route of the guide.
  • the beacon heading, roll or pitch data are not directly comparable to the measured data, except for the specific layout of the guide.
  • correction calculations of the attitude component(s) are implemented between the measurement values and those of the virtual attitude beacons to take into account in particular the effect(s) of the suspension and/or or the joint effects of the layout of the guide (i.e. of the track in a railway context) and the inter-bogie distance of the vehicle.
  • attitude components of attitude virtual beacon specific to the curvilinear guide the heading being the angle between the tangent to the guide in the horizontal plane and the direction of north and the heading measured in the vehicle being the angle between the center distance and the direction of north, then these angles are not equal, but it is possible to correct this difference due to the variation of the curvature of the guide.
  • the processor 602 is further configured to correct the measurement values of the heading of the vehicle produced by the attitude sensor of the guided vehicle 603 by taking into account the center distance of the guided vehicle, the speed of the vehicle and the variations of a rotation vector, the components of said rotation vector being the time derivative of the roll, the pitch and the heading measured by the attitude sensor of the guided vehicle 603.
  • the processor 602 executes an activity to detect virtual beacons attitude 711 in the virtual attitude beacon reader 710 by comparing the values of the corrected heading measurements with the heading values of the virtual attitude beacon data.
  • one solution consists in using a transfer function between the heading of the vehicle and the heading of the guide depending on the speed of the vehicle, the center distance of the vehicle and the temporal variations of a rotation vector, in order to to model and correct part of the error due to such effects.
  • the transfer function uses the center distances of the two families of vehicle.
  • the processor 602 compares the stored virtual attitude beacon data and the vehicle attitude measurement values for detecting crossing of one of the attitude components of one or more virtual attitude beacons by the measurement values of said at least one same attitude component, which corresponds in in other words that a virtual attitude beacon for which crossing is detected has its value of said attitude component comprised between two values of two successive measurements of the same attitude component of the guided vehicle.
  • this virtual attitude beacon detection appears to produce a result in the same way as for a material beacon, a virtual attitude beacon being crossed when the guided vehicle, moving along the guide, overtakes the position of the virtual beacon defined by its position attribute value(s),
  • the material and functional means implemented for the detection of virtual beacons in the invention on the one hand, and for the detection of material beacons on the other hand, are different.
  • the invention applies to guided vehicles 500 moving along guides, in particular curvilinear, of all kinds.
  • the guidance of the vehicles can be passive, for example guidance by rails, or active, for example wire-guided or with tracking of visual cues, the vehicle having to orient its rolling means on a track.
  • Figure 1 shows an example of a relatively simple guide (rails) in that it contains only sections of zero 103 or non-zero and constant 101, 102 curvature in the horizontal plane and in that the course of the guide is a monotonic function of its curvilinear abscissa.
  • Section 101 extends from location 110 to location 111.
  • Section 103 extends from location 112 to location 113.
  • Section 102 connects the two previous sections 101 and 103.
  • the vehicle comprises an attitude sensor 603 of the guided vehicle which is placed in or on the vehicle and which makes it possible to carry out measurements of the attitude of the vehicle. There are no positioning or orientation constraints of the attitude sensor 603 in or on the vehicle.
  • the orientation of the attitude sensor 603 can be corrected by misalignment angles with respect to a conventional orientation in order to provide the heading, roll and pitch angles of the vehicle according to the chosen convention.
  • corrections are possible on the measurement values and/or the stored attitude virtual beacon data, in this case of the attitude component(s) values of the attitude virtual beacons, in order to improve the comparison between the attitude components of the vehicle and those of the virtual attitude beacons, this depending on whether the stored virtual attitude beacon data belong to a determined family of vehicles or are specific to the guide and depending on whether or not the guided vehicle belongs to said family.
  • Figure 2 compares, according to the curvilinear abscissa, the heading of the guide in the middle of the vehicle and the heading of the vehicle. These two headings being monotonic functions of the curvilinear abscissa of the guide, the heading measurement uncertainty translates directly into a measurement uncertainty of the curvilinear abscissa.
  • a vehicle was considered passively guided (by bogies for example) along the guide at two points 20 m apart.
  • vehicles with different guides can move on the same guide. This is the case, for example, of railway applications for which the center distance between pivots of the bogies of guided vehicles can vary from simple to triple.
  • the observed curvilinear abscissa error sometimes exceeds 5 m if the curvilinear abscissa is used where the track heading is equal to the measured heading to position the vehicle.
  • the vehicle heading measurement values produced by the attitude sensor of the guided vehicle 603 can be corrected as indicated above.
  • FIG. 2 presents elements allowing resetting, called virtual attitude beacons, specific to the type of guided vehicle and to the guide concerned 100.
  • the assembly 211, 212, 213, 214, 215 and 216 ( globally referenced 203) of these elements is stored in a memory 604 of the invention and used to estimate the location of the vehicle.
  • the beacons are virtual beacons and they correspond in practice to information or data advantageously stored in a memory 604 of the guided vehicle.
  • attitude virtual beacon attitude component(s) values and/or attitude virtual beacon attribute values are said to be "intrinsic” because they can be used by a family of vehicles having characteristics, in particular structural, that are identical (e.g. the same spacing between bogies) because this information is obtained from the passage on the guide a vehicle belonging to this same family to obtain/collect the attitude virtual beacon data which will be used in the system of the invention.
  • the vehicle includes a dead reckoning navigation system 501 which is placed in or on the vehicle and which makes it possible to estimate the position of the vehicle. There's no positioning or orientation constraints of the dead reckoning navigation system 501 in or on the vehicle.
  • the resetting of the dead reckoning navigation system 501 consists in comparing its position with the location information of the beacon detected. If the location is geodetic, this comparison uses the following corrections:
  • the virtual attitude beacons are points along the guides whose position has been chosen on sections where, preferably, at least one of the three attitude components of the guide/railway varies. In the case of a vehicle moving on the ground, it is the geographical heading which presents the most significant variations and which is used in the comparisons for crossing detection.
  • the device of the invention is in a way a hardware beacon reader simulator which implements virtual attitude beacons and determines which one it crosses during the course of the guide from measurement values of the components of attitude of the guided vehicle.
  • the implementation of the invention does not require reading a hardware beacon but is based on comparisons between a stored attitude component value of virtual attitude beacon and a measurement value of a component d vehicle attitude measured by a vehicle attitude sensor 603. More precisely, during these comparisons, searches/detections of crossings of the value of an attitude component of an attitude virtual beacon by the vehicle attitude measurement values to determine which is or are the virtual attitude beacon(s) passed by the moving vehicle.
  • detection must be understood in the sense of search and the result of the detection can be positive (a virtual attitude beacon has been crossed according to the criteria of the invention) or negative (the virtual attitude beacon has not not been crossed according to the criteria of the invention).
  • the data of a virtual attitude beacon is a group of data stored in a memory 604 which can be on board the vehicle or accessible by the vehicle, these data being one or more values of attitude components and related attributes with the virtual attitude beacon.
  • the attitude virtual beacon data of a beacon comprises at least one attitude component of the attitude, heading and/or pitch and/or roll virtual beacon, and one or more attribute values of which at least one position attribute value of the attitude virtual beacon.
  • the attribute values of the attitude virtual beacon data of a virtual attitude beacon may further comprise a guide section (or guide) identifier corresponding to the guide section (or guide) in which the virtual attitude beacon is positioned.
  • the attitude virtual beacon data of a virtual attitude beacon may further include another virtual attitude beacon attribute such as for example a virtual attitude beacon identifier.
  • a position attribute value of the virtual attitude beacon is the value of the guide distance separating the virtual attitude beacon from a reference point, then this value makes it possible to readjust the location of the vehicle along the guide.
  • the vehicles can therefore access these virtual attitude beacon data or even, preferably, include these virtual attitude beacon data in a memory 604 specific to the vehicle.
  • the set of virtual attitude beacon data from the set of virtual attitude beacons 203 is stored in a memory of the vehicle and is used to estimate the location of the vehicle along the guide. : the virtual attitude beacon detected giving, by its virtual attitude beacon data, the value or values of position attributes in this case, the location of the vehicle.
  • all of the virtual attitude beacon data of the virtual attitude beacons 203 is stored in a memory external to the vehicle, for example a remote server, and which the vehicle can access by a radio link by real time during the movement and/or in batches or in full prior to the movement of the vehicle (e.g. during the preliminary programming of the vehicle route - train sheet - in the vehicle computer).
  • a significant advantage of the invention is the fact that it can use numerous attitude virtual beacons making it possible to obtain frequent readjustments for almost zero cost because there is no need to place material beacons along of the guide for this, it is only necessary to know one or more values of one or more attitude components of the guide for virtual attitude beacons, at least the position attribute values of the virtual attitude beacons and vehicle attitude measurement values produced by an attitude sensor 603.
  • the invention also applies in the case of parts of more complex guides than those presented hitherto and such as, for example, comprising inclined sections or sections with variable curvature.
  • the invention also applies to guides including portions of guides in deflection such as represented in FIG. the East towards the guide 102 or, alternatively, towards the guide 304.
  • equipment switch in a railway context placed at the location 311 makes it possible to deflect the vehicle traversing the guide 302 by direction of the West towards the guide 301 or, alternatively, towards the guide 303.
  • FIG. 4 presents resetting elements which are again virtual attitude beacons and which are specific to the type of guided vehicle and to the guide concerned.
  • the virtual attitude beacons 211, 212, 213, 214, 215 and 216 correspond to the route by the vehicle of the sections 101, 102 and 103 of the guides, as shown in FIG. 3.
  • the virtual attitude beacon 415 corresponds to the route by the vehicle in section 304 of the guide.
  • the virtual attitude beacons 411, 412, 413 and 414 correspond to the route by the vehicle of the sections 103, 301 and 302.
  • they when they are placed sparingly and judiciously, they allow relevant cartographic resetting of a dead reckoning navigation system 501 .
  • the conventional/known location system of FIG. 5 comprising a guidance system 550 along a curvilinear guide 551 and using a dead reckoning navigation system 501, and which gives inaccurate information on the location of the guided vehicle 500
  • the guidance system 550 corresponds for example to bogies and the curvilinear guide 551 to railway track rails.
  • This location system of FIG. 5 of the state of the art which implements control-command electronics 502 within the vehicle, can obtain the location information by using a hardware beacon reader 510 allowing to read hardware beacons 520,, 520,+i (transponders).
  • the hardware beacon reader 510 provides location information supplied to it by the hardware beacon for the resetting of the dead reckoning navigation system 501. Note that in FIG. 5, two hardware beacons 520, and 520i+ are shown schematically. i in relation to the hardware tag reader 510 simply to symbolize that the hardware tag reader 510 was able to read these two hardware tags during the movement of the vehicle, but it is not a simultaneous reading of the two hardware tags.
  • the guided vehicle 500 comprises a device 600 which provides location information for the resetting of the dead reckoning navigation system 501.
  • this information is not obtained by a hardware beacon reader but by comparisons in a processor 602 between virtual attitude beacon data stored in a memory 604 and vehicle attitude measurement values produced by a sensor attitude 603 to search for/detect a crossing of a value of an attitude component of the attitude virtual beacon data by a measurement value of a corresponding attitude component.
  • the processor 602 is linked to the control-command electronics 502 via a communication interface 601 of the device 600.
  • the validity time of the location readjustment is determined as the estimated crossing time.
  • the latter can be calculated from the two values of two successive attitude measurements, denoted respectively y r and ip c , making it possible to detect the crossing and from the value of the attitude component of the data of the virtual attitude beacon crossed, denoted ip b , for example assuming a linear variation over time of the value of the attitude component measured between the 2 measurement times, denoted t p and t c respectively.
  • the crossing detection is based on a single attitude component, the heading for a vehicle remaining on the ground and the other two attitude components can be used to eliminate a virtual attitude beacon detected at wrong. This reduces the risk of false positives.
  • the comparisons can also be made on a subset of the virtual attitude beacon data stored as mentioned below.
  • the processor 602 is configured for the virtual attitude beacon reader 710 to compare the values of the attitude components of a stored virtual attitude beacon and the values of vehicle attitude measurements to detect a crossing by comparing one, two or three of the three attitude components in the means for detecting virtual attitude beacons 711 of the virtual attitude beacon reader 710.
  • the crossing can be detected when a depending on these values, such that the Euclidean distance between a vector of attitude values of the beacon and a vector of measured values, reaches a minimum or becomes less than a predetermined threshold.
  • Crossing detection by obtaining a minimum requires at least three successive attitude measurements, whereas a single attitude measurement is sufficient in the case of comparison with a threshold.
  • the function can also be given by the maximum of the absolute values of the components of a vector obtained by the difference between the vector of attitude values of the beacon and a vector of measured attitude values. These absolute values can optionally be weighted before calculating the maximum.
  • the crossing search/detection comparisons resulting from a new attitude measurement value may result in the detection of the crossing of more than one crossed attitude virtual beacon.
  • the processor 602 sends to the communication interface 601 of the data associated with all the virtual attitude beacons detected or the data calculated from a fusion of the virtual attitude beacons detected.
  • attitude virtual beacon data In order to be able to position as many virtual attitude beacons as possible and to best avoid the device of the invention producing several virtual attitude beacons crossed for the same vehicle attitude measurement value, it is preferable to choose, in the attitude virtual beacon data, among the possible attitude virtual beacon attitude components, the one for which the ratio between the range of possible values and the uncertainty between the measurement values and the values of the attitude component of the associated attitude virtual beacons is maximum.
  • the processor 602 We will preferably memorize or use this component if the memory 604 and/or the computing capacities of the processor 602 are constrained.
  • the heading uncertainty can result in a location uncertainty in the horizontal plane because of the curvature.
  • This heading uncertainty comes from the measurement errors of the attitude sensor 603, from a heading error of the data of the virtual attitude beacon, from the repeatability of heading of the vehicle guided in part of the guide and from any corrections of heading if the heading of the stored virtual beacon data has not been determined by a vehicle having the same structural characteristics as the guided vehicle.
  • the location uncertainty that can be exploited for the resetting of the dead reckoning navigation system 501 also includes the location uncertainty of the virtual attitude beacon.
  • the processor 602 can also be configured to calculate the level of protection associated with the estimation of the location of the vehicle obtained, this level of protection can for example be calculated from the uncertainty.
  • the frequency of reception of attitude measurement values by the attitude virtual beacon reader 710 is lower than the measurement frequency of the attitude sensor 603, the frequency of comparisons and search for crossing corresponding to the reception frequency: at each new vehicle attitude measurement value received, the crossing comparisons and searches are carried out on the attitude virtual beacon data.
  • the attitude sensor 603 provides a measurement value of at least one attitude component of the vehicle, in a local geographical reference.
  • This local geographical reference is defined as being the reference point of origin at the current position of the dead reckoning navigation system 501 and whose axes are oriented according to the directions North, West, Up, or, according to another convention, North, East, Down.
  • This sensor can be, for example, an inertial navigation unit or an AHRS (“Attitude and Heading Reference System”).
  • AHRS titude and Heading Reference System
  • the device 600 of the invention therefore comprises a processor 602.
  • the processor 602 is functionally linked to the memory 604 and to the attitude sensor 603 making it possible to measure the attitude of the vehicle.
  • the processor 602 is therefore configured/programmed to periodically obtain, from the attitude sensor 603, a measurement value of at least one attitude component of the vehicle and then to compare it with the attitude virtual beacon data of the memory 604 looking for an attitude virtual beacon datum value crossing by the attitude measurement values.
  • the device 600 comprises a communication interface 601, an attitude sensor 603 and a memory 604 which are in communication with the processor 602.
  • the device 600 and the hardware tag reader 510 provide the same type of registration information and therefore that it is also possible to implement the two in parallel.
  • This may relate, for hardware tags, to those that can be read and provided directly (pre-programmed hardware tag transmitting its information to the vehicle's hardware tag reader) or indirectly (through stored hardware tag data, following pairing between the material beacon and the corresponding material beacon data) registration information, in practice directly or indirectly providing one or more position attribute values, in particular the guide distance value separating the material beacon from a reference point.
  • the component of the attitude measurement value and that of the attitude virtual beacon datum be of the same type, for example the heading or the pitch or the roll for the attitude virtual beacon data and the measurement values, the heading of the attitude virtual beacon data being compared with the headings of the values of two following/successive measurements, etc.
  • the device or method of the invention can restrict the attitude virtual beacon data that must be implemented among the set of attitude virtual beacon data, thanks to the use of the guided vehicle movement authorization information.
  • the device or method of the invention can restrict the attitude virtual beacon data that must be implemented among the set of attitude virtual beacon data, thanks to the use of the guided vehicle movement authorization information.
  • the establishment of the subset of virtual attitude beacon data can be done prior to the movement of the vehicle (for example during the preliminary programming of the route of the vehicle - train sheet in a railway context - in the vehicle's computer), or periodically or batch (when entering a new route) or in real time as the vehicle moves.
  • attitude virtual beacon data not only limited to the guide sections of the authorization of movement but to others which correspond to virtual beacons of attitude which could be encountered in the event that the vehicle should be diverted or parked (for example temporary parking or diverted in the opposite direction -IPCS- to let another vehicle).
  • prior information 701 makes it possible to perform an a priori selection 700 among the virtual attitude beacons accessible or in memory in order to reduce the number of virtual attitude beacon data to be compared. to the vehicle attitude measurement values in the attitude virtual beacon reader 710.
  • the attitude virtual beacons/attitude virtual beacon data thus selected are stored within a beacon data subset virtual attitude beacon which is used by the virtual attitude beacon reader 710, in particular to detect virtual attitude beacons 711.
  • This selection can be made according to the methods described previously and for example according to the planned route of the vehicle - train file - to define a subset of the virtual attitude beacon data corresponding to virtual attitude beacons that can meet the vehicle.
  • the prior information 701 the selected attitude virtual beacons 702 which are a subset of the virtual attitude beacons (a subset of the virtual beacon data of attitude in practice) and the virtual attitude beacons detected 703 to symbolize results of operations and/or tests which are carried out within the processor 602.
  • the processor 602 is a programmable computer equipment and which is programmed to execute the invention. These elements 701, 702 and 703 can be transient information within the processor 602 or be stored in a specific memory 604.
  • the operations and/or tests are symbolized by the functions “select virtual attitude beacons” 700, “ detect virtual attitude beacons” 711 and “eliminate virtual attitude beacons” 712 wrongly detected (elimination of false positives), the latter two being a “virtual attitude beacon reader” 710.
  • the virtual attitude beacon reader 710 can comprise only the function “detect virtual attitude beacons” 711 or, then, the combination of the two functions “detect virtual attitude beacons" 711 and “remove beacons virtual attitude beacons” 712.
  • the "detect virtual attitude beacons" function 711 does not produce false positives (detection of crossing of a virtual attitude beacon which is not s relevant)
  • the virtual attitude beacons detected 703 can be obtained directly by the function 711. This can in particular be obtained by an efficient “select virtual attitude beacons” function 700 .
  • the “eliminate virtual attitude beacons” function 712 is then useful for eliminating crossing detections which concern irrelevant virtual attitude beacons.
  • the term “virtual attitude beacons” has been used instead of “virtual attitude beacon data” to simplify the figure but the operations carried out (in particular the selections and the comparisons for search/detection of crossing) ultimately apply to the attitude virtual beacon data. It is possible, in the case where the attitude virtual beacon data includes an attribute of identifiers of adjacent attitude virtual beacons, that the latter be used for the selection of the virtual attitude beacons in the "select virtual attitude beacons" blocks 700. More generally, the prior information can be received by the interface 601 and/or deduced from the previous virtual attitude beacons detected 703. The prior information may comprise only identifiers of virtual attitude beacons adjacent to the previous virtual attitude beacons detected 703.
  • the operating frequency of the step making it possible to select virtual attitude beacons 700 is generally lower than that of the virtual attitude beacon reader 710.
  • the virtual attitude beacon reader 710 comprises means for detecting virtual attitude beacons 711 and to eliminate virtual attitude beacons 712 wrongly detected by comparison between measurement values of attitude sensor 603 and virtual attitude beacon data.
  • the means for eliminating attitude virtual beacons 712 uses some of the measured attitude components to eliminate wrongly detected attitude virtual beacons and thus refine the information sent back to the communication interface 601. It should be noted that this means for eliminating virtual attitude beacons 712 is optional in the virtual attitude beacon reader 710.
  • the processor 602 When and only when the means for detecting virtual attitude beacons 711 of the processor 602 detects that the measurement values of the component of attitude cross the value of the same attitude component of one or more virtual attitude beacons 702 previously selected from among the virtual attitude beacons which are in the memory 604, the processor 602 returns to the communication interface 601, if the means for eliminating erroneously detected attitude virtual beacons 712 accepts it, information concerning, depending on the case, the virtual beacon the detected attitude or all of the virtual attitude beacons detected 703 or, in certain embodiments, information calculated from a fusion of the information concerning the set of virtual attitude beacons detected 703.
  • detected attitude virtual beacon is therefore an attitude virtual beacon beacon or data for which a crossing has been detected during the comparison between the attitude virtual beacon data and the values of vehicle attitude measurements in the attitude virtual beacon reader 710 implemented in processor 602.
  • the prior information it is possible to complete the prior information with a list of virtual attitude beacons adjacent to that of the newly detected virtual attitude beacon, these adjacent virtual attitude beacons being virtual beacons of attitude that it is possible to reach by the guide followed by the vehicle following passage over this newly detected virtual attitude beacon, without encountering others.
  • the virtual attitude beacons 211, 213 and 415 are adjacent to the virtual attitude beacon 212.
  • the beacon 212 is itself part of its list of adjacent beacons in order to manage the situation where the vehicle reverses.
  • prior information is the part of the guide traveled by the guided vehicle. In operational safety applications, for example, it would be the part of the guide corresponding to the authorization for movement of the vehicle.
  • prior information is an approximate geographical location of the vehicle.
  • the states of the guide equipment (switch, turntable, ferry cart, etc.) allowing a change of route are not not necessarily known beforehand and it is therefore necessary for the preliminary information to include the virtual attitude beacons that can be encountered on the various possible routes.
  • FIG. 3 in the case of a guided vehicle moving on the section 101 towards the East, the state of the guide equipment 111 being unknown, the dead reckoning navigation system 501 does not know s it will evolve towards the guide 102 or towards the guide 304 and therefore the prior information will include at least a certain number of the first virtual attitude beacons of the two possible routes.
  • the attitude virtual beacon data preferably contains the values of the attributes necessary to use the prior information and possibly the other attitude component(s) than that used in the comparisons for the crossing search.
  • the geographical heading is used, among the beacon data.
  • the other two attitude components, pitch, roll, attitude virtual beacon data can be used in the means to eliminate erroneously detected virtual attitude beacons 712 .
  • the means for eliminating erroneously detected attitude virtual beacons 712 can also use other beacon attribute values. For example, using the position attribute value(s) of said beacon to eliminate from detected beacons those whose position is too far from the estimated position of the vehicle. For example, use the channel identifier attribute value to eliminate from the detected beacons those whose channel identifier does not correspond to the channel travelled.
  • the means of the invention also communicate to the control-command electronics 502 information concerning the guide section traversed. In a railway application, this is a track identifier.
  • This channel identifier can, depending on the case, be obtained from the detected attitude virtual beacon data 703 supplied by the attitude virtual beacon reader 710 of the processor 602 (in the event of presence in the stored attitude virtual beacon of a channel identifier attribute).
  • the vehicle may optionally include a hardware beacon reader making it possible to read information contained in hardware beacons and this reader is adapted to the types of hardware beacons encountered during movement of the vehicle.
  • the physical reading of a hardware beacon can be advantageously used in addition to the means of the invention, for example for security checks by redundancy or to add hardware beacons for guide sections where none of the three attitude components varied.
  • the hardware tag data is directly provided by the hardware tags by transmission to the vehicle when read by a hardware tag reader of the vehicle, each hardware tag having been programmed with information which is at least the distance value guide separating the material beacon from a reference point and, possibly, the material beacon identifier and/or the guide section identifier of the guide where it is placed.
  • the invention can thus advantageously be implemented in a dead reckoning navigation system 501 and allow its resetting in an effective manner.

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Abstract

Dispositif et procédé d'estimation de la localisation d'un véhicule guidé (603) le long d'un guide, le dispositif comportant : un capteur d'attitude du véhicule guidé fournissant des valeurs de mesures de composantes d'attitude du véhicule, une mémoire (604) de mémorisation de données de balise virtuelle d'attitude comportant des valeurs d'une ou plusieurs des composantes d'attitude de la balise virtuelle d'attitude et au moins une valeur d'attribut de balise virtuelle d'attitude, dont au moins une valeur d'attribut de position de ladite balise, un processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d'attitude (710), le lecteur de balise virtuelle d'attitude (710) comparant les données de balise virtuelle d'attitude mémorisées et les valeurs de mesures d'attitude de véhicule pour détecter un franchissement d'une valeur d'une composante d'attitude des données de balise virtuelle d'attitude par une valeur de mesure de la composante d'attitude correspondante, ladite composante d'attitude étant avantageusement le cap géographique.

Description

DESCRIPTION
TITRE : DISPOSITIF ET PROCÉDÉ D'ESTIMATION DE LA LOCALISATION D'UN VÉHICULE GUIDÉ LE LONG D'UN GUIDE CURVILIGNE
Domaine technique
La présente invention concerne de manière générale le domaine des systèmes de navigation, en particulier à l’estime, dans lesquels il est mis en oeuvre des recalages de localisation. Elle se rapporte plus particulièrement à un dispositif et un procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide curviligne.
Arrière-plan technologique
L’invention permet la localisation d’un mobile navigant ou circulant (ces termes étant équivalents dans le contexte de l’invention) le long d’un guide curviligne.
On considère notamment comme guides curvilignes les voies des réseaux ferrés, les guides électromagnétiques comme par exemple pour les robots d’élevage ou les véhicules autonomes, ou encore les systèmes optroniques de suivi de courbes comme par exemple les lignes blanches d’une autoroute.
La localisation d’un mobile le long d’un guide curviligne est généralement définie par une abscisse curviligne depuis un point de référence plutôt que par une position géographique.
Dans un contexte ferroviaire, ces points de référence peuvent par exemple être des transpondeurs, génériquement dénommés balises matérielles, positionnés le long des voies ferrées ou des appareils de voie. Un lecteur de balise matérielle embarqué à bord des véhicules ferroviaires permet de lire ces transpondeurs lors de leur franchissement. Afin de déterminer l’abscisse curviligne parcourue depuis le franchissement de chacun de ces transpondeurs, les véhicules ferroviaires sont équipés de différents dispositifs contribuant à un système de navigation à l’estime. Il peut s’agir notamment de capteurs de position angulaire de roue, parfois appelés “roue phonique”, de radars, de capteurs inertiels/centrale inertielle ou encore de systèmes de localisation par satellite.
Avec une dérive notamment proportionnelle à la distance parcourue, ces systèmes de navigation à l’estime nécessitent des recalages réguliers par passage sur de nouveaux transpondeurs (transpondeurs suivants) rencontrés le long du parcours des voies, impliquant un coût d’installation et surtout de maintenance important. Ils nécessitent eux-mêmes des maintenances périodiques très fréquentes et résultant en une faible disponibilité du matériel ferroviaire. En plus de cela, leurs performances restent limitantes par rapport au besoin de certains opérateurs ferroviaires, par exemple dans des zones de trafic dense.
Ainsi, l’invention concerne particulièrement les mobiles dont la détermination de la localisation utilise des systèmes de navigation à l’estime.
Cette navigation à l’estime nécessite une localisation initiale ainsi que des relocalisations régulières, ou recalages, permettant de limiter les erreurs et incertitudes qui, sinon, s’accumuleraient lors de la navigation à l’estime.
Les incertitudes associées à ces localisations et relocalisations doivent notamment être bien connues afin que le système de navigation à l’estime puisse prendre en compte convenablement les recalages.
Pour des applications en sûreté de fonctionnement, il peut également s’avérer nécessaire de connaître le niveau de protection offert par cette localisation, à savoir l’erreur maximale garantie, par un contrôle d’intégrité.
La localisation à l’estime de véhicules guidés à partir du couplage entre des valeurs de mesures par des capteurs à bord du véhicule et une base de données cartographiques a déjà fait l’objet de plusieurs publications. Ce couplage peut être fait soit en continu, soit périodiquement, que cela soit spatialement ou temporellement. Ce couplage permet d’améliorer l’exactitude du système de navigation à l’estime et/ou d’identifier la partie de guide sur laquelle se trouve le véhicule et remplace ainsi certaines fonctionnalités des transpondeurs.
Le système proposé par le document EP 1 211 152 B1 nécessite des mesures de vitesse et d’une grandeur inertielle dépendant d’une caractéristique géométrique propre à la voie en différents instants précédant l’instant courant. Les valeurs de mesures sont couplées à une base de données constituée de ladite caractéristique géométrique propre de la voie et de sa dérivée spatiale pour différentes abscisses curvilignes afin d’améliorer le calcul de l’abscisse curviligne courante à partir de l’abscisse curviligne précédente. En fonction de son axe de mesure dans le véhicule ferroviaire, le gyromètre peut soit mesurer la vitesse de lacet et être associé à la courbure de la voie, soit mesurer la vitesse de roulis et être associé aux variations de dévers de la voie.
Le document US 8989985 B2 présente un dispositif et la méthode correspondante permettant de déterminer la position courante d’un véhicule en mesurant les variations d’attitude depuis un point de référence pour lequel la position du véhicule est connue et en les comparant à une base de données cartographique contenant notamment l’attitude du guide. Ce dispositif et cette méthode ne permettent en aucun cas de déterminer la position du véhicule le long du guide sans information préalable de position, externe au système. Ce dispositif et cette méthode, exploitant une base de données cartographique propre au guide et ne tenant pas compte de l’erreur déterministe d’attitude engendrée par le guidage du véhicule, peuvent ne pas présenter les performances nécessaires au recalage d’un système de navigation à l’estime performant.
Les deux documents précédents utilisent une base de données cartographique pour améliorer l’exactitude du système de navigation à l’estime, mais pas pour déterminer directement la position du véhicule le long du guide.
Plusieurs publications dans le domaine ferroviaire proposent d’utiliser des méthodes de corrélation entre deux profils représentant la courbure ou le cap relatif en fonction de l’abscisse curviligne. Le premier profil est issu d’une base de données cartographique et le second de la fusion entre un gyromètre de lacet et un capteur de vitesse.
C’est notamment le cas de l’article de Samer S. Saab: “A Map Matching Approach for Train Positioning”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, Vol. 49, No. 2, mars 2000 (2000-03), pages 467-475 qui développe un algorithme de recalage de la position courante du véhicule ferroviaire lors de la détection d’une signature de courbure. Ces signatures correspondent à des variations de la courbure en particulier au niveau des aiguillages et des raccordements cubiques assurant la transition entre un alignement et une pleine courbe.
Le document US 2009/0187294 A1 présente un dispositif et la méthode correspondante permettant d’identifier un intervalle de confiance de la position d’un véhicule lors de son démarrage à l’aide de capteurs de position et d’attitude embarqués, par exemple basés sur le positionnement par satellite. Cette position est ensuite comparée à une base de données cartographique contenant notamment la position du guide afin d’identifier la voie du guide sur laquelle se trouve le véhicule. Lorsque plusieurs voies sont identifiées, un profil de l’évolution du cap ou de la courbure en fonction de la distance parcourue est estimé à l’aide de capteurs embarqués lors des déplacements du véhicule jusqu’à obtenir une signature permettant de discriminer la voie par comparaison avec la base de données cartographique contenant également l’attitude du guide.
Le document WO 89/12234 A1 propose une méthode basée sur l’estimation, à partir de capteurs inertiels, d’une variation de cap, en fonction de la distance parcourue afin de mesurer un profil du parcours. Ce profil mesuré est ensuite comparé à des profils de variation de cap en fonction de la distance parcourue contenus dans une base de données.
Le document US 9616905 B2 se concentre tout particulièrement sur la détermination de la voie empruntée lors du passage d’un aiguillage en cherchant la meilleure correspondance entre la valeur de mesure de la variation du cap en fonction de la distance parcourue et les différentes signatures possibles associées aux branches de la bifurcation.
Les quatre documents précédents utilisent une détection de signature de la variation d’au moins une des trois composantes d’attitude en fonction de la distance parcourue, nécessitant une mesure de déplacement relatif. Dans le domaine ferroviaire une telle signature est observable lors des variations de la courbure de la voie. Ces variations nécessitent le passage d’un aiguillage ou d’un raccordement cubique entre deux courbes. Cela ne permet pas de profiter des changements de cap en pleine courbe, situation la plus courante, pour recaler le système de navigation à l’estime.
Le document US 2021/107546 A1 propose une méthode de corrélation de trajectoires, l’une définie par des valeurs de mesure de la variation du cap d’un train en fonction du temps ou de la distance parcourue et l’autre par une base de données des voies ferrées incluant des variations de cap prédéterminées. La corrélation fonctionne dès que l’on dispose au moins de deux variations de cap mais une unique correspondance est nettement plus probable avec un grand nombre de variations de cap plutôt qu’uniquement deux.
Le document EP 3722 182 A1 divulgue une méthode de corrélation effectuée entre des mesures inertielles et une base de données des voies ferrées basée sur le cap et la variation de cap. Cette méthode a pour but de déterminer la voie empruntée par le train dans le cas où plusieurs voies ferrées se trouvent dans son voisinage.
Le document WO 98/37432 A1 présente une méthode de corrélation entre des mesures inertielles et une base de données des voies ferrées basée sur le cap. Lors du passage d’un aiguillage, pour chaque voie possible, un filtre de Kalman associé à la voie est utilisé pour estimer les résidus des différences entre le cap mesuré et celui de la voie. Une voie est éliminée lorsque le résidu estimé dans le filtre de Kalman associé dépasse un seuil. La voie empruntée par le train est identifiée lorsqu’il ne reste plus qu’une seule voie possible.
En pratique, la qualité des capteurs mis en œuvre et surtout la manière dont ils sont utilisés dans l’état de la technique ne permettent pas d’obtenir un cap géographique précis.
Aucun des documents identifiés dans l’état de l’art n’exploite le franchissement d’au moins une des trois composantes d’attitude mémorisée dans une base de données par au moins une des trois composantes d’attitude d’un véhicule, pour localiser ledit véhicule. Les trois composantes d’attitude sont le cap géographique, le tangage et le roulis. On verra qu’en fonction des applications, une seule des composantes peut avantageusement être utilisée pour la recherche du franchissement. Cette recherche ponctuelle se distingue d’une analyse de signature ou de corrélation avec une forme géométrique stockée dans une mémoire. On verra également que même si toutes les composantes ne sont pas utilisées pour la recherche du franchissement, les composantes non utilisées peuvent avantageusement servir pour affiner les résultats en éliminant les franchissements détectés qui n’aurait pas dû l’être.
Dans la suite du document, on utilisera les termes « balise » et « balise virtuelle d’attitude » pour désigner un même élément virtuel et on utilisera le terme « balise matérielle » pour désigner une balise physique et donc autre qu’une balise virtuelle d’attitude. Une balise matérielle est typiquement un transpondeur qui peut être lu par un lecteur de balise matérielle embarqué à bord d’un véhicule.
Exposé de l’invention
Le demandeur propose, avec la présente invention, une solution permettant de déterminer d’une manière simple la localisation d’un véhicule, sans nécessairement avoir à lire une balise matérielle, également appelée transpondeur, par un lecteur de balise matérielle du véhicule.
A cette fin, il est tout d’abord proposé un dispositif d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le dispositif comportant :
- un capteur d’attitude du véhicule guidé, le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, les composantes d’attitude comportant cap géographique, roulis et tangage et définissant l’orientation d’un repère solidaire du véhicule par rapport au repère géographique local,
- une mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, ces balises virtuelles d’attitude étant localisées le long du guide et orientées suivant le guide, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique, la ou les valeurs d’attributs de position permettant de localiser la balise,
- un processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude, le lecteur de balise virtuelle d’attitude comparant les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une balise virtuelle d’attitude, la localisation du véhicule guidé étant fournie par la ou les valeurs d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude.
Dans la suite du texte on utilise indifféremment les termes « cap » et « cap géographique » pour nommer un cap géographique.
En outre concernant les données de balise virtuelle d’attitude qui sont utilisées dans le cadre de l’invention on les décrit, pour chaque balise virtuelle d’attitude, comme étant, d’une part, une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et, d’autre part, au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise. Cette séparation artificielle dans un but descriptif est en relation avec le fait qu’on utilise plutôt les composantes d’attitude pour certaines des opérations au sein du dispositif et les autres données plutôt pour d’autres opérations au sein du dispositif. On comprend cependant qu’il serait équivalent de considérer que ces données de balise virtuelle d’attitude comprennent seulement des valeurs d’attribut de balise comportant au moins des attributs que sont une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et une valeur d’attribut de position de ladite balise.
D’autres caractéristiques non limitatives et avantageuses du dispositif conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- le guide est un guide curviligne,
- le repère géographique local est défini comme étant le repère de point d’origine à la position courante du système de navigation à l’estime et dont les axes sont orientés selon les directions Nord, Ouest, Haut, ou, alors, Nord, Est, Bas,
- la ou les valeurs d’attributs de position mémorisées permettent de localiser la balise sans ambiguïté,
- le guide est matériel et est notamment une voie ferrée ou un guide électromagnétique ou un marquage à suivre,
- l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude est réalisée dans un lecteur de balise virtuelle d’attitude du processeur,
- dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude franchies,
- dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude, le processeur est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude franchies détectées à tort,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant les trois composantes d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant deux des trois composantes d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balise virtuelle d’attitude comprise entre deux valeurs de deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et des valeurs de mesures d’attitude de véhicule afin de détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balise virtuelle d’attitude comprise entre deux valeurs de deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante,
- le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans un détecteur de balise virtuelles d’attitude du lecteur de balise virtuelle d’attitude,
- dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,
- dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur est configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,
- le sol est la terre ferme,
- dans le cas d’une application ferroviaire, le processeur est avantageusement configuré pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude en comparant une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique,
- l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est une position géodésique pouvant s’exprimer par ses coordonnées géographiques de latitude, longitude et altitude,
- l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est une distance curviligne par rapport à un point de référence,
- dans le cas où le système de navigation à l'estime met en œuvre une centrale inertielle, l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est avantageusement une position géodésique pour permettre le recalage du système,
- dans le cas où le système de navigation à l'estime met en œuvre un capteur de déplacement, l'attribut de localisation de balise virtuelle d’attitude est avantageusement une distance curviligne par rapport à un point de référence pour permettre le recalage du système,
- la mémoire de mémorisation de données de balise virtuelle d’attitude est dans le véhicule,
- la mémoire de mémorisation de données de balise virtuelle d’attitude est externe au véhicule et le dispositif a accès à ladite mémoire de mémorisation de données de balise virtuelle d’attitude,
- le processeur est disposé dans le véhicule,
- le processeur est constitué de plusieurs unités, au moins une des unités étant disposée dans le véhicule et au moins une des autres unités étant externe au véhicule et associée à la mémoire de mémorisation de données de balise virtuelle d’attitude qui est externe au véhicule,
- le processeur est en outre configuré pour calculer une valeur d’incertitude et/ou un niveau de protection associée à la localisation du véhicule guidé fournie par la ou les valeurs d’attributs de position de la balise détectée,
- le niveau de protection est calculé à partir de l'incertitude,
- le niveau de protection correspond à un multiple de l'incertitude,
- le processeur est en outre configuré pour sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude utilise seulement le sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées, - un sélectionneur de balise virtuelle d’attitude du processeur permet de sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées,
- le processeur est en outre configuré pour sélectionner en fonction d’informations préalables, un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude compare le sous- ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est en outre configuré pour sélectionner le sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées en fonction d’au moins une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude,
- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude qui est un identifiant de balise virtuelle d’attitude,
- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre une valeur d’attribut de guide qui est un identifiant de guide sur lequel est positionnée la balise virtuelle d’attitude,
- les données de balise virtuelle d’attitude comportent en outre au moins une valeur d’attribut de balise virtuelle d’attitude qui est une liste d’identifiants de balises virtuelles d’attitude adjacentes,
- les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre une valeur d’attribut de balise qui est la courbure du guide à la position de ladite balise virtuelle d'attitude, - les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les distances curvilignes de ladite balise virtuelle d'attitude aux balises virtuelles d'attitude adjacentes telles que mesurées en suivant les guides,
- les données de balise d’une balise virtuelle d'attitude donnée comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les vecteurs reliant la position géodésique de ladite balise virtuelle d'attitude aux positions géodésiques des balises virtuelles d'attitude adjacentes,
- les données de balise comportent en outre des valeurs d’attributs de balise qui sont les incertitudes liées aux valeurs des données de balise, - le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude des balises détectées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule,
- le processeur est configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort dans un éliminateur de balise virtuelles d’attitude détectée à tort du lecteur de balise virtuelle d’attitude,
- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant les données des balises détectées et des informations préalables provenant d’une interface de communication,
- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort en comparant la ou les composantes d’attitude de la balise virtuelle d’attitude qui n’ont pas été utilisées pour détecter des balises virtuelles d’attitude, - dans le cas où le cap géographique est utilisé pour détecter des balises virtuelles d’attitude, alors le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort par comparaison entre le tangage et/ou le roulis de la balise virtuelle d’attitude détectée avec le tangage et/ou le roulis correspondants mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,
- le lecteur de balise virtuelle d’attitude est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort par comparaison entre au moins une valeur d’attribut de balise de la balise détectée et un critère de rejet,
- dans le cas où la ou les valeurs d’attributs de balise de la balise détectée définissent la position de la balise, le critère de rejet est une distance supérieure à un seuil entre la position de la balise détectée et la position estimée du véhicule,
- les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées comportent des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et des valeurs d’attributs de balise, lesdites valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et les valeurs d’attributs de balise étant des valeurs communes (ou intrinsèques, ces termes étant considérés équivalents dans ce contexte) à une famille déterminée de véhicules, les véhicules d’une famille ayant des caractéristiques structurelles identiques,
- les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées comportent des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et des valeurs d’attributs de balise, lesdites valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et les valeurs d’attributs de balise étant des valeurs propres au guide,
- dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs communes à une famille déterminée de véhicules et que le véhicule guidé n’appartient pas à ladite famille déterminée, alors le processeur configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude compare des valeurs de mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les valeurs de mesures corrigées du cap étant des valeurs de mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de la vitesse du véhicule, de la différence entre l’entraxe des véhicules de la famille et l’entraxe du véhicule guidé et des variations temporelles d’un vecteur rotation, les composantes dudit vecteur rotation étant la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,
- dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs propres au guide, alors le processeur configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude compare des valeurs de mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les valeurs de mesures corrigées du cap étant des valeurs de mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de la vitesse du véhicule, de l’entraxe du véhicule guidé et des variations temporelles d’un vecteur rotation, les composantes dudit vecteur rotation étant la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,
- dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs communes à une famille déterminée de véhicules et que le véhicule guidé appartient à ladite famille déterminée, alors le processeur configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude compare des valeurs de mesures du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude sans avoir à corriger les valeurs de mesures du cap,
- dans le cas d’une application mettant en œuvre un véhicule comportant une distance inter-boggies ou un entraxe, les caractéristiques structurelles identiques des véhicules sont au moins une même distance inter-boggies ou entraxe du véhicule guidé,
- les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées comportant des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et des valeurs d’attributs de balise qui sont communes à une famille déterminée de véhicules ont été obtenues/collectées par au moins un véhicule de ladite famille,
- les valeurs d’attributs qui sont communes (ou intrinsèques) à une famille déterminée de véhicules sont une ou plusieurs valeurs de la position de la balise, valeur de la courbure du guide à la position de la balise, valeur de la distance curviligne aux balises virtuelles d'attitude adjacentes,
- les valeurs d’attributs de balise sont propres (ou intrinsèques, ces termes étant considérés équivalents) au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude,
- les valeurs d’une ou des composantes d’attitude de balise sont propres (ou intrinsèques) au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude,
- le capteur d’attitude du véhicule guidé est disposé dans ou sur le véhicule, sans contraintes de positionnement ni d’orientation,
- le système de navigation à l’estime du véhicule guidé est disposé dans ou sur le véhicule, sans contraintes de positionnement ni d’orientation,
- l’orientation du capteur d’attitude est corrigée d’angles de désalignements afin de se ramener à l’orientation d’un repère solidaire du véhicule,
- les valeurs des trois angles de désalignements sont des éléments de configuration du capteur d’attitude,
- les valeurs de trois angles de désalignements sont estimées par le système de navigation à l’estime,
- les valeurs de la ou des composantes d’attitude de balise qui sont propres au guide curviligne sur lequel sont placées les balises virtuelles d’attitude peuvent être corrigées ou inversement et préférentiellement les valeurs de mesures de la ou des composantes d’attitude du véhicule guidé peuvent être corrigées, pour tenir compte des caractéristiques structurelles du véhicule guidé,
- la valeur de l’entraxe du véhicule guidé est un élément de configuration du processeur, notamment un paramètre de configuration d’un programme exécuté par le processeur,
- la valeur de l’entraxe du véhicule guidé est estimée par le système de navigation à l’estime,
- la valeur de l’entraxe de la famille de véhicule utilisée pour obtenir/collecter les données de balise est un élément de configuration du processeur,
- la valeur de l’entraxe de la famille de véhicule utilisée pour obtenir/collecter les données de balise est estimée par le système de navigation à l’estime,
- le vecteur rotation comporte des composantes qui sont la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé,
- le véhicule guidé comporte un moyen de navigation à l’estime,
- le moyen de navigation à l’estime est extérieur au dispositif,
- le moyen de navigation à l'estime met en œuvre une centrale inertielle,
- le moyen de navigation à l’estime met en œuvre un capteur de déplacement,
- le dispositif comporte en outre une interface de communication,
- le dispositif est relié à une interface de communication externe au dispositif,
- l’interface de communication est reliée à un moyen de navigation à l’estime du véhicule guidé, - le véhicule guidé comporte une électronique de contrôle-commande extérieure au dispositif,
- l’interface de communication du dispositif et l’électronique de contrôle- commande communiquent entre eux,
- l’interface de communication et le dispositif sont configurés pour fournir à l’électronique de contrôle-commande du véhicule guidé des données dans un format identique au format de données d’un lecteur de balise matérielle,
- le moyen de navigation à l’estime du véhicule et l’électronique de contrôle- commande du véhicule communiquent entre eux.
L’invention concerne aussi un système de navigation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le système comportant un moyen de navigation à l’estime et le dispositif d’estimation de l’invention.
L’invention concerne enfin un procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide qui met en œuvre les moyens décrits de l’invention.
Plus précisément, dans le procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, on met en œuvre :
- un capteur d’attitude du véhicule guidé, le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, les composantes d’attitude comportant cap géographique, roulis et tangage et définissant l’orientation d’un repère solidaire du véhicule par rapport au repère géographique local,
- une mémoire de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude ces balises virtuelles d’attitude étant localisées le long du guide et orientées suivant le guide, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique, la ou les valeurs d’attributs de position permettant de localiser la balise,
- un processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude, dans lequel procédé, on mémorise dans la mémoire de mémorisation des données de balise virtuelle d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique et dans lequel, le capteur d’attitude fournit lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, et dans lequel, le processeur configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude compare les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule afin de détecter un franchissement d’une balise virtuelle d’attitude, et dans lequel, la localisation du véhicule guidé est fournie par la ou les valeurs d’attributs de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude
Avantageusement, dans le procédé, on met en oeuvre dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude une première opération pour détecter des balises virtuelles d’attitude et une seconde opération pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort.
Brève description des dessins
[Fig. 1] représente la projection suivant deux dimensions d’une partie de guide curviligne comprenant trois sections courbes (101, 102, 103) de guide ayant des courbures différentes,
[Fig. 2] représente, d’une part, le cap (trait continu 201) en radians (rad) des sections de guide curviligne de la figure 1 en fonction de l’abscisse curviligne le long de ces sections de guide et, d’autre part, le cap (tirets 202) d’un exemple de véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne, des balises virtuelles d’attitude (gros points, globalement référencées 203) appartenant à ces sections de guide curviligne étant également représentées,
[Fig. 3] représente la projection suivant deux dimensions d’un guide curviligne complexe comprenant notamment les sections de guide curviligne de la figure 1 , [Fig. 4] représente le cap (402) d’un exemple de véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne (101), (102), (103), (301) et (302) ainsi que le cap (403) de ce même véhicule lorsque celui-ci parcourt les sections de guide curviligne (101) et (304), des balises virtuelles d’attitude (gros points, globalement référencées 404) appartenant à ces sections de guide curviligne étant également représentées,
[Fig. 5] représente un système de localisation de l’état de la technique pour un véhicule guidé et qui utilise un lecteur de balise matérielle,
[Fig. 6] représente un mode de réalisation du système de localisation de véhicule guidé selon l’invention, et [Fig. 7] représente un schéma fonctionnel et structurel d’un mode de réalisation de l’invention mettant en œuvre un processeur.
Description détaillée d’un exemple de réalisation La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d’exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l’invention et comment elle peut être réalisée.
On précise tout d’abord certains éléments mis en œuvre dans le cadre de l’invention.
On met en œuvre des balises virtuelles d’attitude qui sont localisées le long d’un guide parcouru par un véhicule et orientées suivant le guide directement ou indirectement. Pour ce qui est de la localisation et de l’orientation directe selon le guide et ce qui correspond à des données mémorisées propres au guide, dans le cas d’une voie de chemin de fer, l’orientation peut être par exemple celle, locale, d’un des deux rails (tangente au rail) ou l’orientation de la voie au milieu de la voie (tangente à la voie, en son milieu). Pour ce qui est de la localisation et de l’orientation indirecte selon le guide et ce qui correspond à des données mémorisées communes à une famille de véhicules, dans le cas d’une voie de chemin de fer, les balises sont par exemple localisées au centre de l’entraxe des véhicules de la famille et orientées suivant ces véhicules, ceci pour une position déterminée du véhicule sur la voie. L’orientation et la position de chaque balise virtuelle d’attitude sont définies par une ou des valeurs d’une ou plusieurs composantes d’attitude de ladite balise et par au moins une valeur d’attribut de balise qui est une valeur d’attribut de position de ladite balise. Parmi les composantes d’attitude de la balise il y a le cap géographique. Les valeurs d’attributs de balise peuvent comporter d’autres informations comme par exemple d’identification de balise, de balises adjacentes, etc.
Pour une balise virtuelle d'attitude dont les données sont propres au guide, le cap géographique est l'angle entre un axe de référence de la balise et la direction du nord, l’axe de référence correspondant à la tangente au guide à la position de la balise. Le tangage correspond à la pente du guide et le roulis au dévers du guide, dans le cas d’une voie ferrée le rail extérieur étant surélevé par rapport au rail intérieur dans une courbe.
Pour une balise virtuelle d’attitude dont les données sont communes à une famille déterminée de véhicules, ses angles de cap géographique, de roulis et de tangage sont ceux d’un véhicule de la famille lorsque par exemple le centre de son entraxe coïncide avec la position de la balise. Pour un véhicule, son angle de cap géographique est l'angle entre l'axe avant du véhicule et la direction du nord géographique. Dans un contexte ferroviaire, l’axe avant correspond à un axe longitudinal à la caisse passant par les pivots des deux bogies. L'axe gauche correspond à l’intersection du plan défini par le plancher de la caisse avec un plan perpendiculaire à l’axe avant. Le roulis est l’angle entre l’axe gauche et le plan horizontal. Le tangage est l’angle entre l’axe avant et le plan horizontal.
Dans un contexte ferroviaire, pour un guide (c’est-à-dire une voie), ayant une courbure constante, le cap d’un véhicule est égal à celui de la voie en se plaçant au point donné par la projection orthogonale du centre de l’entraxe du véhicule sur la voie. Par ailleurs pour un guide de pente et de dévers variant linéairement, si on néglige les effets de suspension, le roulis et le tangage du véhicule sont égaux à ceux du guide en se plaçant au point donné par la projection orthogonale du centre de l’entraxe du véhicule sur le guide. Ainsi, pour des tracés spécifiques du guide, le lien entre les angles de cap géographique, roulis et tangage du véhicule et ceux d’une balise virtuelle d'attitude est direct et il est possible de comparer directement le cap géographique, le roulis ou le tangage de la voie ferrée où est la balise virtuelle d'attitude au cap géographique, roulis ou tangage mesurés d'un véhicule circulant sur la voie ferrée.
Dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs communes à une famille déterminée de véhicules et que le véhicule guidé appartient à ladite famille déterminée, alors il est possible de comparer directement le cap géographique, le roulis ou le tangage de la balise au cap géographique, roulis ou tangage mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé, ceci quel que soit le tracé du guide. Dans les autres cas, les données de cap, roulis ou tangage de balise ne sont pas directement comparables aux données mesurées, sauf tracé spécifique du guide.
Dans des modalités de mise en œuvre évoluées, on met en œuvre des calculs de correction de la/des composantes d’attitude entre les valeurs de mesures et celles des balises virtuelles d'attitude pour tenir compte notamment du/des effets des suspension et/ou des effets conjoints du tracé du guide (i.e. de la voie dans un contexte ferroviaire) et de la distance inter-bogies du véhicule.
Par exemple, toujours dans un contexte ferroviaire, on peut considérer le cas d’une variation de la courbure du guide (i.e. de la voie dans un contexte ferroviaire). Dans ce cas, avec des composantes d'attitude de balise virtuelle d'attitude propres au guide curviligne, le cap étant l'angle entre la tangente au guide dans le plan horizontal et la direction du nord et le cap mesuré dans le véhicule étant l'angle entre l'entraxe et la direction du nord, alors ces angles ne sont pas égaux, mais il est possible de corriger cet écart dû à la variation de la courbure du guide. A cette fin, le processeur 602 est en outre configuré pour corriger les valeurs de mesures du cap du véhicule produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé 603 en prenant en compte l’entraxe du véhicule guidé, la vitesse du véhicule et les variations temporelles d’un vecteur rotation, les composantes dudit vecteur rotation étant la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé 603. Après correction, le processeur 602 exécute une activité pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 par comparaison des valeurs de mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude.
Ainsi, pour améliorer la précision, une solution consiste à utiliser une fonction de transfert entre le cap du véhicule et le cap du guide dépendant de la vitesse du véhicule, de l’entraxe du véhicule et des variations temporelles d’un vecteur rotation, afin de modéliser et corriger une partie de l’erreur due à de tels effets. Dans le cas où les données de balise sont communes à une famille de véhicules différente de celle du véhicule guidé, alors la fonction de transfert utilise les entraxes des deux familles de véhicule.
Dans le principe de l’invention où une seule composante d’attitude est utilisée pour détecter des balises virtuelles d’attitude dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710, le processeur 602 compare les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une des composantes d’attitude d’une ou plusieurs balises virtuelles d’attitude par les valeurs de mesures de ladite au moins une même composante d’attitude, ce qui correspond en d’autres termes à ce qu’une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement est détecté ait sa valeur de ladite composante d’attitude comprise entre deux valeurs de deux mesures successives de la même composante d’attitude du véhicule guidé.
Par analogie, on peut considérer que cette détection de balise virtuelle d’attitude apparaît produire un résultat de la même manière que pour une balise matérielle, une balise virtuelle d’attitude étant franchie lorsque le véhicule guidé, se déplaçant le long du guide, dépasse la position de la balise virtuelle définie par sa ou ses valeurs d’attributs de position, Toutefois, les moyens matériels et fonctionnels mis en oeuvre pour la détection de balises virtuelles dans l’invention d’une part, et pour la détection de balises matérielles d’autre part, sont différents.
D’une manière générale, l’invention s’applique à des véhicules guidés 500 évoluant le long de guides, notamment curvilignes, de toutes natures. Le guidage des véhicules peut être passif, par exemple guidage par rails, ou actif, par exemple filoguidé ou avec suivi de repères visuels, le véhicule devant orienter ses moyens de roulement sur une piste.
Les exemples qui suivent sont donnés pour un guidage par des rails d’une voie de chemin de fer sur les figures 1 et 3. La figure 1 montre un exemple de guide (rails) relativement simple en ce qu’il ne contient que des sections de courbure nulle 103 ou non-nulle et constante 101, 102 dans le plan horizontal et en ce que le cap du guide est une fonction monotone de son abscisse curviligne. La section 101 s’étend du lieu 110 au lieu 111. La section 103 s’étend du lieu 112 au lieu 113. La section 102 relie les deux sections précédentes 101 et 103. Le véhicule comporte un capteur d’attitude 603 du véhicule guidé qui est disposé dans ou sur le véhicule et qui permet d’effectuer des mesures d'attitude du véhicule. Il n’y a pas de contraintes de positionnement ni d’orientation du capteur d'attitude 603 dans ou sur le véhicule. En effet, l’orientation du capteur d’attitude 603 peut être corrigée d’angles de désalignements par rapport à une orientation conventionnelle afin de fournir les angles de cap, roulis et tangage du véhicule selon la convention choisie. Dans certains cas, des corrections sont possibles sur les valeurs de mesures et/ou les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées, en l’espèce de la/des valeurs de composante(s) d’attitude des balises virtuelles d’attitude, afin d’améliorer la comparaison entre les composantes d'attitude du véhicule et celles des balises virtuelles d’attitude, ceci en fonction du fait que les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées appartiennent à une famille déterminée de véhicules ou sont propres au guide et en fonction du fait que le véhicule guidé appartienne ou non à ladite famille.
La figure 2 compare, en fonction de l’abscisse curviligne, le cap du guide au milieu du véhicule et le cap du véhicule. Ces deux caps étant des fonctions monotones de l’abscisse curviligne du guide, l’incertitude de mesure de cap se traduit directement par une incertitude de mesure de l’abscisse curviligne. Pour cet exemple, il a été considéré un véhicule guidé passivement (par des boggies par exemple) le long du guide en deux points distants de 20 m. Pour certaines applications, des véhicules avec des guidages différents peuvent évoluer sur le même guide. C’est le cas par exemple des applications ferroviaires pour lesquelles l’entraxe entre pivots des bogies des véhicules guidés peut varier du simple au triple. Dans cet exemple, l’erreur d’abscisse curviligne observée dépasse parfois 5 m si l’on utilise l’abscisse curviligne où le cap de la voie est égal au cap mesuré pour positionner le véhicule.
Pour tenir compte de ces effets on peut corriger les valeurs de mesures du cap du véhicule produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé 603 comme cela a été indiqué ci-dessus.
Une solution utilisée dans le cadre de l’invention, consiste à utiliser des informations en rapport avec des éléments permettant un recalage et qui sont communes ou intrinsèques à certaines familles de véhicules. Ainsi, la figure 2 présente des éléments permettant un recalage, appelés balises virtuelles d’attitude, propres au type de véhicule guidé et au guide concerné 100. Selon certaines réalisations, l’ensemble 211 , 212, 213, 214, 215 et 216 (globalement référencées 203) de ces éléments est stocké dans une mémoire 604 de l’invention et utilisé pour estimer la localisation du véhicule. Les balises sont des balises virtuelles et elles correspondent en pratique à des informations ou données stockées avantageusement dans une mémoire 604 du véhicule guidé. Ces informations, qui peuvent être des valeurs de composante(s) d’attitude de balise virtuelle d’attitude et/ou des valeurs d’attribut de balise virtuelle d’attitude (par ex. : position, courbure, distances curvilignes aux balises virtuelles d'attitude adjacentes), sont dites « intrinsèques » car elles sont utilisables par une famille de véhicules ayant des caractéristiques, en particulier structurelles, identiques (par ex. un même écartement entre boggies) car ces informations sont obtenues à partir du passage sur le guide d'un véhicule appartenant à cette même famille pour obtenir/collecter les données de balise virtuelle d’attitude qui seront utilisées dans le système de l’invention.
Le véhicule comporte un système de navigation à l’estime 501 qui est disposé dans ou sur le véhicule et qui permet d’estimer la position du véhicule. Il n’y a pas de contraintes de positionnement ni d’orientation du système de navigation à l’estime 501 dans ou sur le véhicule. Le recalage du système de navigation à l’estime 501 consiste à comparer sa position avec les informations de localisation de la balise détectée. Si la localisation est géodésique, cette comparaison utilise les corrections suivantes :
- le bras de levier entre un point du système de navigation à l’estime 501 et un point de référence du véhicule, par exemple le centre de l’entraxe du véhicule,
- un vecteur dirigé suivant l’axe gauche du véhicule et de norme euclidienne dépendante de la courbure du guide à la position de la balise, de l’entraxe du véhicule guidé et, si les données de balise sont propres à une famille de véhicules, de l’entraxe de cette famille de véhicules.
Les balises virtuelles d’attitude sont des points le long des guides dont on a choisi la position sur des sections où, préférentiellement, au moins une des trois composantes d’attitude du guide/de la voie ferrée varie. Dans le cas d’un véhicule se déplaçant au sol, c’est le cap géographique qui présente les variations les plus importantes et qui est utilisé dans les comparaisons pour la détection de franchissement.
Le dispositif de l’invention est en quelque sorte un simulateur de lecteur de balise matérielle qui met en œuvre des balises virtuelles d’attitude et détermine quelle est celle qu’il croise lors du parcours du guide à partir de valeurs de mesures des composantes d’attitude du véhicule guidé.
En effet, la mise en œuvre de l’invention ne nécessite pas de lire une balise matérielle mais est basée sur des comparaisons entre une valeur de composante d’attitude mémorisée de balise virtuelle d’attitude et une valeur de mesure d’une composante d’attitude de véhicule mesurée par un capteur d’attitude du véhicule 603. Plus précisément, au cours de ces comparaisons, il est effectué des recherches/détections de franchissements de la valeur d’une composante d’attitude de balise virtuelle d’attitude par les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour déterminer quelle est ou sont la ou les balises virtuelles d’attitude franchies par le véhicule en déplacement. Le terme détection doit être compris dans le sens de recherche et le résultat de la détection peut être positif (une balise virtuelle d’attitude a été franchie selon les critères de l’invention) ou négatif (la balise virtuelle d’attitude n’a pas été franchie selon les critères de l’invention).
Les données d’une balise virtuelle d’attitude sont un groupe de données stockées dans une mémoire 604 pouvant être à bord du véhicule ou accessibles par le véhicule, ces données étant une/des valeurs de composantes d’attitude et d’attributs en rapport avec la balise virtuelle d’attitude. Les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise comportent au moins une composante d’attitude de la balise virtuelle d’attitude, cap et/ou tangage et/ou roulis, et une ou plusieurs valeurs d’attribut dont au moins une valeur d’attribut de position de la balise virtuelle d’attitude. Les valeurs d’attributs des données de balise virtuelle d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude peuvent en outre comporter un identifiant de section de guide (ou de guide) correspondant à la section de guide (ou au guide) dans laquelle la balise virtuelle d’attitude est positionnée. Les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude peuvent en outre comporter un autre attribut de balise virtuelle d’attitude comme par exemple un identifiant de balise virtuelle d’attitude.
Si une valeur d’attribut de position de la balise virtuelle d’attitude est la valeur de la distance de guide séparant la balise virtuelle d’attitude d’un point de référence, alors cette valeur permet de recaler la localisation du véhicule le long du guide. Les véhicules peuvent donc accéder à ces données de balise virtuelle d’attitude ou même, de préférence, comporter ces données de balise virtuelle d’attitude dans une mémoire 604 propre au véhicule.
Ainsi, dans certains modes de réalisations, l’ensemble des données de balise virtuelle d’attitude de l’ensemble des balises virtuelles d’attitude 203 est stocké dans une mémoire du véhicule et est utilisé pour estimer la localisation du véhicule le long du guide : la balise virtuelle d’attitude détectée donnant, par ses données de balise virtuelle d’attitude, la ou les valeurs d’attributs de position en l’espèce, la localisation du véhicule. Dans certains modes de réalisation, l’ensemble des données de balise virtuelle d’attitude des balises virtuelles d’attitude 203 est stocké dans une mémoire externe au véhicule, par exemple un serveur distant, et auquel le véhicule peut accéder par une liaison radio en temps réel pendant le déplacement et/ou par lot ou en totalité préalablement au déplacement du véhicule (par ex. lors de la programmation préalable du trajet du véhicule - fiche de train - dans l’ordinateur du véhicule).
Un avantage significatif de l’invention est le fait que celle-ci peut utiliser des balises virtuelles d’attitude nombreuses permettant d’obtenir des recalages fréquents pour un coût quasi nul car il n’y a pas besoin de placer des balises matérielles le long du guide pour cela, il est seulement nécessaire de connaître une ou des valeurs d’une ou plusieurs composantes d’attitude du guide pour des balises virtuelles d’attitude, au moins les valeurs d’attribut de position des balises virtuelles d’attitude et des valeurs de mesures d’attitudes du véhicule produites par un capteur d’attitude 603.
L’invention s’applique également dans les cas de parties de guides plus complexes que celles présentées jusqu’à présent et tels que, par exemple, comprenant des sections inclinées ou à courbure variable. L’invention s’applique également à des guides incluant des parties de guides en déviation telles que représentées sur la figure 3 où un équipement (aiguillage dans un contexte ferroviaire) placé au lieu 111 permet de dévier le véhicule parcourant le guide 101 en direction de l’Est vers le guide 102 ou, alternativement, vers le guide 304. Toujours dans cet exemple, d’une manière équivalente, un équipement (aiguillage dans un contexte ferroviaire) placé au lieu 311 permet de dévier le véhicule parcourant le guide 302 en direction de l’Ouest vers le guide 301 ou, alternativement, vers le guide 303. A noter que cette description concernant un véhicule passif, c’est-à-dire ne faisant que suivre passivement les guides et équipements de déviation comme le fait une locomotive sur des voies de chemin de fer et aiguillages, peut aussi s’appliquer à des véhicules pouvant choisir/sélectionner et emprunter un guide parmi plusieurs en un lieu où une déviation est possible comme peut le faire un chariot autonome sur roues directrices suivant un marquage au sol sur un plan de roulement, ce choix étant préprogrammé ou proposé localement au véhicule.
La figure 4 présente des éléments de recalage qui sont encore des balises virtuelles d’attitude et qui sont propres au type de véhicule guidé et au guide concerné. Les balises virtuelles d’attitude 211 , 212, 213, 214, 215 et 216 correspondent au parcours par le véhicule des sections 101 , 102 et 103 des guides, comme présenté sur la figure 3. La balise virtuelle d’attitude 415 correspond au parcours par le véhicule de la section 304 du guide.
Toujours sur la figure 4, les balises virtuelles d’attitude 411, 412, 413 et 414 correspondent au parcours par le véhicule des sections 103, 301 et 302. Là encore, lorsqu’elles sont placées parcimonieusement et judicieusement, elles permettent un recalage cartographique pertinent d’un système de navigation à l’estime 501 .
Avec le système de localisation classique/connu de la figure 5, comportant un système de guidage 550 le long d’un guide curviligne 551 et utilisant un système de navigation à l’estime 501 , et qui donne une information peu précise de la localisation du véhicule guidé 500, il est possible, dans cet exemple de guide de la figure 4, de différencier les balises virtuelles d’attitude 212 et 415 qui sont distantes de plus de 40 m suivant la composante Est-Ouest ou suivant la composante d’abscisse curviligne. Dans le cas d’un véhicule ferroviaire, le système de guidage 550 correspond par exemple à des boggies et le guide curviligne 551 à des rails de voie ferrée.
Ce système de localisation de la figure 5 de l’état de la technique, qui met en œuvre une électronique de contrôle-commande 502 au sein du véhicule, peut obtenir l’information de localisation par utilisation d’un lecteur de balise matérielle 510 permettant de lire des balises matérielles 520,, 520,+i (transpondeurs). Le lecteur de balise matérielle 510 fourni des informations de localisation que lui a fourni la balise matérielle pour le recalage du système de navigation à l’estime 501. A noter que sur la figure 5, il est schématisé deux balises matérielles 520, et 520i+i en relation avec le lecteur de balise matérielle 510 simplement pour symboliser le fait que le lecteur de balise matérielle 510 a pu lire ces deux balises matérielles au cours du déplacement du véhicule, mais il ne s’agit pas d’une lecture simultanée des deux balises matérielles.
Sur la figure 6 correspondant à la mise en œuvre de l’invention, le véhicule guidé 500 comporte un dispositif 600 qui fournit des informations de localisation pour le recalage du système de navigation à l’estime 501. Toutefois, contrairement à la figure 5, ces informations ne sont pas obtenues par un lecteur de balise matérielle mais par des comparaisons dans un processeur 602 entre des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées dans une mémoire 604 et des valeurs de mesures d’attitudes du véhicule produites par un capteur d’attitude 603 pour rechercher/détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’une composante d’attitude correspondante. Le processeur 602 est relié à l’électronique de contrôle-commande 502 par l’intermédiaire d’une interface de communication 601 du dispositif 600.
On définit le “franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’une composante d’attitude correspondante” le cas où les deux valeurs de deux mesures d’attitudes consécutives encadrent ladite valeur de composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude qui est alors qualifiée de données de balise virtuelle d’attitude franchie et on considère qu’il y a eu une détection de balise virtuelle d’attitude franchie et que la balise virtuelle d’attitude correspondante a été franchie. On connaît alors la balise virtuelle d’attitude correspondante et ses données de balise virtuelle d’attitude et donc ses attributs dont au moins la ou les valeurs d’attributs de position qui peuvent par exemple être la valeur de distance de guide séparant la balise virtuelle d’attitude d’un point de référence, cette dernière donnée permettant le recalage de la localisation du véhicule le long du guide.
On peut mettre en œuvre plusieurs méthodes de calcul/comparaison à cette fin, par exemple utiliser deux valeurs de deux mesures successives et rechercher si elles encadrent la composante d’attitude utilisée des données d’une balise virtuelle d’attitude.
Le temps de validité du recalage de la localisation est déterminé comme le temps estimé du franchissement. Ce dernier peut se calculer à partir des deux valeurs de deux mesures d’attitude successives, notées respectivement yr et ipc, permettant de détecter le franchissement et de la valeur de la composante d’attitude des données de la balise virtuelle d’attitude franchie, notée ipb, par exemple en supposant une variation linéaire dans le temps de la valeur de la composante d’attitude mesurée entre les 2 temps de mesures, notés respectivement tp et tc.
Le temps de validité du recalage, noté tb, s’écrit alors :
Dans un mode de réalisation préféré, la détection du franchissement se base sur une seule composante d'attitude, le cap pour un véhicule restant sur le sol et les deux autres composantes d'attitude peuvent servir à éliminer une balise virtuelle d'attitude détectée à tort. Cela permet de réduire le risque de faux positif.
Toujours pour réduire le risque de faux positifs (détections de franchissements à tort), on peut aussi effectuer les comparaisons sur un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées comme mentionné ci-après. Dans un autre mode de réalisation, le processeur 602 est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 compare les valeurs des composantes d’attitude d’une balise virtuelle d’attitude mémorisée et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement en comparant une, deux ou trois des trois composantes d’attitude dans le moyen de détecter des balises virtuelles d’attitude 711 du lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Par exemple, le franchissement peut être détecté lorsqu’une fonction de ces valeurs, telle que la distance euclidienne entre un vecteur des valeurs d’attitude de la balise et un vecteur des valeurs mesurées, atteint un minimum ou devient inférieure à un seuil prédéterminé. La détection de franchissement par obtention d’un minimum nécessite au moins trois mesures d’attitude successives tandis qu’une seule mesure d’attitude suffit dans le cas de la comparaison à un seuil. La fonction peut également être donnée par le maximum des valeurs absolues des composantes d’un vecteur obtenu par la différence entre le vecteur des valeurs d’attitude de la balise et un vecteur des valeurs mesurées d’attitude. Ces valeurs absolues peuvent éventuellement être pondérées avant le calcul du maximum.
Dans certains cas, les comparaisons pour la recherche/détection de franchissement résultant d’une nouvelle valeur de mesure d’attitude peuvent aboutir à la détection du franchissement de plus d’une balise virtuelle d’attitude franchie. Dans de tels cas, où les valeurs de mesures d’attitudes de l’une des composantes d’attitude franchissent la valeur de la même composante d’attitude des données de plusieurs balises virtuelles d’attitude en mémoire, le processeur 602 envoie vers l’interface de communication 601 des données associées à l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées ou des données calculées à partir d’une fusion des balises virtuelles d’attitude détectées.
Afin de pouvoir positionner le plus de balise virtuelle d’attitude possible et d’éviter au mieux que le dispositif de l’invention produise plusieurs balises virtuelles d’attitude franchies pour une même valeur de mesure d’attitude de véhicule, il est préférable de choisir, dans les données de balise virtuelle d’attitude, parmi les composantes d’attitude de balise virtuelle d’attitude possibles, celle pour laquelle le ratio entre l’intervalle des valeurs possibles et l’incertitude entre les valeurs de mesures et les valeurs de la composante d’attitude des balises virtuelles d’attitude associée est maximal. On mémorisera ou utilisera de préférence cette composante si la mémoire 604 et/ou les capacités de calcul du processeur 602 sont contraintes.
Dans le cas où la composante d’attitude utilisée est le cap, et que la balise virtuelle d’attitude se trouve sur une partie de guide à courbure constante, l’incertitude de cap peut se traduire en une incertitude en localisation dans le plan horizontal à cause de la courbure. Cette incertitude de cap provient des erreurs de mesure du capteur d’attitude 603, d’une erreur de cap des données de la balise virtuelle d’attitude, de la répétabilité de cap du véhicule guidé en une partie du guide et des éventuelles corrections de cap si le cap des données mémorisées de la balise virtuelle n’a pas été déterminé par un véhicule ayant les mêmes caractéristiques structurelles que le véhicule guidé. L’incertitude de localisation pouvant être exploitée pour le recalage du système de navigation à l’estime 501 inclue également l’incertitude de localisation de la balise virtuelle d’attitude.
Le processeur 602 peut aussi être configuré pour calculer le niveau de protection associé à l’estimation de la localisation du véhicule obtenue, ce niveau de protection peut par exemple être calculé à partir de l'incertitude.
Pour les comparaisons mises en œuvre dans le cadre de l’invention, on peut donc utiliser la valeur de mesure d’attitude courante du véhicule et la valeur de mesure d’attitude du véhicule juste précédente au cours du temps et il est donc nécessaire de mémoriser temporairement cette dernière qui sera ultérieurement (suite à une nouvelle mesure d’attitude du véhicule) remplacée par la valeur de mesure d’attitude courante qui deviendra alors la précédente.
Dans un mode de mise en œuvre, la fréquence de réception des valeurs de mesures d’attitudes par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 est inférieur à la fréquence de mesure du capteur d’attitude 603, la fréquence des comparaisons et recherche de franchissement correspondant à la fréquence de réception : à chaque nouvelle valeur de mesure d’attitude du véhicule reçue, les comparaisons et recherches de franchissement sont effectuées sur les données de balise virtuelle d’attitude.
Le capteur d’attitude 603 fournit une valeur de mesure d’au moins une composante d’attitude du véhicule, dans un repère géographique local. Ce repère géographique local est défini comme étant le repère de point d’origine à la position courante du système de navigation à l’estime 501 et dont les axes sont orientés selon les directions Nord, Ouest, Haut, ou, selon une autre convention, Nord, Est, Bas.
Ce capteur peut être, par exemple, une centrale de navigation inertielle ou un AHRS (« Attitude and Heading Reference System »).
Le dispositif 600 de l’invention comporte donc un processeur 602. Le processeur 602 est fonctionnellement relié à la mémoire 604 et au capteur d’attitude 603 permettant de mesurer l’attitude du véhicule. Le processeur 602 est donc configuré/programmé pour obtenir périodiquement, du capteur d’attitude 603, une valeur de mesure d’au moins une composante d’attitude du véhicule puis pour la comparer aux données de balise virtuelle d’attitude de la mémoire 604 à la recherche d’un franchissement de valeur de donnée de balise virtuelle d’attitude par les valeurs de mesures d’attitudes. Le dispositif 600 comporte une interface de communication 601 , un capteur d’attitude 603 et une mémoire 604 qui sont en communication avec le processeur 602.
En comparant les figures 5 et 6 on comprend que le dispositif 600 et le lecteur de balise matérielle 510 fournissent le même type d’information de recalage et donc qu’il est aussi possible de mettre en œuvre les deux en parallèle. Cela peut concerner, pour les balises matérielles, celles qui peuvent être lues et fournir directement (balise matérielle préprogrammée transmettant ses informations au lecteur de balise matérielle du véhicule) ou indirectement (par l’intermédiaire des données de balise matérielle mémorisées, suite à l’appariement entre la balise matérielle et les données de balise matérielle correspondante) des informations de recalage, en pratique fournir directement ou indirectement une ou des valeurs d’attributs de position, notamment la valeur de distance de guide séparant la balise matérielle d’un point de référence.
On comprend qu’il faut donc, dans le cadre de l’invention, comparer les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitudes du véhicule dans un processeur 602 d’une manière répétitive à la recherche d’un encadrement de donnée de balise virtuelle d’attitude de chaque balise virtuelle d’attitude par deux valeurs de deux mesures d’attitudes successives, ce qui correspond aussi à une recherche de franchissement. Or les balises virtuelles d’attitude et donc données de balise virtuelle d’attitude peuvent être très nombreuses et même correspondre à des balises virtuelles d’attitude qui ne seront pas concernées par le trajet du véhicule. Il peut donc être préférable, plutôt que de faire des comparaisons sur l’ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées, de limiter les données de balise virtuelle d’attitude objets des comparaisons à un sous-ensemble.
De même, plutôt qu’une fréquence fixe, on peut prévoir d’optimiser la fréquence des mesures et/ou des comparaisons, en fonction de critères, par exemple en fonction de la vitesse du véhicule, du fait qu’une balise matérielle vient d’être lue par le lecteur de balise matérielle (cela provoquant une nouvelle mesure), de la distance estimée à la/aux balises virtuelles d’attitude adjacentes, etc.
On comprend que pour qu’une comparaison effective puisse avoir lieu, il faut que la composante de la valeur de mesure d’attitude et celle de la donnée de balise virtuelle d’attitude soit du même type, par exemple le cap ou le tangage ou le roulis pour la donnée de balise virtuelle d’attitude et les valeurs de mesures, le cap des données de balise virtuelle d’attitude étant comparé aux caps des valeurs de deux mesures se suivant/successives, etc.
Dans un mode de réalisation, le dispositif ou procédé de l’invention, peut restreindre les données de balise virtuelle d’attitude qui doivent être mises en œuvre parmi l’ensemble des données de balise virtuelle d’attitude, grâce à l’utilisation des informations d’autorisation de mouvement du véhicule guidé. Ainsi, on peut sélectionner un sous-ensemble de données de balise virtuelle d’attitude parmi l’ensemble des données de balise virtuelle d’attitude en mémoire ou accessibles, en ne conservant dans le sous-ensemble que celles qui sont associées aux sections de guide concernées par l’autorisation de mouvement. Il en résulte une économie de calcul car les éléments de recalage cartographique, c’est-à-dire en pratique les données de balise virtuelle d’attitude en mémoire ou accessibles, qui sont utilisées sont seulement un sous-ensemble de toutes les données de balise virtuelle d’attitude. A noter que l’établissement du sous- ensemble de données de balise virtuelle d’attitude peut se faire préalablement au déplacement du véhicule (par ex. lors de la programmation préalable du trajet du véhicule - fiche de train dans un contexte ferroviaire - dans l’ordinateur du véhicule), ou périodiquement ou par lot (lors de l’entrée sur un nouvel itinéraire) ou en temps réel lors du déplacement du véhicule.
On comprend qu’il peut cependant être utile de disposer de données de balise virtuelle d’attitude pas seulement limitées aux sections de guides de l’autorisation de mouvement mais à d’autres qui correspondent à des balises virtuelles d’attitude qui pourraient être rencontrées au cas où le véhicule devrait être dévié ou garé (par ex. mise en garage temporaire ou dévié en contre-sens -IPCS- pour laisser passer un autre véhicule).
Dans la modalité de réalisation présentée sur la figure 7, des informations préalables 701 permettent d’effectuer une sélection 700 a priori parmi les balises virtuelles d’attitude accessibles ou en mémoire afin de réduire le nombre de données de balise virtuelle d’attitude à comparer aux valeurs de mesures d’attitude de véhicule dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Les balises virtuelles d’attitude/données de balise virtuelle d’attitude ainsi sélectionnées sont stockées au sein d’un sous-ensemble de données de balise virtuelle d’attitude qui est utilisé par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710, en particulier pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711.
Cette sélection peut s’effectuer selon les modalités décrites auparavant et par exemple en fonction du trajet prévu du véhicule - fiche de train - pour définir un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude correspondant à des balises virtuelles d’attitude que pourra rencontrer le véhicule.
Sur cette figure 7 on a schématisé au sein du processeur 602, les informations préalables 701, les balises virtuelles d’attitude sélectionnées 702 qui sont un sous- ensemble des balises virtuelles d’attitude (un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude en pratique) et les balises virtuelles d’attitude détectées 703 pour symboliser des résultats d’opérations et/ou de tests qui sont effectués au sein du processeur 602. Le processeur 602 est un équipement informatique programmable et qui est programmé pour exécuter l’invention. Ces éléments 701 , 702 et 703 peuvent être des informations transitoires au sein du processeur 602 ou être stockées dans une mémoire spécifique 604. Les opérations et/ou tests sont eux symbolisés par les fonctions « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700, « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 et « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712 détectées à tort (élimination des faux positifs), ces deux derniers étant un « lecteur de balise virtuelle d’attitude » 710. Selon les modes de réalisation, le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 peut comporter seulement la fonction « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 ou, alors, la combinaison des deux fonctions « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 et « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712. En effet, si la fonction « détecter des balises virtuelles d’attitude » 711 ne produit pas de faux positifs (détection de franchissement d’une balise virtuelle d’attitude qui n’est pas pertinente), les balises virtuelles d’attitude détectées 703 peuvent être obtenues directement par la fonction 711. Ceci peut notamment être obtenu par une fonction « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700 efficace. Dans le cas de détection de faux positifs par 711 , la fonction « éliminer des balises virtuelles d’attitude » 712 est alors utile pour supprimer les détections de franchissement qui concernent des balises virtuelles d’attitude non pertinentes.
A noter que sur la figure 7 qui combine donc des représentations fonctionnelles/procédurales et structurelles, on a utilisé le terme « balises virtuelles d’attitude » au lieu de « données de balise virtuelle d’attitude » pour simplifier la figure mais les opérations effectuées (en particulier les sélections et les comparaisons pour recherche/détection de franchissement) s’appliquent in fine sur les données de balise virtuelle d’attitude. Il est possible dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude comportent un attribut d’identifiants de balises virtuelles d’attitude adjacentes, que celui-ci soit utilisé pour la sélection des balises virtuelles d’attitude dans les blocs « sélectionner des balises virtuelles d’attitude » 700. Plus généralement, les informations préalables peuvent être reçues par l’interface 601 et/ou déduites des précédentes balises virtuelles d’attitude détectées 703. Les informations préalables peuvent comporter seulement des identifiants de balises virtuelles d’attitude adjacentes aux précédentes balises virtuelles d’attitude détectées 703.
La fréquence de fonctionnement de l’étape permettant de sélectionner des balises virtuelles d’attitude 700 est en générale plus faible que celle du lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 comporte des moyens pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 et pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort par comparaison entre des valeurs de mesures du capteur d’attitude 603 et des données de balise virtuelle d’attitude. Le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 utilise certaines des composantes d’attitude mesurées pour éliminer des balises virtuelles d’attitude détectées à tort et ainsi affiner les informations renvoyées vers l’interface de communication 601. A noter que ce moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 est optionnel dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710. Lorsque et uniquement lorsque le moyen pour détecter des balises virtuelles d’attitude 711 du processeur 602 détecte que les valeurs de mesures de la composante d’attitude franchissent la valeur de la même composante d’attitude d’une ou plusieurs balises virtuelles d’attitude sélectionnées 702 préalablement parmi les balises virtuelles d’attitude qui sont dans la mémoire 604, le processeur 602 renvoie vers l’interface de communication 601 , si le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort l’accepte, des informations concernant, selon les cas, la balise virtuelle d’attitude détectée ou l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées 703 ou, dans certains modes de réalisation, des informations calculées à partir d’une fusion des informations concernant l’ensemble des balises virtuelles d’attitude détectées 703. Une balise virtuelle d’attitude détectée est donc une balise ou données de balise virtuelle d’attitude pour qui un franchissement a été détecté lors de la comparaison entre les données de balise virtuelle d’attitude et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 réalisé dans le processeur 602.
Dans un mode de réalisation, il est possible de compléter l’information préalable avec une liste de balises virtuelles d’attitude adjacentes à celle de la balise virtuelle d’attitude nouvellement détectée, ces balises virtuelles d’attitude adjacentes étant des balises virtuelles d’attitude qu’il est possible d’atteindre par le guide suivi par le véhicule suite au passage sur cette balise virtuelle d’attitude nouvellement détectée, sans en rencontrer d’autres. Dans le cas de la figure 4, les balises virtuelles d’attitude 211 , 213 et 415 sont adjacentes à la balise virtuelle d’attitude 212. La balise 212 fait elle-même partie de sa liste de balises adjacentes afin de gérer la situation où le véhicule fait marche arrière.
Dans un mode de réalisation, une information préalable est la partie de guide parcourue par le véhicule guidé. Dans des applications en sûreté de fonctionnement, par exemple, il s’agirait de la partie de guide correspondant à l’autorisation de mouvement du véhicule.
Dans un autre mode de réalisation, une information préalable est une localisation géographique approximative du véhicule.
Dans certains cas, les états des équipements de guide (aiguillage, plaque tournante, chariot transbordeur...) permettant un changement d’itinéraire ne sont pas nécessairement connus au préalable et il faut donc que les informations préalables comportent les balises virtuelles d’attitude pouvant être rencontrées sur les divers itinéraires possibles. Par exemple, figure 3, dans le cas d’un véhicule guidé évoluant sur la section 101 vers l’Est, l’état de l’équipement de guide 111 étant inconnu, le système de navigation à l’estime 501 ne sait pas s’il va évoluer vers le guide 102 ou vers le guide 304 et donc les informations préalables comporteront au moins un certain nombre des premières balises virtuelles d’attitude des deux itinéraires possibles.
Les données de balise virtuelle d’attitude contiennent de préférence les valeurs des attributs nécessaires pour utiliser les informations préalables et possiblement la/les autres composantes d’attitude que celle utilisée dans les comparaisons pour la recherche du franchissement. Typiquement, pour la comparaison pour la recherche du franchissement, on utilise le cap géographique, parmi les données de balise. Les deux autres composantes d’attitude, le tangage, le roulis, des données de balise virtuelle d’attitude, peuvent être utilisés dans le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort. Le moyen pour éliminer des balises virtuelles d’attitude 712 détectées à tort peut aussi utiliser d’autres valeurs d’attribut de balise. Par exemple utiliser la ou les valeurs d’attributs de position de ladite balise pour éliminer des balises détectées celles dont la position est trop éloignée de la position estimée du véhicule. Par exemple utiliser la valeur d’attribut d’identifiant de voie pour éliminer des balises détectées celles dont l’identifiant de voie ne correspond pas à la voie parcourue.
Dans certains modes de réalisation, les moyens de l’invention communiquent en outre à l'électronique de contrôle-commande 502 des informations concernant la section de guide parcourue. Dans une application ferroviaire, il s’agit d’un identifiant de voie.
Cet identifiant de voie peut, selon les cas, être obtenu à partir de la/des données de balise virtuelle d’attitude détectées 703 fournies par le lecteur de balise virtuelle d’attitude 710 du processeur 602 (en cas de présence dans les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées d’un attribut d’identifiant de voie).
Le véhicule peut éventuellement comporter un lecteur de balise matérielle permettant de lire des informations contenues dans des balises matérielles et ce lecteur est adapté aux types de balises matérielles rencontrés lors du déplacement du véhicule. La lecture physique d’une balise matérielle peut être avantageusement utilisée en complément des moyens de l’invention, par exemple pour des vérifications de sécurité par redondance ou pour ajouter des balises matérielles pour des sections de guide ou aucune des trois composantes d’attitude ne varie.
Dans certain cas, les données de balise matérielle sont directement fournies par les balises matérielles par transmission au véhicule lors de leur lecture par un lecteur de balise matérielle du véhicule, chaque balise matérielle ayant été programmée avec des informations qui sont au moins la valeur de distance de guide séparant la balise matérielle d’un point de référence et, possiblement, l’identifiant de balise matérielle et/ou l’identifiant de section de guide du guide où elle est disposée.
L’invention peut ainsi avantageusement être mise en œuvre dans un système de navigation à l’estime 501 et permettre son recalage d’une manière efficace.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, le dispositif comportant : - un capteur d’attitude du véhicule guidé (603), le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, les composantes d’attitude comportant cap géographique, roulis et tangage et définissant l’orientation d’un repère solidaire du véhicule par rapport au repère géographique local,
- une mémoire (604) de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, ces balises virtuelles d’attitude étant localisées le long du guide et orientées suivant le guide, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique, la ou les valeurs d’attributs de position permettant de localiser la balise, - un processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710), le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) comparant les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter (711) un franchissement d’une balise virtuelle d’attitude, la localisation du véhicule guidé étant fournie par la ou les valeurs d’attribut de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710).
2. Dispositif d’estimation selon la revendication 1 , dans lequel le processeur (602) est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule pour détecter un franchissement d’une valeur d’une composante d’attitude des données de balise virtuelle d’attitude par une valeur de mesure d’une composante d’attitude correspondante, une balise virtuelle d’attitude pour laquelle un franchissement a été détecté ayant sa valeur de composante d’attitude de ses données de balise virtuelle d’attitude comprise entre deux valeurs de deux mesures successives de la composante d’attitude correspondante.
3. Dispositif d’estimation selon la revendication 2, dans lequel, dans le cas d’une application à un véhicule sur un guide au sol, le processeur (602) est configuré pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare une seule des trois composantes d’attitude qui est le cap géographique.
4. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées comportent des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et des valeurs d’attributs de balise, lesdites valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de balise et les valeurs d’attributs de balise étant des valeurs communes à une famille déterminée de véhicules, les véhicules d’une famille ayant des caractéristiques structurelles identiques, ou étant des valeurs propres au guide.
5. Dispositif d’estimation selon la revendication 4, dans lequel, dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs communes à une famille déterminée de véhicules et que le véhicule guidé n’appartient pas à ladite famille déterminée, alors le processeur (602) configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare des valeurs de mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les valeurs de mesures corrigées du cap étant des valeurs de mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé et corrigées de la vitesse du véhicule, de la différence entre l’entraxe des véhicules de la famille et l’entraxe du véhicule guidé (603) et des variations temporelles d’un vecteur rotation, les composantes dudit vecteur rotation étant la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule guidé (603).
6. Dispositif d’estimation selon la revendication 4, dans lequel, dans le cas où les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées sont des valeurs propres au guide, alors le processeur (602) configuré pour exécuter l’activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare des valeurs de mesures corrigées du cap avec les valeurs de cap des données de balise virtuelle d’attitude, les valeurs de mesures corrigées du cap étant des valeurs de mesures de cap produites par le capteur d’attitude du véhicule guidé (603) et corrigées de la vitesse du véhicule, de l’entraxe du véhicule guidé et des variations temporelles d’un vecteur rotation, les composantes dudit vecteur rotation étant la dérivée temporelle du roulis, du tangage et du cap mesurés par le capteur d’attitude du véhicule (603).
7. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude (712) détectées (711) à tort en comparant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude des balises détectées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule.
8. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) est en outre configuré pour éliminer des balises virtuelles d’attitude (712) détectées (711) à tort en comparant les données des balises détectées et des informations préalables (701) provenant d’une interface de communication (601).
9. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le processeur (602) est en outre configuré pour calculer une valeur d’incertitude et/ou un niveau de protection associée à la localisation du véhicule guidé, fournie par la ou les valeurs d’attributs de position de la balise détectée.
10. Dispositif d’estimation selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le processeur (602) est en outre configuré pour sélectionner (700) en fonction d’informations préalables (701), un sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et pour que le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare le sous-ensemble des données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule.
11. Dispositif d’estimation selon la revendication 10, dans lequel la sélection (700) du sous ensemble des données de balise est faite en utilisant la liste d’identifiants des balises adjacentes à la dernière balise détectée.
12. Procédé d’estimation de la localisation d’un véhicule guidé le long d’un guide, dans lequel on met en oeuvre :
- un capteur d’attitude du véhicule guidé (603), le capteur d’attitude fournissant lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, les composantes d’attitude comportant cap géographique, roulis et tangage et définissant l’orientation d’un repère solidaire du véhicule par rapport au repère géographique local,
- une mémoire (604) de mémorisation de données de balises virtuelles d’attitude, ces balises virtuelles d’attitude étant localisées le long du guide et orientées suivant le guide, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique, la ou les valeurs d’attributs de position permettant de localiser la balise,
- un processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710), dans lequel procédé, on mémorise dans la mémoire (604) de mémorisation des données de balise virtuelle d’attitude, les données de balise virtuelle d’attitude d’une balise donnée comportant des informations au moins d’orientation et de localisation de ladite balise, lesdites informations étant une ou des valeurs d’une ou plusieurs des composantes d’attitude de ladite balise et au moins une valeur d’attribut de balise dont au moins une valeur d’attribut de position de ladite balise, les composantes d’attitude étant au nombre maximal de trois dont un cap géographique et dans lequel, le capteur d’attitude fournit lors du déplacement du véhicule des valeurs de mesures, dans un repère géographique local, d’une ou plusieurs composantes d’attitude du véhicule guidé, et dans lequel, le processeur (602) configuré pour exécuter une activité de lecteur de balise virtuelle d’attitude (710) compare les données de balise virtuelle d’attitude mémorisées et les valeurs de mesures d’attitude de véhicule afin de détecter (711) un franchissement d’une balise virtuelle d’attitude, et dans lequel, la localisation du véhicule guidé est fournie par la ou les valeurs d’attributs de position de la balise détectée dans le lecteur de balise virtuelle d’attitude (710).
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