FR3057071A1 - Procede de localisation hybride d'un pieton - Google Patents

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Abstract

L'invention concerne un procédé de localisation hybride d'une personne comprenant les étapes d'attacher une unité de mesure inertielle (1) à la jambe (2) de la personne de sorte que l'unité de mesure inertielle soit au niveau de la partie antérieure de la jambe et de détecter au moins un instant où la vitesse d'un point de référence de la personne est nulle pour recaler des calculs de la détermination de la position de la personne à partir de données générées par l'unité de mesure inertielle.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE
INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication :
(à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)
©) N° d’enregistrement national
057 071
59514
COURBEVOIE © Int Cl8 : G 01 S 19/13 (2017.01)
DEMANDE DE BREVET D'INVENTION
A1
©) Date de dépôt : 03.10.16. © Demandeur(s) : SAFRAN ELECTRONICS &
(© Priorité : DEFENSE Société par actions simplifiée — FR.
@ Inventeur(s) : BECHERET YVES.
©) Date de mise à la disposition du public de la
demande : 06.04.18 Bulletin 18/14.
©) Liste des documents cités dans le rapport de
recherche préliminaire : Se reporter à la fin du
présent fascicule
(© Références à d’autres documents nationaux ® Titulaire(s) : SAFRAN ELECTRONICS & DEFENSE
apparentés : Société par actions simplifiée.
©) Demande(s) d’extension : © Mandataire(s) : CABINET BOETTCHER.
(04/ PROCEDE DE LOCALISATION HYBRIDE D'UN PIETON.
FR 3 057 071 - A1 (t”) L'invention concerne un procédé de localisation hybride d'une personne comprenant les étapes d'attacher une unité de mesure inertielle (1) à la jambe (2) de la personne de sorte que l'unité de mesure inertielle soit au niveau de la partie antérieure de la jambe et de détecter au moins un instant où la vitesse d'un point de référence de la personne est nulle pour recaler des calculs de la détermination de la position de la personne à partir de données générées par l'unité de mesure inertielle.
i
L' invention concerne un procédé de localisation hybride d'une personne se déplaçant à pied.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les systèmes de géôldcallsation par satellites ne permettent pas de localiser avec précision une personne· à l'intérieur d'un bâtiment.
Des dispositifs spécifiques à un usage en intérieur ont ainsi été récemment développés. Généralement ces dispositifs comportent une Unité de Mesure Inertielle (OMI) qui est attachée au pied de la personne.. Les mesures fournies par l'UMI permettent d'entretenir la position de l'UMI et donc de la personne qui la transporte dans l'espace. Four éviter une trop grande- déviation de cette position, on recale régulièrement par calcul la position de la personhé grâce à une technique dite de « recalage vitesse nulle » de la navigation inertielle, mise en œuvre à chaque fols que le pied de la personne est détecté^ posé au sol, L'exploitation des mesures d'un champ magnétique local par des capteurs, intégrés ou non à l'UMI,
20 élimine la divergence en erreur de cap de la ; navigation
inertielle.
Un tel procédé de localisation est dit inertiel
hybride du fait qu'il se base d'une part sur des; résultats
d'entretien de navigation Inertielle et d'autre part sur
d'autre données provenant de capteurs réels:,, comme: un magnéfomêfte, ou virtuels, comme une Indication de vitesse du pied nulle, pour estimer la position de la personne.
Cependant, les dimensions de l'UMI peuvent gêner la personne portant 1'ÜMI.
OBJET DE L·'INVENTION
Un but de l' invention est. de proposer un procédé de localisation d'une personne qui obvie au moins en partie· a l'inconvénient précité;.
BREVE DESCRIPTION DE L·' INVENTION· mesure inertielle les données- générées par l'unité pour déterminer la position de
En vue de la réalisation de ce but, on propose un procédé de localisation hybride d'une personne comprenant les étapes successives suivantes :
attacher l'unité de personne, acquérir mesure inertie11e personne.
Selon l'invention, le procédé comprend les étapes- de : 10 - attacher l'unité de mesure inertielle à la jambe de la personne de sorte que l'unité de mesuré inertielle soit solidaire- de la partie antérieure de la jambe, détecter au moins un instant où la vitesse d'un point de référence de la personne est nulle, le point de référence de la personne étant- considéré comme immobile lors- d'ün contact du pied de la personne avec le sol dans un repère lié au sol et étant considéré comme fixe relativement à l'unité de mesure inertielle dans un repère lié â l'unité démesure inertielle, le mouvement de l'unité de mesure inertielle^ étant assimilé à un mouvement de rotation autour du point de référence de la personne lors d'un contact du pied de la personne avec le sol dans le repère· lié- an sol, utiliser la détection de· 1 ' instant où la vitesse du point de référence de la personne est nulle pour recaler des calculs de la détermination de la position de la personne.
De la sorte, l'ÜMI est installé au -niveau· de la jambe de la personne ce qui soulage l'articulation de la cheville de la personne· et limite les efforts^ réalisés pour transporter l'ÜMI lors- de la marche·.
Le procédé· permet ainsi à la personne de porter plus aisément 1'OMI «
En outre, le positlonhement au niveau de la jambe permet à l'ÜMI d'être moins soumise aux perturbations la de la extérieures (comme- les chocs, les vibrations, les rotations et translations rapides de la cheville dus aux- pas effectués par la personne).
Ceci permet d'améliorer la précision des mesures acquises par 1'UMI.
De plus, les mouvements mesurés par l'UMÏ sont ceux de la jambe (donc ceux du tibia associé) qui sont; donc moins variables que ceux d'une cheville.
Ceci permet donc- également d' améliorer la précision des mesures de l'DMI.
Θη note que l'agencement de l'üMI au niveau de la jambe ne complexifie au final que relativement peu les calculs de recalage, comparativement aux calculs de recalage de l'art antérieur lorsque l'üMI était directement agencée au niveau du pied, puisque le modèle de mouvement de l'DMI est assimilable à une- simple rotation autour du point de référence de la personne lors des contacts du pied de la personne au sol. Il suffit ainsi de comparer la vitesse mesurée par l'DMI, en tenant compte de ce modèle de mouvement, à la vitesse nulle au point de référence de la personne au moment où le pied de la personne -est en contact avec le sol.
Bout la présente demande, par « jambe » on entend le terme anatomique c'est-à-dire la partie de chacun des membres inférieurs de l'homme qui s7étend du genou au pied (et non le membre· inférieur tout entier comprenant ëgalemënt la cuisse et le genou).
Par ailleurs par « antérieur » on se réfère aussi au terme anatomique. « Antérieur » s'oppose ainsi à « postérieur », ces deux termes désignant les parties· du corps d'un coté et de l'autre du plan frontal. L'üMI est ainsi attachée au niveau de la partie de la jambe opposée à celle comportant le mollet soit au niveau de la partie non charhüe de la j ambe· à proximité immédiate du tibia. L'OMI est ainsi agencée au niveau du tibia de la personne pour suivre les mouvements dudit tibia (mais l'ÜMI demeure extérieure au corps de la personne et n' est donc pas littéralement attachée au tibia de la personne).
De f açon part iculière , l ' uni té de mesur e; inert i e l ie est augmentée d'au moins un capteur magnétique.
De façon particulière, on associe l'unité de mesure inertielie à une coque dont Une face interne est conformée pour épouser une face antérieure de la jambe de la personne.
De; façon particulière·, on associe à l'unité de mesure inertielle un ou plusieurs capteurs de détection d'un contact entre le pied de la personne et le soi.
De façon particulière, on détecte en réalité un Intervalle de temps au cours duquel le pied de la personne est en contact avec le sol pour définir les; phases à vitesse du pied nulle;.
De façon particulière, on associe à; l'unité de mesure inertiellé au moins un récepteur GPS.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'une mise en œuvre particulière non limitative de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
L'invention sera mieux comprise à la lumière de la description qui suit d'une mise en œuvre particulière, non limitative, de l'invention. Il sera fait référence à la figure unique annexée illustrant une mise en œuvre particulière du procédé selon l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la; figure unique,· le procédé selon l'invention est; mis en œuvre par l'intermédiaire d'un dispositif comprenant; une Unité de Mesure Inertielle encore appelée UMI (comprenant au moins des âceèléromètres et des gyroscopes) . Cette· UMI est ici augmentée; de capteurs magnétiques de sorte qu'on parlera par la suite d'une ÜMIM 1 (pour Unité de Mesure Inertielle Magnétique).
L'UMIM 1 est attachée à la face antérieure d'une jambe 2 d'une personne que l'on souhaite pouvoir localiser. L'UMIM 1 est attachée de sorte à être solidaire de ladite face antérieure. La fixation de l'UMIM 1 à ladite face antérieure est ainsi réalisée de manière à réduire au maximum les déplacements relatifs parasites entre un boîtier de l'UMIM 1 et ladite face antérieure. De la sorte, 1'ÜMIM 1 retranscrit au mieux les mouvements du tibia de la personne.
De façon particulière, le dispositif comporte ainsi une coque 3 et 1'UHIM 1 es t rigidement f ixée à ladite coque 3.
One face interne de la coque 3 est destinée à être en contact avec la face antérieure, ladite face interne est ainsi destinée à épouser la forme de ladite face antérieure de la j arnhe? 2. la forme particulière de la coque 3 permet ainsi de bien solidariser la coque 3 (et donc l'UMIM 1) â la face antérieure (et donc au tibia).
la coque 3 est ensuite attachée à la jambe 2 par des sangles 4 du dispositif qui entourent le mollet de la personne.
De la sorte, la personne s'avère peu ou pas gênée par le port du dispositif, et donc de l'UMIM 1, qui est agencée entre deux. articulations du membre inférieur de la personne.
En outre, avec ce placement, les capteurs magnétiques de l'UMIM 1 sont moins affectés par des éléments métalliques potentiellement présents dans ou sur le sol (armatures du béton armé formant le aol, çanalisatiohs métalliques, etc. ) ou présents directement sur la personne (par exemple dans les chaussures de la personne) . Ceci permet d'obtenir une meilleure mesure du champ magnétique local et ainsi une meilleure estimation de la position de la personne, les données fournies par l'UMIM 1 étant dès lors plus précises.
De préférence, l'UMIM 1 est attachée à la face antérieure juste en-dessous de l'articulation du genou sans toutefois toucher le genou.
L'UMIM 1 est ici en liaison sans fil avec un 5 calculatéür S déporté du dispositif. En service, l'UMIM 1 génère des données· à destination du calculateur· 5 gui va alors traiter lesdites données pour déterminer la position de la personne dans l'espace.
Les; calculs de détermination de la position de la 10 personne ayant tendance à dériver, le calculateur 5 met en œuvre un traitement supplément aire dit de « recalage de vitesse nulle· d'un point de référence^ de la personne » pour tenter de contrer cette dérive rie position calculée.
Ledit point de référence de la personne; est défini 15 Gomme étant :
immobile lors d'un contact: du pied de la personne au sol selon le référentiel lié au soi, et fixe relativement à l'unité de mesure inertielle dans un repère lié; à l'UMIM; 1 (soit un repère lié au boîtier de l' UMIM^ 1) .
Par ailleurs, lorsque le pied de la personne est posé au sel, le mouvement de 1 ' UMIM 1 est en outre assimilable àun mouvement de rotation de l'UMIM 1 autour dudit; point de référence de la personne lors d'un contact du pied de la personne avec le sol dans le référentiel lié au sol.
Ledit point de référence de la personne est sensiblement centré sur 1'articülâtion de la cheville (articulation autorisant un mouvement de flexion-extension autour d'un axe transversal compris dans le plan frontal) de .la jambe portant l'UMIM.:
Le traitement· supplémentaire est ainsi basé sur l'observation de ce point de référence lorsque celui-ci possède une vitesse nulle (e' est —â—dire lorsque le pied de la personne repose sur le sol)· pour les comparer avec les données transmises à ce moment-là par l'UMIM 1. En effet.
la vitesse calculée par l'UMIM 1 et reportée au niveau du point de référence de la personne devrait être nulle au moment- de 1 ' observation s' il n'y avait pas les problèmes de dérivation précités.
On a ainsi au moment de l'observation :
Tjoi + RuMIM^personne* ωυΜΙΜ/5οί — 0 + JF ( 1 ) avec RuMiuPpersome le vecteur distance entre le point de référence de la personne ÇRpersonne) et un point de référence de l ' UMIM 1 ( Rbhim) x âvëc V30i la vitesse linéaire relativement au sol de Ruhïm estimée à partir des données fournies par l'UMIM' 1, avec ωαΜΙΗ/Ξο1 la vitesse angulaire relativement au sol de Romim estimée à partir des données fournies par l'UMIM 1, et fiU les erreurs puisque la vitesse du point de référence est censée être nulle au moment de 1'observation.
Ces- erreurs ûV proviennent de dé faut s de l'UMIM 1 (défauts gyromêtriques, défauts accélérométriques ...) , des défauts de la f ixation de l'UMIM 1 à la f ace antérieure (provoquant alors des mouvements parasites de l'UMIM 1 relativement à ladite face antérieure·) , des- défauts dans le modèle de mouvement, de l'UMIM 1 relat ivement au point de
5 référence de la personne ...
On rappelle que Ruhim est le point de référence de l'UMIM 1 i.e·, le point de référence dès calculs de navigation de l'UMIM 1. Ce point de référence de l'UMIM 1 peut par exemple être approximé au point d'intersection des axes sensibles· de 1'UMIM 1 passant par les points dé mesure de cloaque accéléromètre de l'UMIM 1. Ce point est considéré comme fixe dans le référentiel de l'UMIM 1.
Le vecteur distance RuMiuRpersome est Pat exemple prédéterminé·. En variante, Ce vecteur est déterminé une fois que la personne est équipée de l'UMIM 1 lors d'une· phase d'initialisation du calculateur 5 (la personne effectuant alors des mouvements, adaptés du pied de la jambe 2 équipée de l'UMIM relativement au sol):.
Le traitement supplémentaire est ainsi basé sur 5 l'observation de ce point de référence: lorsque celui-ci possède· une vitesse nulle et la mise en œuvre ici d'un filtre de type Kalmah où Schmidt-Kalmàh pour permettre le recalage des calculs de la détermination de la position de la personne. Ledit filtre est ainsi basé sur l'observation « recalage de vitesse· nulle du point de référence de la personne » et 1'état « utilisâtion comme: composantes d'erreurs du vecteur distance RuMiMRpersonne En effet, ce vecteur distance peut en réalité ne pas- être totalement fixe dans: le temps.
De préférence, pour faciliter la détection des moments où la vitesse de ΚρβΧ3Όηηβ est nulle, le dispositif est associé à un ou plusieurs capteurs 6 de détection d'un contact' entre le pied de la personne et le sol. Ces capteurs 6 sont par exemple des détecteurs de pression, des contacteurs ... agencés sous la chaussure de la personne et activés lorsque le pied de la: personne est posé- au sol.
Au moment où les Capteurs 6 sont activés, l'équation (1) décrite ci-dessus peut être observée ce qui permet de lancer le recalage des calculs de la détermination de la position de la personne:.
Selon une· mise en œuvre préférée, en place: de l'équation (1) précitée, le calculateur 5 a recours à une équation plus complexe pour recaler les calculs de détermination de la position de la personne. Ceci permet de rendre le traitement supplémentaire plus efficace.
L'équation plus complexe est ainsi basée sur l'intervalle de temps au cours duquel le pied' de la personne est en contact avec: i© soi alors: que 1 'équation ( 1 ) était basée sur un instant donné où le pied de la personne était posé sur le sol.
De façon particulière, les capteurs 6 précités de détection d'un contact entre le pied, de la personne et le sol peuvent être- utilisés afin de détecter de manière précise l'intervalle de temps au cours duquel le pied est posé sur le sol.
L'équation plus précise est. ainsi définie par :
Rnt+ PuMlM^personne ^[a]/soÛ[p] dt 0 é ÂV (2) avec ta et t£ le début et la fin de l'intervalle de temps au. cours duquel, le pied de la personne est en contact avec le sol, avec Vgoi[p] la vitesse linéaire· relativement au sol de Rümim dans un repère horizontal [p] de calcul de
1.5 navigation, élaborée à partir des données fournies par l'ÜMIM 1 avec RuMlM^personne [p] Tp/a * ^UMIM^personne où RuMiMPpersome^ est le vecteur distance entre le point de- référence de la personne {RpersonMe ) et le point de référence de l'ÜMIM 1 (Rümim) dans le repère [a] lié à l'ÜMIM' 1 (soit le repère lié au boîtier de l'ÜMIM 1 déjà cité), où Pp/a est la matrice de passage entre le repère horizontal tp] et le repère [a],
Avec la vitesse angulaire relativement au sol de Romih dans le repéré· horizontal [p], élaborée à partir des données fournies· par l'ÜMIM 1.
De façon particulière,, on approxime tO[apsoj·^ par ûJ[a]/[iï|soit la vitesse angulaire inertielle dans le repère horizontal [p] de R0MIH, élaborée à partir des données fournies·· par l'ÜMIM 1 et de l'attitude dans le repère· horizontal [p] de Rohim, issue des calculs d'entretien de navigation inertielle.
ίο
Ceci est envisageable pour des temps de pause au sol relativement courts (de l'ordre de quelques secondes au maximum),
La mise en œuvre décrite· permet ainsi d'entretenir la 5 localisation d'une personne notamment, bien que non exclusivement, lorsque celle-ci est à 1'intérieur d'un bâtiment, 1/utilisation d'une DMIM et non simplement d'une OMI permet au calculateur de prendre en compte les données de champ· magnétique fournies par l'ÜMIM dans- le calcul de la localisation évitant ainsi à long terme une augmentation trop importante de l'erreur sur le cap initial.
Oh note ici que la mise en œuvre fonctionne avec une seule Unité de Mesure Inertielle (agencée au niveau de la face antérieure).
Bien entendu l'invention n'est pas limitée a la mise en œuvre décrite et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de 1'invention tel que défini par les revendications.
En pafticulief, bien qu'ici l'ünitê de mesure inertielle soit augmentée de capteurs magnétiques, l'unité de mesure inertielle pourra ne pas être augmentée et être simplement une ÜMI.
En place d'une unité de mesure inertielle, en pourra avoir recours à un téléphone: portable ou un autre objet (comme une tablette) comprenant une unité de mesure inertielle incorporée, le téléphone portable ou l'objet étant alors agencé lui-même au niveau de la face antérieure de la personne et maintenu en place à l'aide de moyens d'accroches appropriés. Bien entendu le téléphone portable ou L'objet pourra comporter une ÜMI en place d'une simple DMIM.
Par ailleurs, le calculateur et/ou l'OMI (qu'il soit ou non intégré à un téléphone· portable) pourra être associé â d'autres capteurs permettant d'améliorer la précision des calculs de localisation. Typiquement un capteur pourra être· associé au calculateur et/ou à l'ÜMI pour fournir une indication initiale du cap et/ou fournir une indication initiale de la position du piéton avant qu'il ne rentré dans un bâtiment. Par exemple un récepteur GPS pourra être porté par le piéton et raccordé au calculateur et/ou à l'ÜMI pour fournir une position initiale et un cap initial lors du trajet à l'extérieur du piéton et avant son entrée dans un bâtiment.
Bien qu'ici l'Unité de Mesure Inertielle attachée au tibia de la personne génère les données à destination d'un calculateur distant, l'Unité de Mesure Inertielle pourra elle-même· comporter partie ou tous moyens de calculs nécessaires pour déterminer la position d'une personne ou pourra être associée à partie ou tous moyens de calculs nécessaires^ pour déterminer la position d'une personne, moyens alors directement portés par la personne. On pourra par exemple avoir l'Unité de Mesure Inertielle en liaison avec le téléphone portable de la personne, téléphone portable porté- par la personne, le téléphone portable calculant directement la position de la personne à partir des données fournies par l'Unité de Mesure Inertielle.
Le procédé pourra comporter d'autres étapes vis-à-vis de ce qui a été déjà indique·. Bar exemple, on pourra implanter des tests de consolidation dans le calculateur pour rejeter des observations de vitesse nulle du point de la référence de la personne en cas d'attitude inadaptée {détectée par exemple par analyse de la direction kvMiM:Rpersonne par rapport à 1' hori zontale ) .

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Procédé de localisation hybride d'une personne comprenant les étapes successives suivantes :
    5 - attacher l'unité de mesure inertielle (1) à la personne, acquérir les données générées par 1'unité de mesure inertielle pour déterminer la position de la personne,
    10 le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend les étapes· de :
    attacher l'unité de mesure inertielle â la jambe de la personne de sorte que l'unité de mesure inertielle soit solidaire de la partie antérieure de la jambe,
    15 - détecter au moins un instant où la vitesse d'un point de référence· de la personne (Rpersonne) est nulle, le point de référence de la per sonne (Rpersonne) étant considéré eomme immobile lors d'un contact du pied de la personne avec le sol dans- un repère lié au sol et étant considéré·
    20 comme fixe relativement à 1'unité de mesure inertielle dans un repère lié à l'unité de mesure inertielle, le mouvement de 1'unité de mesure inertielle· étant assimilé à un mouvement de rotation autour du point de référence de la personne (Rpersonne) lors d'un contact du pied de la personne
    25 avec le sol dans le repère lié au sol, utiliser la détection dé 1'instant où la vitesse du point de référence de la personne est nulle pour recaler des calculs de la détermination de la position de la personne.
    30
  2. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'unité de mesure· inertielie (1) est augmentée d'au moins un capteur magnétique.
  3. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, comportant l'étape d'associer l'unité de
    35 mesure inertielle (1) à une· coque (3) dont une face interne est conformée pour épouser une face antérieure de la jambe (2 j de la personne.
  4. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on associe à l'unité de mesure
  5. 5 inertielle (1) un ou plusieurs capteurs· (6) de détection d'un contact entre le pied de la personne et le sol.
    5. Procédé selon 1' une des·· revendications précédentes, dans lequel on détecte en réalité un intervalle de temps au cours duquel le pied de la personne
    10 est en contact avec le sol.
  6. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on associe à l'unité de mesure inertielle au moins un récepteur GPS.
    1/1
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