WO2022258719A1 - Procédé de détermination d'une position d'un engin de chantier ou d'un engin agricole, et procédé de pilotage de cet engin - Google Patents

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WO2022258719A1
WO2022258719A1 PCT/EP2022/065607 EP2022065607W WO2022258719A1 WO 2022258719 A1 WO2022258719 A1 WO 2022258719A1 EP 2022065607 W EP2022065607 W EP 2022065607W WO 2022258719 A1 WO2022258719 A1 WO 2022258719A1
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machine
geolocated
precision
determination method
construction
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PCT/EP2022/065607
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Camille HADJADJI
Thibaut Rigolle
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Aximum
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    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/43—Determining position using carrier phase measurements, e.g. kinematic positioning; using long or short baseline interferometry

Definitions

  • the present invention generally relates to the location of a vehicle in its environment.
  • the invention relates more specifically to a method of locating and a method of piloting such a machine.
  • the first phase consists of making a very fine pre-marking line on the road, indicating along which axis the marking lines will then have to be painted or affixed. This first phase is generally carried out manually, by operators on foot equipped with a cord and pre-marking tools.
  • the second phase then consists of passing a construction machine which is driven by an operator in order to follow this pre-marking line.
  • the objective for the operator is generally to control the spraying of paint on the road while following the pre-marking line, without oscillating on either side of it. Any oscillation, even slight, would indeed prove to be very perceptible and unpleasant for users then taking this road.
  • the first phase is very long to implement.
  • the second phase it requires great skill on the part of the operator to achieve satisfactory marking lines.
  • This second phase must therefore be implemented by an operator who has benefited from long and rigorous training. If the client is dissatisfied, the cost of erasing lines and redrawing new lines would indeed be very high, so much so that we want to avoid making marking errors at all costs.
  • one solution consists in continuously determining the position of a tractor by using a service known as RTK (acronym for “Real Time Kinematic”), and in controlling the tractor in an automated manner , according to trajectories calculated upstream, taking into account its position.
  • RTK Real Time Kinematic
  • the RTK positioning service is a technology which is based on positioning by GNSS satellites supplied for example by GPS and GALILEO systems (which make it possible to obtain a first approximation of the position of the tractor), and which offers to correct this first approximation by means of correction data.
  • correction data are obtained using an observation station or a network of observation stations which, given their exact positions known to themselves and their approximate positions given by the systems available satellite positioning systems, allow the calibration error of these satellite positioning systems to be determined.
  • the present invention proposes to rely on two distinct technologies, by combining them wisely, so as to be able to ensure autonomous and efficient guidance of the gear.
  • a method for determining a position of a construction or agricultural machine comprising:
  • the geolocated position is obtained using corrected satellite positioning technology, of the RTK or NRTK type;
  • Said precision parameter relates to the precision of the geolocated position
  • the geolocated position is selected if the precision parameter indicates that this geolocated position has a level of precision less than or equal to a predetermined threshold, said threshold being strictly less than 5 centimeters;
  • the image or remote sensing sensor is a LIDAR sensor
  • the invention also relates to a method for controlling a construction or agricultural machine, comprising:
  • the speed of the machine is controlled by a driver.
  • the invention also relates to a construction or agricultural machine, comprising:
  • the machine further comprises means for autonomous control of its direction of advancement, and the computer is adapted to implement a piloting method as mentioned above.
  • the machine comprises an inertial unit and/or an odometer.
  • FIG. 1 is a schematic side view of a construction machine according to the invention.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating the various components involved in determining the position of the construction machine of Figure 1 and its control.
  • a machine 10 equipped with means to assess its position and means to control the direction in which it advances.
  • the machine 10 shown is a construction machine. More specifically, this is a machine for making road markings. As a variant, it could be any type of construction machine or agricultural machine, having a function other than simple piloting (in particular a function of carrying out public works or working the land), which requires knowing the position of the machine 10 with high precision.
  • This machine 10 conventionally comprises a frame 11, a chair 17 for the driver and wheels 12, here four in number, at least two of which are steerable.
  • It also comprises a powertrain 14 allowing it to move forward or backward, braking means and a steering system for adjusting the orientation of the steered wheels.
  • the steering system comprises an actuator 18 allowing, when it receives the instruction, to control the orientation of the steered wheels without intervention from the driver of the machine 10. It also comprises a manual control system ( here a steering wheel 13) and a steering column allowing the driver to manually control, if necessary, the orientation of the steered wheels.
  • a manual control system here a steering wheel 13
  • the steering wheel 13 incorporates the actuator 18. In this way, the actuator 18 is able to jointly rotate the steering wheel and the steered wheels, and the driver can at any time regain control of the machine by countering the actuator.
  • the powertrain and the braking means do not have an autonomous piloting actuator. It will therefore be up to the driver to regulate the speed of machine 10.
  • the machine 10 being here intended to make road markings, it comprises a tank 15 of paint and a tank (not visible) for storing balls. It also includes means 16 for projecting the paint onto the road and means for projecting (not visible) balls over the paint.
  • These projection means 16 are here preferably designed to produce road marking lines, such as continuous or discontinuous lane separation lines.
  • the machine 10 could be equipped with tracing means designed to produce a thin pre-marking line 101 indicating the axis along which the road marking lines must then be produced.
  • tracing means include, for example, a valve and a paint wash bottle allowing a trickle of paint to flow when the valve is open.
  • the machine 10 comprises at least one means 31 for receiving geolocation data, an image or remote sensing sensor 23, and a computer 40.
  • it further comprises an inertial unit 22 and an odometer 21.
  • All of these components are located on the roof of the machine 10, which in particular allows good reception of the geolocation data and offers a good vision to the image sensor or remote sensing 23.
  • the means 31 for receiving geolocation data here comprises a GNSS chip 30 and at least one antenna 31 A, 31 B, which is coupled to the GNSS chip.
  • the machine 10 is equipped with two antennas, an antenna 31A located at the front of the roof as shown in Figure 1, and another antenna 31B located further to the rear, for example at the rear of the roof.
  • the use of two antennas is preferable because it makes it possible to determine the orientation of the machine (in yaw) on the road.
  • the GNSS chip 30 is adapted to receive signals transmitted by several satellite positioning systems, such as the GPS and GALILEO systems.
  • the GNSS chip 30 uses a corrected satellite positioning technology, of the RTK (or NRTK) type. It makes it possible to receive at any time, provided that it picks up signals from a sufficient number of geolocation satellites, a raw geolocated position P30'.
  • This GNSS chip 30 is also able to acquire at any time a precision parameter relating to the precision of the raw geolocated position P30'.
  • This precision parameter is here formulated in the form of a precision level l which is either high or low.
  • this level of precision l is high, we speak of “fixed RTK” level, the raw geolocated position P30’ is precise to less than 3 centimeters, so that this position can be used to make road markings.
  • RTK float we speak of “RTK float” level, this position is precise to more than 3 centimeters, so that the geolocated position cannot be used to make road markings.
  • the image or remote sensing sensor 23 fitted to the machine 10 can take various forms. It is for example a RADAR or SONAR sensor or a camera.
  • the inertial unit 22 conventionally comprises three accelerometers and three gyrometers, in order to be able to determine the relative posture of the machine between two instants.
  • the central unit is of the INS type in that it is combined with the GNSS 30 chip.
  • the inertial unit 22 is therefore able to provide the aforementioned raw geolocated position P30', and data relating to differences in postures measured at successive instants.
  • the raw geolocated position P30' could be used directly in the method described below, to determine the position of the machine 10.
  • this raw geolocated position P30' is filtered thanks to the data measured by the inertial unit 22.
  • This filtering consists of a smoothing of the coordinates obtained by the GNSS chip using the differences in postures measured in instants successive.
  • the filtered position of the machine thus obtained will be referred to below as the position geolocated P30.
  • the odometer 21 for its part, is an inexpensive device making it possible to measure very simply but with great reliability the distance traveled by the machine 10 between two instants. Such an odometer performs direct distance measurements (there is no provision for measuring a speed and then integrating this speed).
  • the LIDAR sensor could be sufficient to determine the relative position of the machine 10 between two successive instants.
  • this sensor gives unsatisfactory results. This is particularly the case in an environment in which many objects in the environment are moving (cars arriving in the opposite direction, trees shaken by the wind, etc.). This is also the case when the environment contains repetitive patterns, which is particularly the case in a tunnel, and it is difficult to distinguish them from each other. In these situations, the odometer and the inertial unit make it possible to correct the errors that the algorithm could make due to a poor assessment of the data from the LIDAR sensor.
  • the computer 40 comprises a processor, a memory and an input and output interface.
  • the computer is adapted to receive the following input data:
  • the computer 40 is suitable for controlling the steering actuator 18 of the machine.
  • the computer stores a computer application, consisting of computer programs comprising instructions whose execution by the processor allows the computer to implement the method described below.
  • the computer 40 To pilot the machine 10 along a predetermined trajectory in order to be able to draw road marking lines, the computer 40 performs two successive operations in a loop, namely an operation to determine the precise position of the machine 10 and a machine control operation.
  • This first operation comprises several steps, repeated in a loop at successive time steps.
  • the GNSS chip 30 acquires the geolocated position P30 of the machine and the corresponding level of precision l. This information here comes from the GNSS chip. As mentioned above, at this stage, one could alternatively use the raw geolocated position P30' of the machine.
  • the computer acquires input data from the LIDAR sensor, the inertial unit and the odometer.
  • the computer uses these input data (excluding data from the RTK system) to determine the relative position of the machine 10, then it deduces the absolute position P20 of the machine.
  • the relative position is calculated between two successive instants, taking into account only the input data measured during these two successive instants.
  • the relative position is more precisely determined using an algorithm of the SLAM (acronym for “Simultaneous Localization and Mapping”) type.
  • This SLAM algorithm can be based on different methods, for example on the use of a particle filter.
  • the method will rather be based on an extended Kalman filter.
  • the computer 40 supplies the input data from the LIDAR sensor, the inertial unit and the odometer.
  • the computer obtains the relative position of machine 10.
  • the SLAM algorithm considers two sets of data measured at two successive instants by the LIDAR sensor, which theoretically allows it to determine the difference in viewing angle under which the environment was seen by this LIDAR sensor. at these two instants and to deduce a difference in the posture of the machine.
  • the inputs of this filter corresponding to the data coming from the LIDAR sensor are preferentially weighted.
  • the absolute position P20 is then obtained taking into account this relative position of the machine 10 determined between the current time step and a previous time step, insofar as the absolute position of the machine was already known at this previous time step (it may for example be the position geolocated P30 during this previous time step).
  • the computer 40 knows the geolocated position P30 of the machine provided by the RTK positioning system, as well as the absolute position P20 of the machine 10 provided by the SLAM algorithm.
  • the computer 40 selects one or the other of these two positions, depending on the level of precision h.
  • the SLAM algorithm makes it possible to overcome the limits of the RTK correction system, which cannot be used, for example, in a tunnel or near buildings.
  • the computer 40 knows the exact position of the machine 10. Thanks to the inertial unit, it also knows its orientation on the road and its speed.
  • the computer 40 can then implement the second operation of piloting the machine 10.
  • the computer reads from its memory the programmed trajectory 32, according to which the road marking line must be painted.
  • the driver remains solely responsible for the machine 10. Therefore, it is he alone who controls the speed of the machine 10, via the powertrain and the braking means.
  • the driver can trigger the marking of the road using the paint stored in the tank 15. For this, he has an interface allowing him to choose a type of marking and trigger the projection paint.
  • the machine 10 can thus produce the road marking lines directly, without going through the prior step of producing a pre-marking line.
  • the only step necessary before carrying out these markings then consists of digitally developing a georeferenced trajectory of the road marking line to be carried out.
  • This stage can be carried out upstream, by various technical means, and is separate from the on-site intervention phase by the operators concerned. In this way, this marking technique is very quick to implement and can be carried out without any particular skill on the part of the driver.
  • the machine 10 can be used to produce a pre-marking line.
  • the computer could be programmed to choose the geolocated position P30 or the absolute position P20 according to a level of precision provided by the SLAM algorithm. It is indeed possible, in a Kalman filter, to determine the average error of its estimate, which can be used to determine which of the two absolute P20 and georeferenced P30 positions is potentially the most precise.

Abstract

L'invention concerne un procédé de détermination d'une position d'un engin (10) de chantier ou agricole, comportant : - une étape de réception d'une position géolocalisée, - une étape de détermination d'un déplacement relatif de l'engin au moyen d'un capteur d'images ou de télédétection (23) équipant ledit engin, - une étape de calcul d'une position recalée de l'engin en fonction du déplacement relatif déterminé, - une étape d'acquisition d'un paramètre de précision relatif à la précision de la position géolocalisée et/ou de la position recalée, et - une étape d'estimation de la position de l'engin, sélectionnée parmi la position géolocalisée et la position recalée en fonction dudit paramètre de précision.

Description

DESCRIPTION
TITRE DE L’INVENTION : PROCÉDÉ DE DÉTERMINATION D’UNE POSITION D’UN ENGIN DE
CHANTIER OU D’UN ENGIN AGRICOLE, ET PROCEDE DE PILOTAGE DE CET ENGIN
DOMAINE TECHNIQUE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention concerne de manière générale la localisation d’un véhicule dans son environnement.
[0002] Elle s’applique plus précisément à la localisation d’un engin de chantier ou d’un engin agricole, et elle trouve une application particulièrement avantageuse dans la localisation d’un engin prévu pour réaliser des marquages routiers.
[0003] L’invention concerne plus précisément un procédé de localisation et un procédé de pilotage d’un tel engin.
ETAT DE LA TECHNIQUE
[0004] Actuellement, l’opération de marquage d’une route, qui consiste à peindre ou apposer des lignes de marquage sur la route telles que des lignes de séparation de voies, s’effectue en deux phases.
[0005] La première phase consiste à réaliser une ligne de prémarquage très fine sur la route, indiquant le long de quel axe les lignes de marquage devront ensuite être peintes ou apposées. Cette première phase est généralement réalisée manuellement, par des opérateurs à pied munis d’une cordelette et d’outils de prémarquage.
[0006] La seconde phase consiste ensuite à faire passer un engin de chantier qui est conduit par un opérateur afin de suivre cette ligne de prémarquage. L’objectif pour l’opérateur consiste généralement à commander la projection de peinture sur la route tout en suivant la ligne de prémarquage, sans osciller de part et d’autre de celle-ci. Toute oscillation, même légère, s’avérerait en effet très perceptible et désagréable pour les usagers empruntant ensuite cette route.
[0007] La première phase est très longue à mettre en œuvre. Quant à la seconde phase, elle requiert de la part de l’opérateur une grande habileté pour parvenir à réaliser des lignes de marquage satisfaisantes. Cette seconde phase doit donc être mise en œuvre par un opérateur ayant bénéficié d’un entraînement long et rigoureux. En cas d’insatisfaction du donneur d’ordre, le coût d’effacement des lignes et de retraçage de nouvelles lignes s’avérerait effectivement très élevé, si bien que l’on souhaite à tout prix éviter de commettre des erreurs de marquage.
[0008] Des problèmes similaires se posent également dans d’autres domaines, par exemple lors de la pose de dispositifs de sécurité routière (glissières de sécurité, dispositifs de retenue en béton...), ou même dans le domaine agricole lorsqu’il s’agit de travailler la terre dans un champ de la façon la plus efficace possible, sans osciller.
[0009] Dans le domaine agricole, une solution consiste à déterminer en continu la position d’un tracteur en utilisant un service connu sous le nom de RTK (acronyme anglais de « Real Time Kinematic »), et à piloter le tracteur de façon automatisée, selon des trajectoires calculées en amont, compte tenu de sa position.
[0010] En résumé, le service de positionnement RTK est une technologie qui repose sur un positionnement par satellites GNSS fourni par exemple par des systèmes GPS et GALILEO (lesquels permettent d’obtenir une première approximation de la position du tracteur), et qui propose de corriger cette première approximation au moyen de données de correction. Ces données de correction sont obtenues à l’aide d’une station d’observation ou d’un réseau de stations d’observations qui, compte tenu de leurs positions exactes connues d’elles-mêmes et de leurs positions approximatives données par les systèmes de positionnement par satellite disponibles, permettent de déterminer l’erreur de calage de ces systèmes de positionnement par satellite.
[0011] Mais on observe qu’en utilisant ce service RTK, le positionnement du tracteur n’est pas toujours aussi précis que souhaité, ce qui peut l’amener à osciller le long de la trajectoire souhaitée. Par conséquent, ce service n’est pas suffisamment efficace pour être utilisé dans le domaine du marquage routier ou de la pose de dispositifs de sécurité routière. [0012] Dans un domaine différent de celui du marquage routier, on connaît du document US2017124862 un engin de chantier autonome qui est capable de modéliser son environnement de travail de manière que, si la précision du signal GPS n’est plus suffisante, il puisse s’appuyer sur cette modélisation afin de continuer à travailler.
PRESENTATION DE L'INVENTION
[0013] Afin de remédier aux inconvénients précités de l’état de la technique, la présente invention propose de s’appuyer sur deux technologies distinctes, en les combinant à bon escient, de façon à pouvoir assurer un guidage autonome et efficace de l’engin.
[0014] Plus particulièrement, on propose selon l’invention un procédé de détermination d’une position d’un engin de chantier ou agricole, comportant :
- une étape de réception d’une position géolocalisée,
- une étape de détermination de données de déplacement relatif de l’engin au moyen d’un capteur d’images ou de télédétection équipant ledit engin,
- une étape de calcul d’une position recalée de l’engin en fonction des données de déplacement relatif déterminées,
- une étape d’acquisition d’un paramètre de précision relatif à la précision de la position géolocalisée et/ou de la position recalée, et
- une étape d’estimation de la position de l’engin, sélectionnée parmi la position géolocalisée et la position recalée en fonction dudit paramètre de précision.
[0015] Ainsi, grâce à l’invention, il est prévu d’utiliser la position géolocalisée de l’engin uniquement si cette position est fiable. Dans le cas contraire, il est plutôt prévu de déterminer la position de l’engin en fonction de données mesurées sur l’engin lui-même, lesquelles données permettent d’estimer le déplacement relatif de l’engin depuis la dernière position fiable connue.
[0016] On notera que ce procédé est suffisamment précis pour permettre d’être utilisé dans le domaine du marquage routier, lequel domaine est particulier en ce sens qu’il se pratique dans des environnements où l’engin de marquage n’est généralement jamais passé auparavant.
[0017] D’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives du procédé conforme à l’invention, prises individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles, sont les suivantes :
- la position géolocalisée est obtenue au moyen d’une technologie de positionnement par satellites corrigée, de type RTK ou NRTK ;
- ledit paramètre de précision est relatif à la précision de la position géolocalisée ;
- la position géolocalisée est sélectionnée si le paramètre de précision indique que cette position géolocalisée présente un niveau de précision inférieur ou égal à un seuil prédéterminé, ledit seuil étant strictement inférieur à 5 centimètres ;
- le capteur d’images ou de télédétection est un capteur LIDAR ;
- les données de déplacement relatif sont déterminées à l’aide aussi d’une centrale inertielle;
- les données de déplacement relatif sont déterminées à l’aide aussi d’un odomètre ;
- la position recalée est déterminée à l’aide d’un algorithme de positionnement SLAM. [0018] L’invention concerne aussi un procédé de pilotage d’un engin de chantier ou agricole, comportant :
- une opération de détermination de la position estimée de l’engin au moyen d’un procédé tel que précité,
- une opération d’acquisition d’une trajectoire souhaitée, et
- une opération de pilotage de la direction de l’engin selon la trajectoire souhaitée en fonction de la position estimée.
[0019] Préférentiellement, pendant l’opération de pilotage, il est prévu de réaliser une ligne de marquage ou de prémarquage routier.
[0020] Préférentiellement, pendant l’opération de pilotage, la vitesse de l’engin est commandée par un conducteur.
[0021] L’invention concerne également un engin de chantier ou agricole, comportant :
- un moyen de réception de données de géolocalisation, - un capteur d’images ou de télédétection, et
- un calculateur adapté à mettre en œuvre un procédé de détermination tel que précité. [0022] Préférentiellement, l’engin comporte en outre des moyens de commande autonome de sa direction d’avancement, et le calculateur est adapté à mettre en œuvre un procédé de pilotage tel que précité.
[0023] Préférentiellement encore, l’engin comporte une centrale inertielle et/ou un odomètre.
[0024] Bien entendu, les différentes caractéristiques, variantes et formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres selon diverses combinaisons dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
[0025] 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.
[0026] Sur les dessins annexés :
[0027] - La figure 1 est une vue schématique de côté d’un engin de chantier conforme à l’invention ;
[0028] - La figure 2 est un schéma illustrant les différents composants intervenant dans la détermination de la position de l’engin de chantier de la figure 1 et de son pilotage. [0029] Sur la figure 1, on a représenté un engin 10 équipé de moyens permettant d’évaluer sa position et de moyens permettant de piloter la direction vers laquelle il avance. [0030] Sur cette figure, l’engin 10 représenté est un engin de chantier. Il s’agit plus précisément ici d’un engin permettant de réaliser des marquages routiers. En variante, il pourrait s’agir de n’importe quel type d’engin de chantier ou d’engin agricole, ayant une fonction autre que le simple pilotage (notamment une fonction de réalisation de travaux publics ou de travail de la terre), qui nécessite de connaître la position de l’engin 10 avec une précision élevée.
[0031] Cet engin 10 comporte classiquement un châssis 11 , un fauteuil 17 pour le conducteur et des roues 12, ici au nombre de quatre, dont au moins deux d’entre elles sont directrices.
[0032] Il comporte également un groupe motopropulseur 14 permettant de le faire avancer ou reculer, des moyens de freinage et un système de direction pour ajuster l’orientation des roues directrices.
[0033] Ici, le système de direction comporte un actionneur 18 permettant, lorsqu’il en reçoit la consigne, de piloter l’orientation des roues directrices sans intervention du conducteur de l’engin 10. Il comporte également un système de commande manuel (ici un volant 13) et une colonne de direction permettant au conducteur de piloter manuellement, au besoin, l'orientation des roues directrices. En pratique, le volant 13 intègre l’actionneur 18. De cette façon, l’actionneur 18 est en mesure de faire tourner conjointement le volant et les roues directrices, et le conducteur peut à tout moment reprendre le contrôle de l’engin en contrant l’actionneur.
[0034] En revanche, par sécurité et compte tenu des normes en vigueur, le groupe motopropulseur et les moyens de freinage sont dépourvus d’actionneur de pilotage autonome. Ce sera donc au conducteur de réguler la vitesse de l’engin 10.
[0035] L’engin 10 étant ici destiné à réaliser des marquages routiers, il comporte une cuve 15 de peinture et une cuve (non visible) de stockage de billes. Il comporte également des moyens de projection 16 de la peinture sur la route et des moyens de projection (non visibles) des billes par-dessus la peinture.
[0036] Ces moyens de projection 16 sont ici préférentiellement conçus pour réaliser des lignes de marquage routiers, telles que des lignes de séparation de voies continues ou discontinues.
[0037] En variante ou en complément, l’engin 10 pourrait être équipé de moyens de traçage conçus pour réaliser une fine ligne de prémarquage 101 indiquant l’axe selon lequel les lignes de marquage routier doivent ensuite être réalisées. De tels moyens de traçage comportent par exemple une vanne et une pissette de peinture laissant couler un filet de peinture quand la vanne est ouverte.
[0038] Afin de déterminer sa position exacte et de piloter son actionneur 18 de direction, l’engin 10 comporte au moins un moyen de réception 31 de données de géolocalisation, un capteur d’images ou de télédétection 23, et un calculateur 40. Préférentiellement, il comporte en outre une centrale inertielle 22 et un odomètre 21.
[0039] L’ensemble de ces composants, à l’exception de l’odomètre 21 et éventuellement du calculateur 40, sont situés sur le toit de l’engin 10, ce qui permet notamment une bonne réception des données de géolocalisation et offre une bonne vision au capteur d’images ou de télédétection 23.
[0040] Le moyen de réception 31 de données de géolocalisation comporte ici une puce GNSS 30 et au moins une antenne 31 A, 31 B, qui est couplée à la puce GNSS.
[0041] En l’espèce, l’engin 10 est équipé de deux antennes, une antenne 31A située à l’avant du toit comme cela apparaît sur la figure 1 , et une autre antenne 31 B située plus à l’arrière, par exemple à l’arrière du toit. L’utilisation de deux antennes est préférentielle car elle permet de déterminer l’orientation de l’engin (en lacet) sur la route.
[0042] De préférence, la puce GNSS 30 est adaptée à recevoir des signaux émis par plusieurs systèmes de positionnement par satellites, tels que les systèmes GPS et GALILEO. [0043] Ici, la puce GNSS 30 utilise une technologie de positionnement par satellite corrigée, de type RTK (ou NRTK). Elle permet de recevoir à tout moment, pour autant qu’elle capte des signaux d’un nombre suffisant de satellites de géolocalisation, une position géolocalisée brute P30’.
[0044] Cette puce GNSS 30 est en mesure également d’acquérir à tout moment un paramètre de précision relatif à la précision de la position géolocalisée brute P30’.
[0045] Ce paramètre de précision est ici formulé sous la forme d’un niveau de précision l qui est soit haut, soit bas. Lorsque ce niveau de précision l est haut, on parle de niveau « fixed RTK », la position géolocalisée brute P30’ est précise à moins de 3 centimètres près, de sorte que cette position est utilisable pour réaliser des marquages routiers. Lorsqu’il est bas, on parle de niveau « float RTK », cette position est précise à plus de 3 centimètres près, si bien que la position géolocalisée n’est pas utilisable pour réaliser des marquages routiers.
[0046] Le capteur d’images ou de télédétection 23 équipant l’engin 10 peut se présenter sous des formes diverses. Il s’agit par exemple d’un capteur RADAR ou SONAR ou d’une caméra.
[0047] En pratique et de façon préférentielle, il s’agira plutôt d’un capteur LIDAR (acronyme de l'expression en langue anglaise « light détection and ranging ») qui permet de déterminer, grâce à un laser, les distances entre le capteur et un grand nombre de points de son environnement. En examinant les différences entre les distances mesurées à un premier instant et celles mesurées à un instant suivant, on comprend qu’un tel capteur permet de déterminer la posture relative de l’engin 10 entre ces deux instants (c’est-à-dire son écart de position et son écart d’orientation entre les deux instants).
[0048] La centrale inertielle 22 comporte classiquement trois accéléromètres et trois gyromètres, afin d’être en mesure de déterminer la posture relative de l’engin entre deux instants.
[0049] Ici, la centrale est du type INS en ce sens qu’elle est combinée à la puce GNSS 30.
[0050] La centrale inertielle 22 est donc en mesure de fournir la position géolocalisée brute P30’ précitée, et des données relatives à des différences de postures mesurées en des instants successifs.
[0051] La position géolocalisée brute P30’ pourrait être directement utilisée dans le procédé décrit ci-après, pour déterminer la position de l’engin 10.
[0052] Toutefois, ici, cette position géolocalisée brute P30’ est filtrée grâce aux données mesurées par la centrale inertielle 22. Ce filtrage consiste en un lissage des coordonnées obtenues par la puce GNSS à l’aide des différences de postures mesurées en des instants successifs. La position filtrée de l’engin ainsi obtenue sera ci-après appelée position géolocalisée P30.
[0053] L’odomètre 21 , quant à lui, est un dispositif peu onéreux permettant de mesurer très simplement mais avec une grande fiabilité la distance parcourue par l’engin 10 entre deux instants. Un tel odomètre réalise des mesures directes de distance (il n’est pas prévu de mesurer une vitesse puis d’intégrer cette vitesse).
[0054] En pratique, le capteur LIDAR pourrait suffire à déterminer la position relative de l’engin 10 entre deux instants successifs. Toutefois, il arrive que ce capteur donne des résultats insatisfaisants. C’est notamment le cas dans un environnement dans lequel de nombreux objets de l’environnement bougent (des voitures arrivant en sens inverse, des arbres agités par le vent...). C’est également le cas lorsque l’environnement comporte des motifs répétitifs, ce qui est notamment le cas dans un tunnel, et qu’il est difficile de les distinguer les uns des autres. Dans ces situations, l’odomètre et la centrale inertielle permettent de corriger les erreurs que l’algorithme pourrait commettre du fait d’une mauvaise appréciation des données issues du capteur LIDAR.
[0055] On notera qu’il serait envisageable de ne corriger ces erreurs que sur la base des données issues de la centrale inertielle, auquel cas on pourrait se passer de l’odomètre. [0056] A contrario, il serait envisageable de ne corriger ces erreurs que sur la base des données issues de l’odomètre, auquel cas on pourrait se passer de la centrale inertielle. [0057] L’utilisation combinée du capteur LIDAR, de l’odomètre et de la centrale inertielle fournit toutefois les meilleurs résultats possibles.
[0058] Le calculateur 40 comporte un processeur, une mémoire et une interface d'entrée et de sortie.
[0059] Comme le montre la figure 2, grâce à son interface, le calculateur est adapté à recevoir les données d’entrée suivantes :
- la position géolocalisée P30 issue de la puce GNSS 30 et filtrée par la centrale inertielle,
- la position relative de l’engin 10 entre deux instants, issue du capteur LIDAR,
- la position relative de l’engin 10 entre deux instants, issue de la centrale inertielle, et
- la distance parcourue entre deux instants, issue de l’odomètre.
[0060] Grâce à son interface également, le calculateur 40 est adapté à commander l’actionneur 18 de direction de l’engin.
[0061] Enfin, grâce à sa mémoire, le calculateur mémorise une application informatique, constituée de programmes d’ordinateur comprenant des instructions dont l’exécution par le processeur permet la mise en œuvre par le calculateur du procédé décrit ci-après.
[0062] Il mémorise notamment un algorithme 41 de calcul d’une position absolue P20 de l’engin 10 sur la base des données issues du capteur LIDAR, de la centrale inertielle et de l’odomètre. Il mémorise également un algorithme 42 de calcul de la position exacte de l’engin 10 et d’une consigne de pilotage de l’actionneur 18. [0063] Pour piloter l’engin 10 selon une trajectoire prédéterminée afin de pouvoir tracer des lignes de marquage routier, le calculateur 40 réalise en boucle deux opérations successives, à savoir une opération de détermination de la position précise de l’engin 10 et une opération de pilotage de l’engin.
[0064] On peut commencer par décrire la première opération.
[0065] Cette première opération comporte plusieurs étapes, répétées en boucle à des pas de temps successifs.
[0066] Au cours d’une première étape, la puce GNSS 30 acquiert la position géolocalisée P30 de l’engin et le niveau de précision l correspondant. Ces informations sont ici issues de la puce GNSS. Comme cela a été mentionné supra, à ce stade, on pourrait en variante utiliser la position géolocalisée brute P30’ de l’engin.
[0067] Au cours d’une seconde étape, le calculateur acquiert des données d’entrée issues du capteur LIDAR, de la centrale inertielle et de l’odomètre.
[0068] Au cours d’une troisième étape, le calculateur utilise ces données d’entrée (à l’exclusion des données issues du système RTK) pour déterminer la position relative de l’engin 10, puis il en déduit la position absolue P20 de l’engin.
[0069] La position relative est calculée entre deux instants successifs, compte tenu uniquement des données d’entrée mesurées lors de ces deux instants successifs.
[0070] Ici, la position relative est plus précisément déterminée en utilisant un algorithme de type SLAM (acronyme anglais de « Simultaneous Localization and Mapping »).
[0071] Cet algorithme SLAM peut être basé sur différentes méthodes, par exemple sur l’utilisation d’un filtre particulaire.
[0072] En l’occurrence, ici, la méthode sera plutôt basée sur un filtre de Kalman étendu. [0073] En entrée de ce filtre, le calculateur 40 fournit les données d’entrée issues du capteur LIDAR, de la centrale inertielle et de l’odomètre. En sortie de ce filtre, le calculateur obtient la position relative de l’engin 10.
[0074] Pour résumer, l’algorithme SLAM considère deux jeux de données mesurés à deux instants successifs par le capteur LIDAR, ce qui lui permet théoriquement de déterminer la différence d’angle de vue sous lequel l’environnement était vu par ce capteur LIDAR à ces deux instants et d’en déduire une différence de posture de l’engin.
[0075] Les entrées de ce filtre correspondant aux données issues du capteur LIDAR sont préférentiellement pondérées.
[0076] Elles sont plus précisément ici pondérées en fonction des données issues de l’odomètre et/ou de la centrale inertielle, ce qui permet de réduire les erreurs provenant par exemple de la présence d’un véhicule mobile dans l’environnement de l’engin 10 tel qu’il est vu par le capteur LIDAR.
[0077] La position absolue P20 est alors obtenue compte tenu de cette position relative de l’engin 10 déterminée entre le pas de temps courant et un pas de temps précédent, dans la mesure où la position absolue de l’engin était déjà connue à ce pas de temps précédent (il peut par exemple s’agir de la position géolocalisée P30 lors de ce pas de temps précédent).
[0078] A l’issue de ces trois étapes, le calculateur 40 connaît la position géolocalisée P30 de l’engin fournie par le système de positionnement RTK, ainsi que la position absolue P20 de l’engin 10 fournie par l’algorithme SLAM.
[0079] En théorie, ces deux positions devraient être confondues. En pratique, du fait d’erreurs de position du système RTK ainsi que d’erreurs de calcul de l’algorithme SLAM et d’erreurs inhérentes aux capteurs utilisés, ces deux positions ne sont pas exactement confondues.
[0080] Au cours d’une quatrième étape, le calculateur 40 sélectionne alors l’une ou l’autre de ces deux positions, en fonction du niveau de précision h.
[0081] Si ce niveau de précision l est égal à haut (« fixed RTK »), alors le calculateur considère que la position réelle de l’engin 10 est la position géolocalisée P30. En effet, la précision du système de correction RTK est alors suffisamment bonne pour pouvoir s’y fier. [0082] Dans le cas contraire, le calculateur 40 considère que la position réelle de l’engin 10 est la position absolue P20.
[0083] Ainsi, l’algorithme SLAM permet de pallier les limites du système de correction RTK, lequel n’est pas utilisable par exemple dans un tunnel ou près de bâtiments.
[0084] Une fois cette opération achevée, le calculateur 40 connaît la position exacte de l’engin 10. Grâce à la centrale inertielle, il connaît également son orientation sur la route et sa vitesse.
[0085] Le calculateur 40 peut alors mettre en œuvre la seconde opération de pilotage de l’engin 10.
[0086] Pour cela, le calculateur lit dans sa mémoire la trajectoire 32 programmée, selon laquelle la ligne de marquage routier doit être peinte.
[0087] Puis, compte tenu de la position et de l’orientation de l’engin 10 sur la route ainsi que de sa vitesse, il en déduit une consigne de pilotage de l’actionneur 18 de direction de l’engin, qu’il transmet à ce dernier. Dès lors, ce dernier est en mesure de faire tourner les roues directrices de l’engin d’un angle tel que l’engin suit au mieux la trajectoire 32.
[0088] Au cours de cette opération, le conducteur reste seul responsable de l’engin 10. Dès lors, c’est lui seul qui commande la vitesse de l’engin 10, via le groupe motopropulseur et les moyens de freinage.
[0089] Également au cours de cette opération, le conducteur peut déclencher le marquage de la route à l’aide de la peinture stockée dans la cuve 15. Il dispose pour cela d’une interface lui permettant de choisir un type de marquage et de déclencher la projection de peinture.
[0090] De manière préférentielle, l’engin 10 peut ainsi réaliser directement les lignes de marquage routier, sans passer par l’étape préalable de réalisation d’une ligne de prémarquage. La seule étape nécessaire avant de réaliser ces marquages consiste alors à élaborer numériquement une trajectoire géoréférencée de la ligne de marquage routier à réaliser. Cette étape peut être réalisée en amont, par divers moyens techniques, et est distincte de la phase d’intervention sur chantier par les opérateurs concernés. De cette façon, cette technique de marquage est très rapide à mettre en œuvre et peut être réalisée sans compétence particulière de la part du conducteur. [0091] En variante, l’engin 10 peut être utilisé pour réaliser une ligne de prémarquage.
Commencer par réaliser une telle ligne permet en effet de conserver les habitudes actuelles de traçage des marquages en deux opérations successives. Cela permet en outre de s’assurer, pendant l’opération subséquente de marquage, que les lignes sont bien tracées selon la ligne de prémarquage sans s’en écarter, ce qui évite toute erreur. Cela permet enfin au conducteur de s’entraîner à utiliser l’engin, sans qu’une erreur de sa part soit coûteuse à réparer.
[0092] La présente invention n’est nullement limitée aux modes de réalisation décrits, mais l’homme du métier saura y apporter toute variante conforme à l’invention.
[0093] A titre d’exemple, lors de la quatrième étape, le calculateur pourrait être programmé pour choisir la position géolocalisée P30 ou la position absolue P20 en fonction d’un niveau de précision fourni par l’algorithme SLAM. Il est en effet possible, dans un filtre de Kalman, de déterminer l’erreur moyenne de son estimation, ce qui peut servir à déterminer laquelle des deux position absolue P20 et géoréférencée P30 est potentiellement la plus précise.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détermination d’une position d’un engin (10) de chantier ou agricole, comportant une étape de réception d’une position géolocalisée (P30), caractérisé en ce qu’il comporte en outre :
- une étape de détermination de données de déplacement relatif de l’engin (10) au moyen d’un capteur d’images ou de télédétection (23) équipant ledit engin (10),
- une étape de calcul d’une position recalée (P20) de l’engin (10) en fonction des données de déplacement relatif déterminées, - une étape d’acquisition d’un paramètre de précision (l) relatif à la précision de la position géolocalisée (P30) et/ou de la position recalée (P20), et
- une étape d’estimation de la position de l’engin (10), sélectionnée parmi la position géolocalisée (P30) et la position recalée (P20) en fonction dudit paramètre de précision (l).
2. Procédé de détermination selon la revendication précédente, dans lequel la position géolocalisée (P30) est obtenue au moyen d’une technologie de positionnement par satellites corrigée, de type RTK ou NRTK.
3. Procédé de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel ledit paramètre de précision (l) est relatif à la précision de la position géolocalisée (P30).
4. Procédé de détermination selon la revendication précédente, dans lequel la position géolocalisée (P30) est sélectionnée si le paramètre de précision (l) indique que cette position géolocalisée (P30) présente un niveau de précision inférieur ou égal à un seuil prédéterminé, ledit seuil étant strictement inférieur à 5 centimètres.
5. Procédé de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le capteur d’images ou de télédétection (23) est un capteur LIDAR.
6. Procédé de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les données de déplacement relatif sont déterminées à l’aide aussi d’une centrale inertielle (22).
7. Procédé de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les données de déplacement relatif sont déterminées à l’aide d’un odomètre (21).
8. Procédé de détermination selon l’une des revendications précédentes, dans lequel la position recalée (P20) est déterminée à l’aide d’un algorithme de positionnement SLAM.
9. Procédé de pilotage d’un engin (10) de chantier ou agricole, comportant : - une opération de détermination de la position estimée de l’engin (10) au moyen d’un procédé conforme à l’une des revendications précédentes,
- une opération d’acquisition d’une trajectoire souhaitée (32), et
- une opération de pilotage de la direction de l’engin (10) selon la trajectoire souhaitée en fonction de la position estimée.
10. Procédé de pilotage selon la revendication précédente, dans lequel, pendant l’opération de pilotage, il est prévu de réaliser une ligne de marquage ou de prémarquage routier (101).
11. Procédé de pilotage selon l’une des deux revendications précédentes, dans lequel, pendant l’opération de pilotage, la vitesse de l’engin (10) est commandée par un conducteur.
12. Engin (10) de chantier ou agricole, comportant :
- un moyen de réception (31) de données de géolocalisation,
- un capteur d’images ou de télédétection (23), et - un calculateur (40) adapté à mettre en œuvre un procédé conforme à l’une des revendications 1 à 8.
13. Engin (10) selon la revendication précédente, comportant en outre des moyens de commande autonome de sa direction d’avancement, et dans lequel le calculateur (40) est adapté à mettre en œuvre un procédé conforme à l’une des revendications 9 à 11.
14. Engin (10) selon l’une des deux revendications précédentes, comportant en outre une centrale inertielle (22) et/ou un odomètre (21).
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