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EP3123195A1 - Systeme de protection de personnes sur chantier par localisation precise - Google Patents

Systeme de protection de personnes sur chantier par localisation precise

Info

Publication number
EP3123195A1
EP3123195A1 EP15711763.1A EP15711763A EP3123195A1 EP 3123195 A1 EP3123195 A1 EP 3123195A1 EP 15711763 A EP15711763 A EP 15711763A EP 3123195 A1 EP3123195 A1 EP 3123195A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
tag
anchor
anchors
zone
central terminal
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.)
Granted
Application number
EP15711763.1A
Other languages
German (de)
English (en)
Other versions
EP3123195B1 (fr
Inventor
Ghislain ROLAND
Fabrice Frebel
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.)
Bordersystem Sprl
Original Assignee
Bordersystem Sprl
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 Bordersystem Sprl filed Critical Bordersystem Sprl
Publication of EP3123195A1 publication Critical patent/EP3123195A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3123195B1 publication Critical patent/EP3123195B1/fr
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B21/00—Alarms responsive to a single specified undesired or abnormal condition and not otherwise provided for
    • G08B21/02—Alarms for ensuring the safety of persons
    • G08B21/0202—Child monitoring systems using a transmitter-receiver system carried by the parent and the child
    • G08B21/0261—System arrangements wherein the object is to detect trespassing over a fixed physical boundary, e.g. the end of a garden

Definitions

  • the present invention relates to a system of collective or individual protection of the human person in places where provisions for the safety of people, especially the prevention of falls of workers, are required.
  • the use of the system can thus extend to the protection of any human being confronted with dangerous zones, for example the protection of pedestrians against collisions with civil engineering equipment, construction sites or with respect to any other vehicle confronted by example to a danger of falling, of turning over in dangerous areas or around them.
  • dangerous zones for example the protection of pedestrians against collisions with civil engineering equipment, construction sites or with respect to any other vehicle confronted by example to a danger of falling, of turning over in dangerous areas or around them.
  • GB200816469 describes an industrial process protection by selective access authorization according to the position and the identity of the carrier of a portable communicator (electronic tag).
  • the position of the user can be determined by RTLS.
  • CA2709171 describes worker protection on railway tracks based on the detection of the worker carrying a "tag", a central system determining the position of the worker with respect to the approaching train and warning him as soon as he has only a short time to go to safety.
  • the terminals that litter the course of the train are for example connected to each other using son.
  • US200810099 discloses a system for protecting people by determining their position vis-à-vis industrial processes. These processes can in no case start if a zone has not been evacuated for example. The problem is very similar to that of GB200816469.
  • CN102768352 and CN202770989U describe a mining protection system (underground) based on joint localization in UWB and ultrasound, necessitated by a large number of echoes.
  • EP2226646 describes a "relative" location system
  • the system includes wireless transceiver modules connected to a wireless network. Among these there is a central “anchor” of known position in the space considered and acting as a base station, the other modules having a position to be determined with respect to this base station. Nevertheless, no means are advanced to define a boundary delimiting a danger zone.
  • DE202008005467 describes a system for locating people in a tunnel from anchors in the form of wireless transmitters / receivers whose position is known.
  • CN101571406 discloses a pet location system.
  • IT2004BA0059 describes a system for locating people or animals that transmits the position step by step through a network of fixed transmitters / receivers and who are aware of their absolute position.
  • US2003122666 discloses a triangulation position measuring system by playing on the phase of the received signals.
  • the invention describes a method of positioning requiring anchors whose positions and orientations are known.
  • WO200398528 discloses a method of measuring distance between two objects provided with RF tags.
  • US20030052776 discloses a method of measuring distance between two objects based on UWB.
  • BR9000368U discloses a bracelet positioning system with remote and automatic reading.
  • EP2282106 describes a system for locating workers in an area by laser scanning.
  • KR101258905 describes a worker protection system presenting only two RTLS tags (position of a crane and a worker's position) and an access point connected to a server.
  • KR201 10017707 describes a location system in a tunnel from fixed terminals (similar to CA2709171).
  • CA2768054 discloses a complex location system using the power method received in a building.
  • the system requires a calibration phase but checks itself whether there are enough anchors.
  • the system needs to be told the building topology, access points, etc.
  • US2010017126 describes a location system, visibly GPS or SPS satellite, wherein a visibly circular area is defined with respect to a first localized object. Then a series of alerts are given if other objects approach this first object.
  • JP2009020847 describes a system for preventing accidents of the elderly or disabled using anchors placed inside a house. Each tag receives a signal strength from a tag, which makes it possible to determine if a tag is near an anchor and give an alert if necessary. Communication is via the electrical network (such as a lamp supply line for example).
  • WO2006085280 discloses a system for tracking animals over large areas based on GPS and using relays.
  • US2004087314 describes a system for locating a tag with respect to a single anchor using distance and angle measurements. Many general ideas are cited in this document such as the use of a touch screen but few details are given on how to build the system or manage obstacles. The desired precision is not mentioned either.
  • US 2013/0180469 discloses a custom wireless fence system for confining one or more dogs in a user-defined confinement area without the need for a physical fence or underground cable.
  • the system which is easy to configure and use, comprises at least three reference terminals, including a master center terminal and at least two slave terminals, at least one collar and, preferably, a remote control. All these elements communicate with each other in a bidirectional way.
  • a reference system is configured by the central terminal, in which the coordinates of all the reference terminals are assigned.
  • US 2003/0179140 discloses an electronic pet fence having a plurality of fixed transceivers and a mobile collar transceiver attached to the animal. The location of the limits and forbidden zones is determined in the learning mode and stored in the memory. Determination logic responds to signals exchanged between the fixed transceivers and the operating mode collar transceiver to determine if the animal is within the defined limits.
  • US 2013/0324150 discloses a device and a position estimation method.
  • the position estimation apparatus includes a positioning unit of a coordinate system based on location information.
  • a selection unit selects a target node, whose location is to be estimated, based on the connection information between nodes received from a plurality of nodes constituting a network.
  • An estimating unit estimates the location information of the target node based on a connection relationship between the target node and reference nodes, the location information of which is known. In particular, when there are two reference nodes, the location information of the target node is based on the comparison between the sum of the distances between the target node and each reference node and the distance between the two reference nodes.
  • the present invention aims to specifically protect miners, drillers, machine operators, workers present and casual visitors in open quarries, mines, sites with mining activities or not, the demolition sites with or without explosives and demining areas.
  • the invention aims to provide a solution that no longer requires manual encoding of the location of the reference terminals and which allows the simple and effective tracing of a boundary.
  • the invention aims to obtain a solution based on the collaboration of people.
  • a first aspect of the present invention relates to a system for the personal or collective protection of persons in a potentially hazardous area, comprising:
  • a plurality of reference or anchor terminals including a central terminal, distributed in said area, said anchors communicating bidirectionally with each other, and being capable of measuring the distance separating them from each other with a precision at least equal to predetermined value;
  • an automated unit for establishing a two-dimensional reference mark or XY configured to, from the distances measured between the anchors, first assign a position in the XY mark, at least in part arbitrarily, to three anchors and then locate the other anchors in this XY frame by a trilateration method;
  • system of the invention comprises at least one or, where appropriate, an appropriate combination, of the following additional characteristics:
  • the automated reference reference establishment unit XY is configured to: position the first anchor, preferably the central terminal, at the origin of the axes (0, 0); position the second anchor in (d, 0), where d is the distance measured between the two anchors mentioned above; arbitrarily determine the position of the third anchor from the positions of the first anchor and the second anchor and the respective distances between the third anchor and the first anchor and between the third anchor and the second anchor; determining the position of the following anchors by means of the automated tag positioning unit in the aforementioned XY coordinate system;
  • the central terminal is placed in a bag provided with a controller and input / output means comprising pushbuttons and a screen, preferably a touch screen;
  • the reference and central terminals are equipped with UWB radio transmitters and / or ultrasonic transducers;
  • a second aspect of the invention relates to a method for implementing the above-mentioned system for the individual or collective protection of persons in a potentially dangerous zone, characterized by at least the following steps:
  • the plurality of reference terminals are installed arbitrarily, but relatively uniformly, in the potentially dangerous zone;
  • the central terminal interrogates the plurality of reference terminals and determines the distances separating them from each other as well as the distance separating them from the central terminal;
  • the central terminal establishes a two-dimensional reference reference mark or XY which will be used for locating people;
  • a closed boundary of the potentially dangerous zone is determined and filtered (or smoothed), said closed boundary being defined as being a polygon, that is to say a set of points or vertices connected by straight segments or sides; a boundary of an area within the red zone is defined, defining a so-called orange zone, the zone lying inside the boundary delimiting the orange zone being defined as the safety zone for the people or green zone, the previous steps being configuration steps; - In operation, it provides a tag every person brought to be in the potentially dangerous area;
  • the central terminal periodically interrogates all the tags, determines their position in the XY coordinate system and assigns each of these positions a location either in the green zone, in the orange zone or in the red zone;
  • the central terminal activates the warning means associated with said tag and optionally activates one of the warning means associated with the other tags.
  • the method of the invention comprises at least one or, where appropriate, an appropriate combination, of the following additional characteristics:
  • the red zone boundary is determined: either by using a location of the reference terminals in the reference frame
  • the border of the orange zone is determined from the red zone boundary by creating an inner polygon by homothety, the distance corresponding to the withdrawal being between 50 cm and 1 m;
  • the reference XY is established in the following way by the central terminal: a first anchor, preferably the central terminal, is arbitrarily assigned to the coordinate (0, 0); a second anchor at a measured distance d is assigned to the coordinate (d, 0); a third anchor is located from the two aforementioned anchors using the intersection of two circles from the respective distances of the third anchor from the two anchors mentioned above, one of the two possible intersections being chosen as the position of the third anchor, the selected position being determined arbitrarily, for example the position of positive Y coordinate; the following anchors are located from the first three anchors using a trilateration algorithm, the trilateration algorithm preferably being the algorithm described below for locating the tags; in the step of determining the position of the tags in the XY coordinate system, to assign to each of these positions a location either in the green zone, in the orange
  • a third aspect of the present invention relates to a device for the personal or collective protection of persons in a potentially dangerous three-dimensional (3D) zone, comprising:
  • a plurality of reference or anchor terminals including a central terminal, distributed in said area, said anchors communicating bidirectionally with each other, and being capable of measuring the distance separating them from each other with a precision at least equal to predetermined value;
  • an automated three-dimensional reference mark or XYZ set-up unit configured, based on measured distances between anchors, to first assign a position in the XYZ mark, at least in part arbitrarily, to four anchors and then locate the other anchors in this XY frame by a trilateration method;
  • At least one mobile transceiver called a tag or beacon, carried by a person and able to communicate bidirectionally at least with the central terminal and with other tags, said tag being provided with hazard warning means operable by the central terminal;
  • T1, T2 for the tag by intersection of three spheres, the chosen position being determined by a vote based on the use of the other anchors I (I different from i, j, k), a score being assigned to each possible position T1 , T2, by calculating the difference between the tag-anchor distance I, or dl, and each of the distances between the anchor I and the possible positions T1, T2, the smallest difference causing the incrementation of the score for the possible position T1, corresponding T2, the highest score in the end giving the position retained among the two possible positions T1, T2;
  • Figure 1 schematically shows a general and synthetic view of the personal protection system according to the present invention.
  • Figure 2 shows schematically how the positioning algorithm according to the invention discriminates between two possible positions of the tag vis-à-vis two anchors, from the position of a third anchor.
  • Figure 3 shows schematically the effect that can have the error on the distance between a tag and an anchor on the position determination of the tag.
  • FIG. 4 schematically represents the creation of an XY mark according to the invention.
  • Figure 5 schematically shows the respective red, orange and green zones defined around a moving vehicle.
  • FIG. 6 represents an example of result obtained by means of the boundary filtering algorithm according to the invention.
  • Figure 7 schematically represents the principle of the algorithm for the border filtering.
  • FIG. 8 illustrates how, according to the invention, the relative position of the tag with respect to the boundary is determined using Jordan's theorem.
  • the system according to the present invention can warn the minor or any other person located near a danger zone.
  • This warning is via a transceiver, or "tag” or tag, worn by the person directly on the body or on personal protective equipment (PPE).
  • PPE personal protective equipment
  • the transceiver or the tag signals the danger by luminous, acoustic and vibratory signals combined or not according to the dangerousness.
  • the operation requires that each transceiver be able to locate with respect to the danger zone.
  • several reference points, also called “anchors” are placed in the field.
  • a configuration step preferably consists of moving a special transceiver called a tracer along the boundary between the danger zone and the safety zone. This step allows the system to record a set of positions that ultimately define the warning limit.
  • the recording is done within a central terminal placed preferably in a suitcase.
  • the location of the transceivers with respect to the terminals is performed by a trilateration system.
  • a feature of the invention is that the definition of the area is during the tracing while the terminals were initially arbitrarily laid and that the position of the reference terminals is unknown during the installation of the device and will remain so throughout the operation of the device. The resolution of this apparent contradiction is an element of the invention.
  • a second feature is the protection of the system against measurement errors by the redundancy of measurements and the redundancy of communication channels between the terminals, the (or) receiver (s) and the bag.
  • Figure 1 schematically shows the various components of the system of the invention: a person 1 carrier of a tag 6 (located here in green zone), the reference terminals 3, the central terminal (and the bag) ) 4, the tracer 5 and the three safety zones 7, 8, 9.
  • the problem to be solved is to warn one or more people that they are possibly in danger because of their position. This position must be obtained quickly, accurately (+/- 10 cm for example) indoors and outdoors. This last point excludes any solution based on a system of geolocation (GPS).
  • GPS geolocation
  • the danger is defined according to the position occupied by the person (s). More precisely, it is desired to map, according to the invention, a given space into three zones:
  • the proposed solution is thus based on a set of reference terminals which are distributed more or less uniformly in the area in which one wants to achieve the positioning of people.
  • These reference terminals communicate with each other and also communicate to a central terminal. It is this central pillar that orchestrates the entire system. In a preferred implementation, it is considered to place this central terminal in a suitcase and provide a screen, touch or not, and pushbuttons.
  • the reference terminals are also capable of measuring the distance separating them by means known to those skilled in the art.
  • One solution, for example, is to use UWB radio transmitters or ultrasonic transducers with a TOF (time of flight) method.
  • UWB technology can evaluate a degree of reliability over the distance returned as well as the presence of potential obstacles. This information is advantageously used to reject any calculation distances considered unreliable.
  • the position of the anchors (xO, yO), (x1, y1), and so on. is known, as well as the respective distances of the tag with respect to these anchors: dO, d1, etc.
  • the aim here is to determine the most probable position of the tag (xt, yt).
  • the idea implemented according to the invention is to consider the anchors 2 to 2 and determine xt and yt from a pair of anchors i and j. Knowing the positions of the anchors i, j and the distances between these and the tag, respectively di and dj, it is possible to determine 2 potential positions for the tag, corresponding to the intersection of two circles.
  • the algorithm for calculating these two positions is known to those skilled in the art (see, for example, http: //www.ambrsoft.GomfTricioCalcfGirGles2fGirGle2.htm).
  • intersection conditions of the two aforementioned circles will be further imposed by adding a tolerance which represents a possible measurement error over distances. If these conditions are satisfied, continue the calculation, otherwise we consider that there is a measurement error and that the position of the tag can not be found using this pair of anchors i, j.
  • the algorithm uses the other anchors k (k different from i, j) and determines for each anchor k the distance with respect to two estimated positions and compares it to dk.
  • This step is illustrated in FIG. 2 involving 3 anchors A1, A2 and A3, the two possible positions for the tag with respect to A1 and A2 being denoted T1 and T2 respectively (reference numerals 61 and 62).
  • a voting system is applied. We compare each of the distances between the estimated positions 61, 62 and the anchor k with dk. If the smallest difference is that of position 61, the score of position 61 is incremented by 1 point.
  • This indeterminacy may be caused by a measurement error or by the fact that the two tag positions are close. In the latter case, the positions are averaged.
  • the idea is to exploit the radio information to attach reliability to each distance measurement.
  • Reliability is expressed as an estimate of error expressed itself in meters.
  • the estimated error is at least:
  • Adi Adi -Accuracy + todi WHERE
  • di Power is related to the power received from the FP_Power "first path". The higher the power, the more likely it is to be near and in direct field and the lower the measurement.
  • a logarithmic loss precision with the distance ie for example a loss of 1 cm of precision with the doubling of distance (-6 dB):
  • the positioning algorithm is implemented four times by disturbing the measurements on di and dj in the following way: di ⁇ di ⁇ Adi,
  • NPT can be set to 10 for example.
  • yt ⁇ ij Pyt (ij) yt (ij).
  • the user asks the system to check the placement of the terminals.
  • the central terminal interrogates the set of reference terminals and asks them for the distance that separates them from each other (see above).
  • Any location requires a reference mark. According to the prior art, it is still required that this marker be defined by assigning known positions to the reference terminals. The proposed invention, however, does not require this heavy constraint for a system that needs to be installed quickly.
  • the central terminal determines an XY mark that will be used for further localization. This determination works in several stages (see also Figure 4):
  • a terminal 10 preferably the central terminal (located in the case) is arbitrarily assigned to the coordinate (0, 0).
  • a second terminal 20 which is at a distance d is assigned to the coordinate (d, 0).
  • a refinement step is possible once all the coordinates of the determined terminals. This step aims to make the localization algorithm insensitive to the initial choice of terminals in steps 1), 2) and 3).
  • the method which consists, in 2D, of considering a pair of anchors, to determine two possible positions by intersection of two circles and to use the other anchors by a distance voting mechanism to select a position among these 2 possible positions are easily generalized in 3D in a method which consists in considering a triplet of anchors, to determine two possible positions by intersection of three spheres and to use the other anchors by a mechanism of vote on the distances to select a position among these 2 possible positions.
  • the mechanism of disruption of the two distances relative to pairs of anchors in 2D allows to obtain four disturbed positions
  • the mechanism can be implemented on three distances from the triplet of anchors and allows to obtain nine disturbed positions.
  • the path that defines the safety zone is in fact a projection on the X, Y plane, said zones being then cylinders (generalized).
  • a safety zone would be defined on the ground floor by tracing the border and automatically reported to all floors.
  • the anchors When creating the orthonormal landmark, the anchors are placed approximately, as indicated above, and the only information known are the distances between the anchors (dij) and the associated errors (Adij) - see the method described above where Di and Adi are respectively replaced by dij and Adij. Distances dij can be measured a large number of times (NMA) and are therefore accurate. For example, we can limit our to averaging the errors on the four central values of dij.
  • the algorithm therefore has a series of anchors na whose positions it does not know but only the relative distances dij.
  • the algorithm for determining the position of the anchors is as follows:
  • each new anchor is positioned more and more precisely.
  • all anchors are located on an orthonormal grid.
  • the third anchor is chosen arbitrarily (see above), a mirror effect in x and y is possible but this has no influence on the boundary.
  • the reference terminals are located on a touch screen in an XY coordinate system. It is then possible to draw on the touch screen a limit determining the red zone.
  • the boundary is then defined as a set of closely spaced points joined by straight line segments.
  • a device called tracer capable of communicating with the central terminal and the reference terminals is moved along the border by a person, walking for example.
  • the central terminal interrogates periodically (typically 10x per second) the tracer and asks him for the distances that separate him from the reference terminals. From this information, the central terminal determines the successive positions of the tracer and thus creates a boundary by joining these positions approximated by line segments.
  • the tracer could be embodied in the form of a wheel provided with a handle. The wheel could be advantageously used to send the aforementioned periodic signal which would correspond to a given displacement thereof.
  • the danger zone is defined by connecting the four reference terminals by segments on the right and applying a homothety to define a larger rectangle that delimits the danger zone (red), as shown in Figure 5.
  • the boundary is defined by a set of points connected by straight line segments.
  • this represents 10,000 points and segments (if acquisition of 10 points per second). It is therefore advantageous to modify this boundary and replace it with a reduced number of points and segments by "filtering". This step is executed once and reduces the computational power required to determine the position of the tags relative to the border.
  • Figure 6 shows an example of filtering of border (raw data obtained from the tracer 50 and border after filtering 51).
  • the boundary consists of a list of coordinate points (xO, yO), (x1, y1), ... more or less ordered.
  • This list represents a dense set of points which must be "lightened” to facilitate the determination of the position of the tag with respect to the border.
  • the idea implemented by the invention is to browse these points and to condense them into a list of points spaced on average by a distance d.
  • the algorithm is as follows (see FIG. 7):
  • Figure 8 shows several examples where the number of intersections with the border is either even or odd.
  • this method is very effective in the case of "noisy" borders that have micro-loops (see lower horizontal line and T3 tag). Determining a border of the orange zone
  • the orange zone is defined by a distance parameter relative to the red zone. For example, we can decide that a tag enters the orange zone if it is less than 80 cm from the red zone. Given a boundary defined by a set of segments, it is easy for those skilled in the art to find the geometric algorithms necessary to determine whether or not a tag is within 80 cm of the boundary. Security in operation
  • This tag is a mobile transceiver, capable of communicating with the central terminal and capable of measuring the distances that separate it from the reference terminals.
  • the central terminal is able to periodically interrogate all the tags for which it provides protection, determine their position in the XY mark and evaluate this position with respect to the boundaries of the previously defined zones.
  • the tags are advantageously provided with visual, auditory and / or vibratory signaling means.
  • a tag enters an orange or red zone, it is notified by the central terminal.
  • a tag enters a red zone, it can for example begin to vibrate, emit a shrill sound and indicate a red light signaling. Tags worn by other people will only emit a sound for example. Thus, the bearers of such a tag know that someone else in the group of people is in danger.
  • the originality of the present invention resides first in the solution provided to not have to manually encode the location of the reference terminals.
  • a second originality is the way the border is defined using a plotter and then filtered.
  • the idea of making the system based on the collaboration of people is also innovative.
  • UWB ultra-wideband signal
  • Broadband signal over 100 MHz standardized by IEEE 802.15.4a - 2007.
  • - RTLS real-time location System.
  • anchor anchor point, reference terminal: a fixed or mobile object used as a reference to locate another object.

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
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Abstract

Système de protection individuelle ou collective de personnes (1) se trouvant dans une zone potentiellement dangereuse, comprenant : - une pluralité de bornes de référence (3) et une borne centrale (4), réparties dans ladite zone, lesdites bornes de référence (3) communiquant de manière bidirectionnelle entre elles et avec la borne centrale (4), et capables de mesurer la distance qui les sépare les unes des autres avec une précision au moins égale à une valeur prédéterminée, la borne centrale (4) étant capable de déterminer un repère bidimensionnel ou XY, c'est-à-dire d'assigner une position à trois bornes de référence (10, 20, 30) et d'ensuite localiser les autres bornes de référence (40,...) dans ce repère XY par une méthode de trilatération; - au moins un émetteur-récepteur mobile, appelé tag ou balise (6), porté par une personne (1) et capable de communiquer bidirectionnellement au moins avec la borne centrale (4) et avec d'autres tags (6), ainsi que de mesurer par trilatération la distance le séparant de chacune des bornes de référence (3), ledit tag (6) étant muni de moyens d'avertissement de danger actionnables par la borne centrale (4); - des moyens de traçage (5) d'une frontière (2) de la zone potentiellement dangereuse à partir de la position des bornes de référence (3) une fois localisées dans le repère XY précité, ladite frontière (2) étant destinée à la définition d'au moins une zone dans laquelle la présence d'une personne (1 ) provoque l'actionnement par la borne centrale (4) des moyens d'avertissement de danger associés au tag (6).

Description

SYSTEME DE PROTECTION DE PERSONNES SUR CHANTIER PAR
LOCALISATION PRECISE
Objet de l'invention
[0001] La présente invention se rapporte à un système de protection collective ou individuelle de la personne humaine dans des lieux où des dispositions visant à la sécurité des personnes, en particulier à la prévention des chutes des travailleurs, sont requises. L'utilisation du système peut ainsi s'étendre à la protection de tout être humain confronté à des zones dangereuses comme par exemple la protection de piétons contre les collisions avec des engins de génie civil, de chantier ou par rapport à tout autre véhicule confronté par exemple à un danger de chute, de retournement dans des zones dangereuses ou aux abords de celles-ci. Etat de la technique
[0002] L'état de l'art est décrit ci-après dans une série de documents, sans que cet état de l'art soit considéré comme exhaustif.
[0003] GB200816469 décrit une protection de processus industriel par autorisation sélective d'accès en fonction de la position et de l'identité du porteur d'un communicateur portable (tag électronique). La position de l'utilisateur peut être déterminée par RTLS.
[0004] CA2709171 décrit une protection de travailleur sur les voies ferrées basée sur la détection du travailleur portant un « tag », un système central déterminant la position du travailleur par rapport au train qui approche et l'avertissant dès qu'il ne lui reste que peu de temps pour se mettre à l'abri. Les bornes qui jonchent le parcours du train sont par exemple connectées entre elles à l'aide de fils.
[0005] US200810099 décrit un système de protection de personnes par détermination de leur position vis-à-vis de processus industriels. Ces processus ne peuvent en aucun cas démarrer si une zone n'a pas préalablement été évacuée par exemple. Le problème posé est très similaire à celui de GB200816469.
[0006] CN102768352 et CN202770989U décrivent un système de protection minière (souterraine) basé sur une localisation conjointe en UWB et ultrason, nécessitée par un nombre d'échos important.
[0007] EP2226646 décrit un système de localisation « relatif » ou
« mobile ». Le système comporte des modules émetteurs/récepteurs sans fil connectés à un réseau sans fil . Parmi ceux-ci figure un « anchor » central de position connue dans l'espace considéré et faisant office de station de base, les autres modules ayant une position à déterminer par rapport à cette station de base. Néanmoins, aucun moyen n'est avancé pour définir une frontière délimitant une zone dangereuse.
[0008] DE202008005467 décrit un système de localisation de personnes dans un tunnel à partir d'anchors sous forme d'émetteurs/récepteurs sans fil dont la position est connue.
[0009] CN101571406 décrit un système de localisation d'animaux de compagnie.
[0010] IT2004BA0059 décrit un système de localisation de personnes ou d'animaux qui transmet la position de proche en proche au travers d'un réseau d'émetteurs/récepteurs fixes et qui ont connaissance de leur position absolue.
[0011] US2003122666 décrit un système de mesure de position par triangulation en jouant sur la phase des signaux reçus. L'invention décrit une méthode de positionnement nécessitant des anchors dont les positions et les orientations sont connues. [0012] WO200398528 décrit une méthode de mesure de distance entre deux objets munis de tags RF.
[0013] US20030052776 décrit une méthode de mesure de distance entre deux objets basée sur l'UWB. [0014] BR9000368U décrit un système de localisation par bracelet avec lecture à distance et automatique.
[0015] EP2282106 décrit un système de localisation de travailleurs dans une zone par scanning laser.
[0016] KR101258905 décrit un système de protection de travailleurs présentant uniquement deux tags RTLS (position d'une grue et position d'un travailleur) et un point d'accès connecté à un serveur.
[0017] KR201 10017707 décrit un système de localisation dans un tunnel à partir de bornes fixes (similaire à CA2709171 ).
[0018] CA2768054 décrit un système complexe de localisation utilisant la méthode de puissance reçue dans un bâtiment. Le système nécessite une phase de calibration mais vérifie lui-même s'il y a suffisamment d'anchors. Le système a besoin qu'on lui décrive la topologie du bâtiment, les points d'accès, etc.
[0019] US2010017126 décrit un système de localisation, visiblement GPS ou SPS satellite, dans lequel une zone, visiblement circulaire, est définie par rapport à un premier objet localisé. Ensuite une série d'alertes sont données si d'autres objets s'approchent de ce premier objet.
[0020] JP2009020847 décrit un système de prévention des accidents de personnes âgées ou handicapées utilisant des anchors placés à l'intérieur d'une habitation. Chaque balise reçoit une puissance d'un signal émis par un tag, ce qui permet de déterminer si un tag est près d'un anchor et de donner une alerte si nécessaire. La communication se fait par le réseau électrique (comme une ligne d'alimentation de lampes par exemple).
[0021] WO2006085280 décrit un système de suivi d'animaux sur de grandes étendues basé sur GPS et utilisant des relais. [0022] US2004087314 décrit un système de localisation d'un tag par rapport à un seul anchor en utilisant des mesures de distance et d'angle. Beaucoup d'idées générales sont citées dans ce document comme par exemple l'utilisation d'un écran tactile mais peu de détails sont donnés sur la façon de réaliser le système ou de gérer les obstacles. La précision souhaitée n'est pas mentionnée non plus.
[0023] US 2013/0180469 décrit un système de clôture sans fil personnalisé destiné à confiner un ou plusieurs chiens dans une zone de confinement définie par l'utilisateur, sans la nécessité d'avoir une clôture physique ou un câble souterrain. Le système, qui est facile à configurer et à utiliser, comprend au moins trois bornes de référence, dont une borne centrale maître et au moins deux bornes esclaves, au moins un collier et, de préférence, une télécommande. Tous ces éléments communiquent entre eux de manière bidirectionnelle. Un système de référence est configuré par la borne centrale, dans lequel sont affectées les coordonnées de toutes les bornes de référence.
[0024] US 2003/0179140 divulgue une clôture électronique pour animaux de compagnie possédant plusieurs émetteurs-récepteurs fixes et un émetteur-récepteur de collier mobile, attaché à l'animal. L'emplacement des limites et zones interdites est déterminé en mode d'apprentissage et stocké dans la mémoire. Une logique de détermination répond à des signaux échangés entre les émetteurs-récepteurs fixes et l'émetteur-récepteur de collier en mode de fonctionnement pour déterminer si l'animal se trouve dans les limites définies.
[0025] US 2013/0324150 divulgue un dispositif et une méthode d'estimation de position. L'appareil d'estimation de position comprend une unité de mise en place d'un système de coordonnées basé sur des informations de localisation. Une unité de sélection sélectionne un nœud cible, dont l'emplacement est à estimer, sur la base des informations de connexion entre des nœuds reçues d'une pluralité de nœuds constituant un réseau. Une unité d'estimation estime les informations de localisation du nœud cible en fonction d'une relation de connexion entre le nœud cible et des nœuds de référence, dont on connaît les informations de localisation. En particulier, lorsqu'il y a deux nœuds de référence, les informations de localisation du nœud cible sont basées sur la comparaison entre la somme des distances entre le nœud cible et chaque nœud de référence et la distance entre les deux nœuds de référence.
Buts de l'invention
[0026] La présente invention vise à protéger spécifiquement les mineurs, les foreurs, les conducteurs d'engins, les travailleurs présents ainsi que les visiteurs occasionnels dans les carrières à ciel ouvert, les mines, les chantiers avec activités de minage ou non, les chantiers de démolition avec explosifs ou non et les zones de déminage.
[0027] En particulier, l'invention vise à apporter une solution qui ne nécessite plus l'encodage manuel de la localisation des bornes de référence et qui permet le traçage simple et efficace d'une frontière.
[0028] Enfin, l'invention a pour but l'obtention d'une solution basée sur la collaboration des personnes.
Principaux éléments caractéristiques de l'invention [0029] Un premier aspect de la présente invention se rapporte à un système de protection individuelle ou collective de personnes se trouvant dans une zone potentiellement dangereuse, comprenant :
- une pluralité de bornes de référence ou anchors dont une borne centrale, répartis dans ladite zone, lesdits anchors communiquant de manière bidirectionnelle entre eux, et étant capables de mesurer la distance qui les sépare les uns des autres avec une précision au moins égale à une valeur prédéterminée ;
- une unité automatisée d'établissement d'un repère de référence bidimensionnel ou XY, configurée pour, à partir des distances mesurées entre les anchors, assigner d'abord une position dans le repère XY, au moins en partie arbitrairement, à trois anchors et localiser ensuite les autres anchors dans ce repère XY par une méthode de trilatération ;
- au moins un émetteur-récepteur mobile, appelé tag ou balise, porté par une personne et capable de communiquer bidirectionnellement au moins avec la borne centrale et avec d'autres tags, ledit tag étant muni de moyens d'avertissement de danger actionnables par la borne centrale ; - une unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XY, configurée pour positionner chaque tag par rapport à au moins une paire d'anchors (i, j ; i, j = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles T1 , T2 pour le tag, la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors k (k différent de i, j), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2, en calculant la différence entre la distance tag-anchor k, ou dk, et chacune des distances entre l'anchor k et les positions possibles T1 , T2, la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible correspondante T1 , T2, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles T1 , T2 ;
- une unité de traçage d'une frontière de la zone potentiellement dangereuse à partir de la position des anchors une fois localisés dans le repère XY précité, ladite frontière étant destinée à la définition d'au moins une zone dans laquelle la présence d'une personne provoque l'actionnement par la borne centrale des moyens d'avertissement de danger associés au tag.
[0030] Selon des formes d'exécution préférées, le système de l'invention comprend au moins une, ou le cas échéant une combinaison appropriée, des caractéristiques additionnelles suivantes :
- l'unité automatisée d'établissement du repère de référence XY est configurée pour : positionner le premier anchor, de préférence la borne centrale, à l'origine des axes (0, 0) ; positionner le second anchor en (d, 0), où d est la distance mesurée entre les deux anchors précités ; déterminer arbitrairement la position du troisième anchor à partir des positions du premier anchor et du second anchor ainsi que des distances respectives entre le troisième anchor et le premier anchor et entre le troisième anchor et le second anchor ; - déterminer la position des anchors suivants au moyen de l'unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XY précitée ;
- la borne centrale est placée dans une valise munie d'un contrôleur et de moyens d'entrées/sorties comportant des boutons-poussoirs et un écran, de préférence un écran tactile ;
- les bornes de référence et la borne centrale sont équipées de transmetteurs radio UWB et/ou de transducteurs ultrasoniques ;
- les moyens d'avertissement sont des moyens lumineux, acoustiques et/ou vibratoires. [0031] Un deuxième aspect de l'invention se rapporte à un procédé de mise en œuvre du système précité de protection individuelle ou collective de personnes dans une zone potentiellement dangereuse, caractérisé par au moins les étapes suivantes :
- on installe la pluralité de bornes de référence de façon arbitraire, mais relativement uniforme, dans la zone potentiellement dangereuse ;
- la borne centrale interroge la pluralité de bornes de référence et détermine les distances les séparant les unes des autres ainsi que la distance les séparant de la borne centrale ;
- la borne centrale établit un repère de référence bidimensionnel ou XY qui sera utilisé pour la localisation des personnes ;
- on détermine et on filtre (ou on lisse) une frontière fermée de la zone potentiellement dangereuse, dite zone rouge, ladite frontière fermée étant définie comme étant un polygone, c'est-à-dire un ensemble de points ou sommets reliés par des segments de droite ou côtés ; - on détermine une frontière d'une zone se trouvant à l'intérieur de la zone rouge, définissant une zone dite orange, la zone se trouvant à l'intérieur de la frontière délimitant la zone orange étant définie comme la zone de sécurité pour les personnes ou zone verte, les étapes précédentes étant des étapes de configuration ; - en fonctionnement, on munit d'un tag chaque personne amenée à se trouver dans la zone potentiellement dangereuse ;
- la borne centrale interroge périodiquement l'ensemble des tags, détermine leur position dans le repère XY et assigne à chacune de ces positions une localisation soit dans la zone verte, soit dans la zone orange, soit dans la zone rouge ;
- si un des tags se trouve dans la zone orange ou rouge, la borne centrale actionne les moyens d'avertissement associés audit tag et optionnellement actionne un des moyens d'avertissement associés aux autres tags.
[0032] Selon des formes d'exécution préférées, le procédé de l'invention comprend au moins une, ou le cas échéant une combinaison appropriée, des caractéristiques additionnelles suivantes :
- la frontière de la zone rouge est déterminée : soit en utilisant une localisation des bornes de référence dans le repère
XY affichée sur un écran tactile associé à la borne centrale et en traçant ladite frontière sur l'écran tactile sous forme du polygone précité ; soit en utilisant un appareil appelé traceur qui communique avec la borne centrale et les bornes de référence, la borne centrale interrogeant périodiquement le traceur lorsqu'il est déplacé dans la zone et lui demandant les distances respectives le séparant des bornes de référence, ce qui permet à la borne centrale de déterminer les positions successives du traceur dans le repère XY et de créer la frontière en joignant ces positions par des segments de droite pour créer le polygone précité ; soit par localisation géométrique en partant des positions d'une pluralité de bornes de référence dans le repère XY et en appliquant une homothétie pour définir une frontière qui englobe le polygone réalisé par les bornes de référence ;
- la frontière de la zone orange est déterminée à partir de la frontière de la zone rouge en créant un polygone intérieur par homothétie, la distance correspondante au retrait étant comprise entre 50 cm et 1 m ; le repère XY est établi de la manière suivante par la borne centrale : un premier anchor, de préférence la borne centrale, est assigné arbitrairement à la coordonnée (0, 0) ; un deuxième anchor se trouvant à une distance mesurée d est assigné à la coordonnée (d, 0) ; un troisième anchor est localisé à partir des deux anchors précités en utilisant l'intersection de deux cercles à partir des distances respectives du troisième anchor par rapport aux deux anchors précités, une des deux intersections possibles étant choisie comme position du troisième anchor, la position retenue étant déterminée arbitrairement, par exemple la position de coordonnée Y positive ; les anchors suivants sont localisées à partir des trois premiers anchors en utilisant un algorithme de trilatération, l'algorithme de trilatération étant de préférence l'algorithme décrit ci-dessous pour localiser les tags ; dans l'étape de détermination de la position des tags dans le repère XY, pour assigner à chacune de ces positions une localisation soit dans la zone verte, soit dans la zone orange, soit dans la zone rouge, chaque tag est positionné par rapport à au moins une paire d'anchors (i, j ; i, j = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles T1 , T2 pour le tag, la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors k (k différent de i, j), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2, en calculant la différence entre la distance tag-anchor k, ou dk, et chacune des distances de l'anchor k et des positions possibles T1 , T2, la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible correspondante T1 , T2, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles ; l'on détermine si le tag se trouve à l'intérieur, respectivement à l'extérieur, du polygone constituant la frontière fermée en traçant une droite horizontale passant par le tag et en vérifiant le nombre de fois que cette droite coupe la frontière à droite du tag, le tag se trouvant à l'intérieur de la frontière si le nombre d'intersections est impair, le tag se trouvant à l'extérieur de la frontière si le nombre d'intersections est pair ; le filtrage de la frontière fermée de la zone potentiellement dangereuse est réalisé, dont les sommets du polygone sont notés (xO, yO), (x1 , y1 ), etc., selon les étapes suivantes : sélectionner un point (xi, yi), i= 0, 1 , 2... ; sélectionner l'ensemble des points (xj, yj), j = 1 ...Nj, j différent de i, qui sont à l'intérieur d'un cercle de diamètre donné 2d, centré en (xi, yi) ; déterminer un point de la frontière filtrée fi (xfi, yfi) en faisant une moyenne des positions desdits points (xj, yj) ; marquer les Nj point (xj, yj) comme ne pouvant plus servir comme point de départ ; parmi les points restants non marqués, rechercher un nouveau point (xi, yi) comme étant le point le plus proche de (xfi, yfi) ; avec le nouveau point (xi, yi), recommencer à la deuxième étape, et ainsi de suite ; la position et l'erreur de position d'un tag (xt, yt)(ij) par rapport à une pluralité de paires d'anchors i, j (i, j = 1 , 2, ...) sont estimées selon les étapes suivantes : une heuristique fondée sur des statistiques de mesure de distance entre tag et anchors i et j, respectivement notées di et dj, est utilisée de manière à estimer une erreur Adi et une erreur Adj ;
la méthode de positionnement des tags est mise en œuvre quatre fois en utilisant les mesures di et dj perturbées de la façon suivante : di→ di ± Adi ,
dj→ dj ± Adj ; on obtient 4 positions perturbées (xt+Ax(k), yt+Ay(k))(ij) avec k variant de 0 à 3, xt et yt étant les positions obtenues à partir des distances non perturbées di et dj ;
les erreurs de position sur xt(ij) et yt(ij) sont calculées comme suit :
une loi de pondération est appliquée comme suit pour obtenir des fiabilités :
Pxt(ij)
Axt(ij) 2 '
les fiabilités précitées sont normalisées pour que leur somme vaille 1 , c'est-à-dire : pxt(ij) - Pxt(ij)
∑kl Pxt(kl)
PytÇij)
pyt{ij) =
∑kl Pyt(kl) '
l'estimation de la position du tag (xt, yt) est : xt =∑ij pxt(ij)xt(ij) ,
yt =∑ij Pyt(ij)yt(ij) ; l'estimation de l'erreur sur la position du tag (xt, yt) est alors calculée respectivement en x et y par : ext =∑ij pxt(ij)àxt(ij) ,
eyt =∑ij pyt(ij)Ayt(ij) . lors de l'établissement du repère XY, le premier anchor et le deuxième anchor étant localisés aux coordonnées respectives (0, 0) et (d, 0), le troisième anchor est choisi parmi tous les anchors restants de position inconnue, de manière telle que la somme des erreurs ext + eyt soit la plus faible pour cet anchor ; la position des anchors suivants et alors déterminée en sélectionnant à chaque fois l'anchor de manière telle que la somme des erreurs ext + eyt soit la plus faible pour cet anchor. [0033] Un troisième aspect de la présente invention se rapporte à un dispositif de protection individuelle ou collective de personnes se trouvant dans une zone potentiellement dangereuse à trois dimensions (3D), comprenant :
- une pluralité de bornes de référence ou anchors dont une borne centrale, répartis dans ladite zone, lesdits anchors communiquant de manière bidirectionnelle entre eux, et étant capables de mesurer la distance qui les sépare les uns des autres avec une précision au moins égale à une valeur prédéterminée ;
- une unité automatisée d'établissement d'un repère de référence tridimensionnel ou XYZ, configurée pour, à partir des distances mesurées entre les anchors, assigner d'abord une position dans le repère XYZ, au moins en partie arbitrairement, à quatre anchors et localiser ensuite les autres anchors dans ce repère XY par une méthode de trilatération ;
- au moins un émetteur-récepteur mobile, appelé tag ou balise, porté par une personne et capable de communiquer bidirectionnellement au moins avec la borne centrale et avec d'autres tags, ledit tag étant muni de moyens d'avertissement de danger actionnables par la borne centrale ;
- une unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XYZ, configurée pour positionner chaque tag par rapport à au moins un triplet d'anchors (i, j ; k ; i, j, k = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles
T1 , T2 pour le tag par intersection de trois sphères, la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors I (I différent de i, j, k), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2, en calculant la différence entre la distance tag-anchor I, ou dl, et chacune des distances entre l'anchor I et les positions possibles T1 , T2, la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible T1 , T2 correspondante, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles T1 , T2 ;
- une unité de traçage d'une frontière de la zone potentiellement dangereuse à partir de la position des anchors une fois localisés dans le repère XYZ précité, ladite frontière étant destinée à la définition d'au moins une zone dans laquelle la présence d'une personne provoque l'actionnement par la borne centrale des moyens d'avertissement de danger associés au tag.
Brève description des figures
[0034] La figure 1 représente schématiquement une vue générale et synthétique du système de protection de personnes selon la présente invention.
[0035] La figure 2 montre schématiquement comment l'algorithme de positionnement selon l'invention discrimine entre deux positions possibles du tag vis-à-vis de deux anchors, à partir de la position d'un troisième anchor.
[0036] La figure 3 montre schématiquement l'effet que peut avoir l'erreur sur la distance entre un tag et un anchor sur la détermination de position du tag.
[0037] La figure 4 représente schématiquement la création d'un repère XY selon l'invention.
[0038] La figure 5 représente schématiquement les zones respectives rouge, orange et verte définies autour d'un véhicule en mouvement.
[0039] La figure 6 représente un exemple de résultat obtenu au moyen de l'algorithme de filtrage de frontière selon l'invention.
[0040] La figure 7 représente schématiquement le principe de l'algorithme pour le filtrage de frontière.
[0041] La figure 8 illustre comment on détermine, selon l'invention, la position relative du tag par rapport à la frontière, en utilisant le théorème de Jordan.
Description détaillée de l'invention et de formes d'exécution préférées
[0042] Le système selon la présente invention permet d'avertir le mineur ou toute autre personne située à proximité d'une zone dangereuse. Cet avertissement se fait par l'intermédiaire d'un émetteur-récepteur, ou « tag » ou balise, porté(e) par la personne directement sur le corps ou sur un équipement de protection individuelle (EPI). L'émetteur-récepteur ou le tag signale le danger par des signaux lumineux, acoustiques et vibratoires combinés ou non en fonction de la dangerosité. [0043] Le fonctionnement requiert que chaque émetteur-récepteur puisse se localiser par rapport à la zone de danger. Pour ce faire, plusieurs bornes de référence, encore appelés « anchors », sont disposées sur le terrain. Après la pose des bornes, une étape de configuration consiste de préférence à déplacer un émetteur-récepteur spécial appelé traceur le long de la frontière entre la zone dangereuse et la zone de sécurité. Cette étape permet au système d'enregistrer un ensemble de positions qui définissent finalement la limite d'avertissement. L'enregistrement se fait au sein d'une borne centrale placée de préférence dans une valise. [0044] La localisation des émetteurs-récepteurs par rapport aux bornes est effectuée par un système de trilatération
[0045] Une particularité de l'invention est que la définition de la zone se fait lors du traçage alors que les bornes ont été initialement posées de façon arbitraire et que la position des bornes de référence est inconnue lors de l'installation du dispositif et le restera tout au long du fonctionnement du dispositif. La résolution de cette contradiction apparente est un élément de l'invention.
[0046] Une seconde particularité est la protection du système contre les erreurs de mesure par la redondance de mesures et par la redondance de canaux de communication entre les bornes, le (ou les) récepteur(s) et la valise. [0047] La figure 1 reprend schématiquement les différents éléments constitutifs du système de l'invention : une personne 1 porteuse d'un tag 6 (se trouvant ici en zone verte), les bornes de référence 3, la borne centrale (et la valise) 4, le traceur 5 et les trois zones de sécurité 7, 8, 9.
Problème générique à résoudre [0048] Le problème à résoudre est d'avertir une ou plusieurs personnes qu'elles sont éventuellement en danger en raison de leur position. Cette position doit pouvoir être obtenue rapidement, avec précision (+/- 10 cm par exemple) en intérieur comme en extérieur. Ce dernier point exclut toute solution basée sur un système de géolocalisation (GPS). [0049] Le danger est défini selon la position occupée par la (ou les) personne(s). Plus précisément, on veut cartographier, selon l'invention, un espace donné en trois zones :
- zone verte : zone dans laquelle il n'y a pas de danger ;
- zone orange : zone dans laquelle il n'y a pas de danger mais qui est proche d'une zone de danger ;
- zone rouge : zone dans laquelle il y a danger effectif.
[0050] Le problème à résoudre se réduit alors selon deux axes :
- fournir une solution pour définir ces trois zones et
- fournir une solution pour déterminer dans quelle zone une personne se trouve avec une précision de localisation souhaitée de +/-10 cm par exemple.
Particularités du problème
[0051] Les particularités ou exigences du problème à résoudre sont les suivantes :
- rapidité de mise en œuvre,
- nécessité d'avoir des zones mobiles (autour d'un camion par exemple),
- détermination de l'heure et de la position du système,
- présence d'obstacles,
- protection collaborative,
- principe du feu de signalisation avec un code universel à trois zones (vert, rouge, orange) et
- détermination rapide d'une frontière.
Solution générale proposée [0052] La solution proposée est ainsi basée sur un ensemble de bornes de référence qui sont réparties plus ou moins uniformément dans la zone dans laquelle on veut réaliser le positionnement des personnes.
[0053] Ces bornes de référence communiquent entre elles et communiquent également vers une borne centrale. C'est cette borne centrale qui orchestre l'ensemble du système. Dans une implémentation préférée, il est envisagé de placer cette borne centrale dans une valise et de la munir d'un écran, tactile ou non, et de boutons-poussoirs.
[0054] Les bornes de référence sont également capables de mesurer la distance qui les sépare par des moyens connus de l'homme de métier. Une solution par exemple est d'utiliser des transmetteurs radio UWB ou des transducteurs ultrasoniques avec une méthode TOF (time of flight).
[0055] On notera que la technologie UWB, comme d'autres technologies, peut évaluer un degré de fiabilité sur la distance renvoyée ainsi que la présence d'obstacles potentiels. Ces informations sont avantageusement utilisées pour rejeter de tout calcul les distances considérées comme non fiables.
Estimation de la position des tags pour une paire d'anchors /', /
[0056] Supposons que la position des anchors (xO, yO), (x1 , y1 ), etc. est connue, de même que les distances respectives du tag par rapport ces anchors : dO, d1 , etc. On vise ici à déterminer la position la plus probable du tag (xt, yt).
[0057] L'idée mise en œuvre selon l'invention est de considérer les anchors 2 à 2 et de déterminer xt et yt à partir d'une paire d'anchors i et j. Connaissant les positions des anchors i, j et les distances entre ceux-ci et le tag, respectivement di et dj, il est possible de déterminer 2 positions potentielles pour le tag, correspondant à l'intersection de deux cercles. L'algorithme de calcul de ces deux positions est connu de l'homme de métier (voir par exemple http://www. ambrsoft. GomfTricioCalcfGirGles2fGirGle2.htm) .
[0058] Selon l'invention, des conditions d'intersection des deux cercles précités seront en outre imposées en ajoutant une tolérance qui représente une erreur de mesure possible sur les distances. Si ces conditions sont vérifiées, on continue le calcul, sinon on considère qu'il existe une erreur de mesure et que la position du tag ne peut être trouvée à l'aide de cette paire d'anchors i, j.
[0059] A cette étape, il existe ainsi une incertitude puisque 2 positions possibles sont données. Pour trancher, l'algorithme utilise les autres anchors k (k différent de i, j) et détermine pour chaque anchor k la distance par rapport aux deux positions estimées et la compare à dk. Cette étape est illustrée sur la figure 2 faisant intervenir 3 anchors A1 , A2 et A3, les deux positions possibles pour le tag par rapport à A1 et A2 étant dénotées T1 et T2 respectivement (repères 61 et 62). [0060] On applique ensuite un système de vote. On compare chacune des distances entre les positions estimées 61 , 62 et l'anchor k avec dk. Si la plus petite différence est celle relative à la position 61 , on incrémente le score de la position 61 de 1 point. Alternativement, si la plus petite différence est celle relative à la position 62, on incrémente le score de la position 62 de 1 point. Une fois que l'on fait ce calcul pour tous les anchors k, le score le plus élevé au final donne la position correcte et on obtient (xt, yt)(ij).
[0061] Si les deux scores sont identiques, l'indétermination subsiste.
Cette indétermination peut être causée par une erreur de mesure ou par le fait que les deux positions de tag sont proches. Dans ce dernier cas, on fait la moyenne des positions.
Estimation de la précision de la position du tap pour une paire d'anchors /', /
[0062] Toujours selon l'invention, l'idée est d'exploiter les informations radio pour attacher une fiabilité à chaque mesure de distance. La fiabilité est exprimée sous forme d'une estimation d'erreur exprimée elle-même en mètres.
[0063] Une heuristique basée sur les mesures de statistiques radio est employée et fondée sur base des résultats expérimentaux. Pour une mesure de distance donnée di l'erreur estimée est au moins :
Adi = Adi -Accuracy + àdi OÙ
Adi -Accuracy est la précision la meilleure à laquelle on peut s'attendre. C'est un paramètre fixé par exemple à : di -Accuracy = 0,10 m ;
diPower est lié à la puissance reçue du « first path » FP_Power. Plus la puissance est élevée, plus on a de chances d'être proche et en champ direct et plus la mesure est faible. On considère une perte logarithmique de précision avec la distance, à savoir par exemple une perte de 1 cm de précision avec le doublement de distance (-6 dB) :
. . . _ _„ -80dBm-FP_POWER
&diPower = 0,01m * ,
àdiPower G [0m, 0,05m] .
[0064] Après la définition de l'heuristique comme ci-dessus, on va effectuer un calcul de pondération. L'objectif de cette étape est de déterminer si les positions en x et en y sont précises ou pas. Pour ce faire, l'idée est de « perturber » les mesures avec les valeurs d'erreur calculées ci-dessus et de constater l'impact de ces perturbations sur la position trouvée par l'algorithme.
[0065] Un exemple est illustré sur la figure 3 où l'erreur sur la position de tag (en x et y) est uniquement fonction de l'erreur Δ 2 (notée erreur d2 sur la figure) sur la distance entre le tag et l'anchor A2.
[0066] L'algorithme de positionnement est donc mis en œuvre quatre fois en perturbant les mesures sur di et dj de la façon suivante : di→ di ± Adi ,
dj→ dj ± Adj.
[0067] Après application de l'algorithme, on obtient 4 positions perturbées (xt+Ax(k), yt+Ay(k))(ij) avec k variant de 0 à 3 (4 perturbations possibles), xt et yt étant les positions obtenues à partir des distances di et dj non perturbées. La fiabilité des mesures en x et y est alors calculée sur base de l'écart que la perturbation crée sur la mesure. Les erreurs de position sur xt(ij) et yt(ij) peuvent être calculées de la façon suivante :
[0068] La loi de pondération suivante est alors appliquée
PxtW = .
Pyt{ij) =— X— . [0069] Lorsque beaucoup d'anchors sont présents et que le nombre de combinaisons d'anchors donnant peu de précision est tel que ces mesures possèdent quand même un poids non négligeable dans l'estimation de la précision, cela conduit à une erreur de mesure inutile. On va donc limiter le nombre de mesures utilisées en annulant certains poids, selon la procédure suivante :
1 . Copier les Pxt(ij) dans un tableau.
2. Classer les Pxt(ij) dans ce tableau par ordre décroissant.
3. Stocker la valeur du NPTème élément dans une variable locale Threshold.
Si NPT est supérieur au dernier indice du tableau, prendre la dernière valeur du tableau.
4. VPxtÇij) < Threshold => PxtÇij) = 0.
[0070] On fait de même pour Pyt(ij). Ainsi on ne gardera que les NPT pondérations les plus fortes et même s'il y a un grand nombre d'anchors, le poids des anchors qui créent des erreurs importantes de position sera nul. Pour démarrer, NPT peut être fixé à 10 par exemple.
[0071] Les fiabilités obtenues ci-dessus peuvent alors être normalisées pour que leur somme vaille 1 , c'est-à-dire :
Pxt(ij)
pxt(ij) =
∑kl Pxt(kl)
PytÇij)
pyt(ij)
∑ki Pyt(kl)
[0072] Si les algorithmes précédents sont appliqués pour toutes les paires d'anchors (ij) 2 à 2, on obtient un ensemble :
(xt, yt) (ij) et (pxt, pyt) (ij) pour toutes les combinaisons de ij.
[0073] Par exemple, si une demande de localisation est exécutée pour 5 anchors, on obtient Cf =10 positions et les fiabilités associées.
[0074] On a donc l'estimation de la position du tag (xt, yt) : xt =∑ij pxt(ij)xt(ij) ,
yt =∑ij Pyt(ij)yt(ij) . [0075] L'estimation de l'erreur sur la position du tag (xt, yt) est alors calculée respectivement en x et y par : ext = pxt(ij)Axt(ij),
ϋ
eyt =∑ij Pyt ij)Ayt ij) . Création d'un repère orthonormé « XY »
[0076] Une fois les bornes de référence installées, l'utilisateur demande au système de vérifier le placement des bornes. Pour ce faire, la borne centrale interroge l'ensemble de bornes de référence et leur demande la distance qui les sépare chacune les unes des autres (voir ci-dessus). [0077] Toute localisation nécessite un repère de référence. Selon l'art antérieur il est toujours requis que ce repère soit défini en assignant des postions connues aux bornes de référence. L'invention proposée ne requiert cependant pas cette lourde contrainte pour un système qui doit être installé rapidement.
[0078] A partir des informations de distance collectées au sujet des bornes de référence, la borne centrale détermine un repère XY qui sera utilisé pour la suite de la localisation. Cette détermination fonctionne en plusieurs étapes (voir aussi figure 4) :
1 ) Une borne 10, de préférence la borne centrale (se trouvant dans la valise) est assignée arbitrairement à la coordonnée (0, 0). 2) Une seconde borne 20 qui est à une distance d est assignée à la coordonnée (d, 0).
3) Une troisième borne 30 est localisée à partir des deux autres en utilisant l'intersection de deux cercles à partir des informations de distance ( = rayon des cercles). Cela crée une ambiguïté car il existe deux intersections possibles. Une des deux positions est alors choisie arbitrairement. Par exemple, la position de la troisième borne dont la coordonnée y est positive est choisie. 4) A ce stade, étant donné que trois bornes de référence sont localisées, l'ensemble des autres bornes (par ex. borne 40 sur la figure) peuvent être localisées par l'algorithme de localisation des tags décrit ci-dessus.
5) Une étape de raffinement est possible une fois toutes les coordonnées des bornes déterminées. Cette étape a pour but de rendre insensible l'algorithme de localisation au choix initial des bornes aux étapes 1 ), 2) et 3).
[0079] On notera finalement que le choix des bornes aux étapes 1 ),
2) et 3) peut être basé sur les fiabilités des mesures de distance. Chaque nouvelle borne dont on cherche à déterminer la position sera choisie comme étant celle qui a l'erreur de position la plus faible.
Généralisation à un positionnement des anchors et des taps dans l'espace 3D
[0080] Toute la discussion ci-dessus est basée sur l'hypothèse que l'on localise les anchors et les tags dans un repère de référence bidimensionnel ou XY. La présente invention ne se limite toutefois pas à une localisation dans un plan et tous les concepts présentés ici peuvent être généralisés à une localisation dans un espace à trois dimensions (3D).
[0081] Ainsi, la méthode qui consiste, en 2D, à considérer une paire d'anchors, à déterminer deux positions possibles par intersection de deux cercles et à utiliser les autres anchors par un mécanisme de vote sur les distances pour sélectionner une position parmi ces 2 positions possibles se généralise aisément en 3D en une méthode qui consiste à considérer un triplet d'anchors, à déterminer deux positions possibles par intersection de trois sphères et à utiliser les autres anchors par un mécanisme de vote sur les distances pour sélectionner une position parmi ces 2 positions possibles.
[0082] De même, alors que le mécanisme de perturbation des deux distances par rapport aux paires d'anchors en 2D permet d'obtenir quatre positions perturbées, en 3D, le mécanisme peut être mis en œuvre sur les trois distances par rapport au triplet d'anchors et permet d'obtenir neuf positions perturbées. [0083] Pour ce qui concerne la détermination de la frontière en 3D, selon une forme d'exécution préférée, le parcours qui définit la zone de sécurité est en fait une projection sur le plan X, Y, lesdites zones étant alors des cylindres (généralisés). Par exemple, dans le cas d'un immeuble protégé en 3D dans lequel la cage d'ascenseur est enlevée, une zone de sécurité serait définie au rez-de-chaussée par traçage de la frontière et serait reportée automatiquement à tous les étages. Ainsi, en 3D, uniquement lors du traçage de la frontière et lors de la détection de l'inclusion à l'aide du théorème de Jordan, il suffit d'appliquer les algorithmes utilisés en 2D en ne tenant pas compte de la coordonnée Z pour avoir le fonctionnement voulu.
Utilisation des erreurs de position des anchors pour affiner la création du repère orthonormé XY
[0084] Lors de la création du repère orthonormé, les anchors sont placés de façon approximative, comme indiqué ci-dessus, et les seules informations connues sont les distances entre les anchors (dij) et les erreurs associées (Adij) - voir la méthode exposée ci-dessus où on remplace les notations di et Adi respectivement par dij et Adij. Les distances dij peuvent être mesurées un grand nombre de fois (NMA) et sont donc précises. On peut par exemple se limiter à faire la moyenne des erreurs sur les quatre valeurs centrales de dij.
[0085] A ce stade, l'algorithme dispose donc d'une série d'anchors na dont il ne connaît pas les positions mais uniquement les distances relatives dij.
[0086] L'algorithme de détermination de la position des anchors est le suivant :
1 ) La borne centrale est placée au point de coordonnées (0, 0). Celui-ci est noté aO.
2) Parmi les anchors disponibles, on sélectionne avantageusement un anchor an qui est à la distance maximale pour laquelle on a une mesure de distance fiable (la fiablilité est définie sur base de l'erreur estimée Adij). Cet anchor est alors en position (dn, 0) puisqu'on connaît sa distance à (0, 0). 3) On a donc une base d'anchors positionnés et utilisés pour démarrer la localisation. Comme indiqué ci-dessus, la position du troisième anchor est choisie arbitrairement (parmi deux positions possibles). Par exemple, on choisit la position dont la coordonnée y est positive. On passe ensuite en revue tous les anchors de position inconnue (à partir du quatrième) et on détermine leur position grâce à l'algorithme décrit ci-dessus en considérant les anchors comme des tags dans l'algorithme de positionnement.
4) Parmi les positions déterminées, on choisit un nouvel anchor qui a la somme des erreurs ext + eyt la plus faible.
5) On recommence l'opération en 3) en utilisant l'ensemble des anchors dont on connaît la position.
[0087] Ainsi, chaque nouvel anchor est positionné de plus en plus précisément. A la fin de cette phase, tous les anchors sont localisés sur une grille orthonormée. Par rapport à la réalité physique, du fait que le troisième anchor est choisi arbitrairement (voir ci-dessus), un effet de miroir en x et y est possible mais celui-ci n'a aucune influence sur la frontière.
Modes de détermination d'une frontière de la zone rouge
[0088] Il est envisagé, selon l'invention, de déterminer la frontière de la zone rouge d'au moins trois façons différentes à partir de la position des bornes de référence localisées dans un repère XY.
Localisation sur écran tactile
[0089] Les bornes de référence sont situées sur un écran tactile dans un repère XY. Il est alors possible de tracer sur l'écran tactile une limite déterminant la zone rouge. La frontière est alors définie comme un ensemble de points faiblement espacés et joints par des segments de droite.
Localisation par un traceur
[0090] Comme déjà mentionné ci-dessus, un appareil appelé traceur capable de communiquer avec la borne centrale et les bornes de référence est déplacé le long de la frontière par une personne, en marchant par exemple. La borne centrale interroge périodiquement (typiquement 10x par seconde) le traceur et lui demande les distances qui le sépare des bornes de référence. A partir de ces informations, la borne centrale détermine les positions successives du traceur et crée ainsi une frontière en joignant ces positions rapprochées par des segments de droite. A titre d'illustration non limitative, le traceur pourrait être matérialisé sous forme d'une roulette munie d'un manche. La roulette pourrait être avantageusement utilisée pour envoyer le signal périodique susmentionné qui correspondrait à un déplacement donné de celle-ci.
Localisation géométrique
[0091] Dans le cas de bornes de référence placées aux quatre « coins » d'un véhicule tel qu'un camion par exemple, la zone de danger est définie en reliant les quatre bornes de référence par des segments de droite et en appliquant une homothétie pour définir un rectangle plus grand qui délimite la zone de danger (rouge), comme représenté sur la figure 5.
[0092] Il est également envisagé de ne considérer la présence du danger que dans la direction de déplacement du véhicule afin de limiter au maximum les alertes qui empêchent les véhicules de se déplacer à cause de la signalisation de faux dangers.
[0093] On notera par ailleurs qu'il est aussi envisagé de localiser les bornes de référence mobiles du camion par rapport aux bornes de référence fixes de la même manière que l'on localise les tags. Grâce à cela, il est possible d'avoir une cartographie complète de la localisation des véhicules et des piétons.
Filtrage de la frontière
[0094] Comme expliqué ci-dessus, la frontière est définie par un ensemble de points reliés par des segments de droite. Dans le cas du traceur, si la personne munie du traceur se déplace à une vitesse de 1 m/s et détermine une frontière de 1 km de long, cela représente 10 000 points et segments (si acquisition de 10 points par seconde). Il est donc avantageusement prévu de modifier cette frontière et de la remplacer par un nombre réduit de points et de segments en la « filtrant ». Cette étape est exécutée une seule fois et permet de réduire la puissance de calcul nécessaire à la détermination de la position des tags par rapport à la frontière. La figure 6 représente un exemple de filtrage de frontière (données brutes obtenues à partir du traceur 50 et frontière après filtrage 51 ).
[0095] Plus précisément, selon l'invention, à la suite du traçage, la frontière est constituée d'une liste de points de coordonnées (xO, yO), (x1 , y1 ), ... plus ou moins ordonnée. Cette liste représente un ensemble dense de points qui doit être « allégé » pour faciliter la détermination de la position du tag par rapport à la frontière. L'idée mise en œuvre par l'invention est de parcourir ces points et de les condenser en une liste de points espacés en moyenne par une distance d. [0096] L'algorithme est le suivant (voir figure 7) :
1 . Sélectionner le premier point capturé (xi, yi), i = 0 pour ce premier point.
2. Déterminer l'ensemble des points qui sont dans un cercle de diamètre 2d centré autour de ce point, soit :
(,xj, yj) tel que j (xi— xj)2 + (yi— yj)2 < d 3. Déterminer le point de la frontière (xfi, yfi), i = 1 , 2, en faisant la moyenne de la position des nj points (xj, yj) :
4. Marquer définitivement l'ensemble des points (xj, yj) comme ne pouvant plus servir de point de départ (xi, yi). Sur la figure 7, les points marqués sont hachurés.
5. Parmi les points non marqués, rechercher un nouveau point (xi, yi) comme étant le point le plus proche de (xfi, yfi), c'est-à-dire tel qu'il minimise la distance par rapport à celui-ci. Avec ce nouveau point, recommencer à l'étape 2). On ne considère donc dans cette recherche qu'un nombre limité de points à partir du dernier point marqué. Ainsi, on force l'algorithme à parcourir la liste initiale de points dans un certain ordre, par exemple l'ordre dans lequel elle a été créée. [0097] L'algorithme se termine lorsqu'il n'y a plus de point (xi, yi) à sélectionner. Le fait de marquer les points et de repartir sur un nouveau point (xi, yi), en excluant les points qui ont déjà servi à l'étape 3, permet d'éviter des boucles locales et force l'algorithme à progresser le long de la frontière dans un sens déterminé.
[0098] Une fois la frontière parcourue, un très grand nombre de points devraient être marqués. Si ce n'est pas le cas, il sera nécessaire de générer un avertissement. Il faut noter que les points très éloignés sont automatiquement rejetés. Le seul paramètre est d qui donne un espacement moyen entre les points après filtrage.
[0099] L'ensemble des points (xfi, yfi) constitue la frontière nommée
F.
Détermination de la position du tap par rapport à la frontière
[0100] Toujours selon l'invention, on va déterminer si le tag est à l'intérieur ou à l'extérieur de la frontière F en traçant une droite horizontale passant par le tag et en vérifiant le nombre de fois que cette droite coupe la frontière par exemple à droite du tag. Si le nombre d'intersections est impair, le tag est au départ à l'intérieur du polygone, sinon, il est à l'extérieur de celui-ci.
[0101] Cette méthode est démontrée par le théorème (de la courbe) de Jordan (lien ; http://en.wikipedia.orQ/wiki/Jordan curve theorem).
[0102] La figure 8 montre plusieurs exemples où le nombre d'intersections avec la frontière est soit pair, soit impair. En particulier, cette méthode est très efficace dans le cas de frontières « bruitées » qui présentent des micro-boucles (voir ligne horizontale inférieure et tag T3). Détermination d'une frontière de la zone orange
[0103] La zone orange est définie par un paramètre de distance par rapport à la zone rouge. Par exemple, on peut décider qu'un tag entre dans la zone orange s'il est à moins de 80 cm de la zone rouge. Etant donné une frontière définie par un ensemble de segments, il est aisé pour l'homme du métier de trouver les algorithmes géométriques nécessaires pour déterminer si un tag est ou non à moins de 80 cm de la frontière. Sécurisation en fonctionnement
[0104] En fonctionnement, toute personne qui arrive dans une zone protégée doit obligatoirement porter un tag. Ce tag est un émetteur-récepteur mobile, capable de communiquer avec la borne centrale et capable de mesurer les distances qui le séparent des bornes de référence.
[0105] Une fois que la frontière correspondant aux zones rouge et orange est définie par rapport aux bornes de référence, la borne centrale est à même d'interroger périodiquement l'ensemble des tags pour lesquels elle assure la protection, de déterminer leur position dans le repère XY et d'évaluer cette position par rapport aux frontières des zones préalablement définies.
[0106] Les tags sont avantageusement munis de moyens de signalisation visuels, auditifs et/ou vibratoires. Quand un tag entre dans une zone orange ou rouge, il en est averti par la borne centrale.
[0107] Il est prévu, selon une modalité particulière de l'invention, d'avertir les autres tags de façon à ce que plusieurs personnes formant une équipe puissent se surveiller et se protéger les unes des autres.
[0108] Ainsi, si un tag entre dans une zone rouge, il peut par exemple se mettre à vibrer, émettre un son strident et indiquer une signalisation lumineuse rouge. Les tags portés par les autres personnes ne feront qu'émettre un son par exemple. Ainsi, les porteurs d'un tel tag savent que quelqu'un d'autre du groupe de personnes est en danger.
[0109] L'originalité de la présente invention réside tout d'abord dans la solution apportée pour ne pas avoir à encoder manuellement la localisation des bornes de référence. Une seconde originalité est la manière dont la frontière est définie à l'aide d'un traceur puis filtrée. L'idée de rendre le système basé sur la collaboration des personnes est également innovante.
Glossaire
- UWB (ultra-wideband signal) : signal à large bande (plus de 100 MHz normalisé par IEEE 802.15.4a - 2007).
- RTLS : real-time location System. - anchor (point d'ancrage, borne de référence) : objet fixe ou mobile servant de référence pour localiser un autre objet.
- tag (balise) : émetteur-récepteur mobile destiné à être localisé par rapport aux anchors. Repères de référence
1 personne à protéger
2 frontière de la zone dangereuse (zone rouge)
3 borne de référence ou anchor
4 borne centrale (avec valise) 5 traceur de frontière
6 tag porté par la personne
7 zone verte
8 zone orange
9 zone rouge 10 borne N°1 dans le repère XY
20 borne N°2 dans le repère XY
30 borne N°3 dans le repère XY
40 borne N°4 dans le repère XY
50 frontière brute 51 frontière filtrée
61 1 ère intersection des deux cercles centrés sur A1 et A2 (T1 )
62 2ème intersection des deux cercles centrés sur A1 et A2 (T2)

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de protection individuelle ou collective de personnes (1 ) se trouvant dans une zone potentiellement dangereuse, comprenant : - une pluralité de bornes de référence ou anchors (3) dont une borne centrale (4), répartis dans ladite zone, lesdits anchors (3, 4) communiquant de manière bidirectionnelle entre eux, et étant capables de mesurer la distance qui les sépare les uns des autres avec une précision au moins égale à une valeur prédéterminée ; - une unité automatisée d'établissement d'un repère de référence bidimensionnel ou XY, configurée pour, à partir des distances mesurées entre les anchors (3, 4), assigner d'abord une position dans le repère XY, au moins en partie arbitrairement, à trois anchors (10, 20, 30) et localiser ensuite les autres anchors (40, ...) dans ce repère XY par une méthode de trilatération ;
- au moins un émetteur-récepteur mobile, appelé tag ou balise (6), porté par une personne (1 ) et capable de communiquer bidirectionnellement au moins avec la borne centrale (4) et avec d'autres tags (6), ledit tag (6) étant muni de moyens d'avertissement de danger actionnables par la borne centrale (4) ;
- une unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XY, configurée pour positionner chaque tag (6) par rapport à au moins une paire d'anchors (i, j ; i, j = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles T1 , T2 (61 , 62) pour le tag (6), la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors k (k différent de i, j), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2 (61 , 62), en calculant la différence entre la distance tag-anchor k, ou dk, et chacune des distances entre l'anchor k et les positions possibles T1 , T2 (61 , 62), la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible T1 , T2 (61 , 62) correspondante, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles T1 , T2 (61 , 62) ; - une unité de traçage (5) d'une frontière (2) de la zone potentiellement dangereuse à partir de la position des anchors (3) une fois localisés dans le repère XY précité, ladite frontière (2) étant destinée à la définition d'au moins une zone dans laquelle la présence d'une personne (1 ) provoque l'actionnement par la borne centrale (4) des moyens d'avertissement de danger associés au tag (6).
2 . Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que, l'unité automatisée d'établissement du repère de référence XY est configurée pour : - positionner le premier anchor (10), de préférence la borne centrale, à l'origine des axes (0, 0) ;
- positionner le second anchor (20) en (d, 0), où d est la distance mesurée entre les deux anchors précités (10, 20) ;
- déterminer arbitrairement la position du troisième anchor (30) à partir des positions du premier anchor (10) et du second anchor (20) ainsi que des distances respectives entre le troisième anchor (30) et le premier anchor (10) et entre le troisième anchor (30) et le second anchor (20) ;
- déterminer la position des anchors suivants au moyen de l'unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XY précitée.
3 . Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la borne centrale (4) est placée dans une valise munie d'un contrôleur et de moyens d'entrées/sorties comportant des boutons-poussoirs et un écran, de préférence un écran tactile.
4 . Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les bornes de référence (3) et la borne centrale (4) sont équipées de transmetteurs radio UWB et/ou de transducteurs ultrasoniques.
5 . Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les moyens d'avertissement sont des moyens lumineux, acoustiques et/ou vibratoires.
6 . Procédé de mise en œuvre du dispositif de protection individuelle ou collective de personnes (1 ) dans une zone potentiellement dangereuse, selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé par au moins les étapes suivantes :
- on installe la pluralité de bornes de référence (3) de façon arbitraire dans la zone potentiellement dangereuse ; - la borne centrale (4) interroge la pluralité de bornes de référence (3) et détermine les distances les séparant les unes des autres ainsi que la distance les séparant de la borne centrale (4) ;
- la borne centrale établit un repère de référence bidimensionnel ou XY qui sera utilisé pour la localisation des personnes (1 ) ; - on détermine et on filtre une frontière fermée (2) de la zone potentiellement dangereuse, dite zone rouge (9), ladite frontière fermée (2) étant définie comme étant un polygone, c'est-à-dire un ensemble de points ou sommets reliés par des segments de droite ou côtés ;
- on détermine une frontière d'une zone se trouvant à l'intérieur de la zone rouge (9), définissant une zone dite orange (8), la zone se trouvant à l'intérieur de la frontière délimitant la zone orange étant définie comme la zone de sécurité pour les personnes ou zone verte (7), les étapes précédentes étant des étapes de configuration ;
- en fonctionnement, on munit d'un tag (6) chaque personne (1 ) amenée à se trouver dans la zone potentiellement dangereuse ;
- la borne centrale (4) interroge périodiquement l'ensemble des tags (6), détermine leur position dans le repère XY pour assigner à chacune de ces positions une localisation soit dans la zone verte (7), soit dans la zone orange (8), soit dans la zone rouge (9) ; - si un des tags (6) se trouve dans la zone orange (8) ou rouge (9), la borne centrale (4) actionne les moyens d'avertissement associés audit tag (6) et optionnellement actionne un des moyens d'avertissement associés aux autres tags (6).
7 . Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la frontière (2, 50) de la zone rouge (9) est déterminée : - soit en utilisant une localisation des bornes de référence (3) dans le repère XY affichée sur un écran tactile associé à la borne centrale (4) et en traçant ladite frontière (2, 50) sur l'écran tactile sous forme du polygone précité ;
- soit en utilisant un appareil appelé traceur (5) qui communique avec la borne centrale (4) et les bornes de référence (3), la borne centrale (4) interrogeant périodiquement le traceur (5) lorsqu'il est déplacé dans la zone et lui demandant les distances respectives le séparant des bornes de référence (3), ce qui permet à la borne centrale (4) de déterminer les positions successives du traceur dans le repère XY et de créer la frontière (2, 50) en joignant ces positions par des segments de droite pour créer le polygone précité ;
- soit par localisation géométrique en partant des positions d'une pluralité de bornes de référence (3) dans le repère XY et en appliquant une homothétie pour définir une frontière (2, 50) qui englobe le polygone réalisé par les bornes de référence.
8 . Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la frontière de la zone orange (8) est déterminée à partir de la frontière (2) de la zone rouge (9) en créant un polygone intérieur par homothétie, la distance correspondante au retrait étant comprise entre 50 cm et 1 m.
9 . Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le repère XY est établi de la manière suivante par la borne centrale (4) :
- un premier anchor (10), de préférence la borne centrale (4), est assigné arbitrairement à la coordonnée (0, 0) ;
- un deuxième anchor (20) se trouvant à une distance mesurée d est assigné à la coordonnée (d, 0) ;
- un troisième anchor (30) est localisé à partir des deux anchors précités (10, 20) en utilisant l'intersection de deux cercles à partir des distances respectives du troisième anchor (30) par rapport aux deux anchors précités (10, 20), une des deux intersections possibles étant choisie comme position du troisième anchor (30), la position retenue étant déterminée arbitrairement ; - les anchors suivants (40, ...) sont localisées à partir des trois premiers anchors (10, 20, 30) en utilisant un algorithme de trilatération.
10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que, dans l'étape de détermination de la position des tags (6) dans le repère XY, pour assigner à chacune de ces positions une localisation soit dans la zone verte (7), soit dans la zone orange (8), soit dans la zone rouge (9), chaque tag (6) est positionné par rapport à au moins une paire d'anchors (i, j ; i, j = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles T1 , T2 (61 , 62) pour le tag (6), la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors k (k différent de i, j), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2 (61 , 62), en calculant la différence entre la distance tag-anchor k, ou dk, et chacune des distances de l'anchor k et des positions possibles T1 , T2 (61 , 62), la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible T1 , T2 (61 , 62) correspondante, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles.
11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'on détermine si le tag (6) se trouve à l'intérieur, respectivement à l'extérieur, du polygone constituant la frontière fermée (2) en traçant une droite horizontale passant par le tag et en vérifiant le nombre de fois que cette droite coupe la frontière (2) à droite du tag (6), le tag(6) se trouvant à l'intérieur de la frontière si le nombre d'intersections est impair, le tag (6) se trouvant à l'extérieur de la frontière si le nombre d'intersections est pair.
12. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le filtrage de la frontière fermée (2) de la zone potentiellement dangereuse est réalisé, dont les sommets du polygone sont notés (xO, yO), (x1 , y1 ), etc., selon les étapes suivantes :
- sélectionner un point (xi, yi), i= 0, 1 , 2... ;
- sélectionner l'ensemble des points (xj, yj), j = 1 ...Nj, j différent de i, qui sont à l'intérieur d'un cercle de diamètre donné 2d, centré en (xi, yi) ; - déterminer un point de la frontière filtrée fi (xfi, yfi) en faisant une moyenne des positions desdits points (xj, yj) ; - marquer les Nj point (xj, yj) comme ne pouvant plus servir comme point de départ ;
- parmi les points restants non marqués, rechercher un nouveau point (xi, yi) comme étant le point le plus proche de (xfi, yfi) ; - avec le nouveau point (xi, yi), recommencer à la deuxième étape, et ainsi de suite.
13 . Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la position et l'erreur de position d'un tag (xt, yt)(ij) par rapport à une pluralité de paires d'anchors i, j (i, j = 1 , 2, ...) sont estimées selon les étapes suivantes : - une heuristique fondée sur des statistiques de mesure de distance entre tag et anchors i et j, respectivement notées di et dj, est utilisée de manière à estimer une erreur Adi et une erreur Adj ;
- la méthode de positionnement des tags est mise en œuvre quatre fois en perturbant les mesures sur di et dj de la façon suivante : di→ di ± Adi ,
dj→ dj ± Adj ;
- on obtient 4 positions perturbées (xt+Ax(k), yt+Ay(k))(ij) avec k variant de 0 à 3 ;
- les erreurs de position sur xt(ij) et yt(ij) sont calculées comme suit :
- une loi de pondération est appliquée comme suit pour obtenir des fiabilités :
1
Pxt(ij)
hxt(ij) 2 '
i
Pyt(ij)
hyt(ij) 2 ' les fiabilités précitées sont normalisées pour que leur somme vaille 1 , c'est-à-dire : pxt(ij) = Pxt(ij)
∑ki Pxt(kl)
PytÇij)
vytiij) ∑kl Pyt(kl) '
- l'estimation de la position du tag (xt, yt) est : xt =∑ij pxt(ij)xt(ij) , yt =∑ij Pyt(ij)yt(ij) ;
- l'estimation de l'erreur sur la position du tag (xt, yt) est alors calculée respectivement en x et y par : ext =∑ij pxt(ij)àxt(ij) , eyt =∑ij pyt(ij)Ayt(ij).
14. Procédé selon la revendication 9 et la revendication 13, caractérisé en ce que, lors de l'établissement du repère XY, le premier anchor (10) et le deuxième anchor (20) étant localisés aux coordonnées respectives (0, 0) et (d, 0), le troisième anchor (30) est choisi parmi tous les anchors restants de position inconnue, de manière telle que la somme des erreurs ext + eyt soit la plus faible pour cet anchor, la position des anchors suivants étant alors déterminée en sélectionnant à chaque fois l'anchor de manière telle que la somme des erreurs ext + eyt soit la plus faible pour cet anchor.
15. Dispositif de protection individuelle ou collective de personnes (1 ) se trouvant dans une zone potentiellement dangereuse à trois dimensions (3D), comprenant :
- une pluralité de bornes de référence ou anchors (3) dont une borne centrale (4), répartis dans ladite zone, lesdits anchors (3, 4) communiquant de manière bidirectionnelle entre eux, et étant capables de mesurer la distance qui les sépare les uns des autres avec une précision au moins égale à une valeur prédéterminée ; une unité automatisée d'établissement d'un repère de référence tridimensionnel ou XYZ, configurée pour, à partir des distances mesurées entre les anchors (3, 4), assigner d'abord une position dans le repère XYZ, au moins en partie arbitrairement, à quatre anchors (10, 20, 30, 40) et localiser ensuite les autres anchors (40, ...) dans ce repère XY par une méthode de trilatération ; au moins un émetteur-récepteur mobile, appelé tag ou balise (6), porté par une personne (1 ) et capable de communiquer bidirectionnellement avec la borne centrale (4) et avec d'autres tags (6), ledit tag (6) étant muni de moyens d'avertissement de danger actionnables par la borne centrale (4) ; une unité automatisée de positionnement des tags dans le repère XYZ, configurée pour positionner chaque tag (6) par rapport à au moins un triplet d'anchors (i, j ; k ; i, j, k = 1 , 2, ...), ce qui donne deux positions possibles T1 , T2 (61 , 62) pour le tag (6) par intersection de trois sphères, la position retenue étant déterminée grâce à un vote basé sur l'utilisation des autres anchors I (I différent de i, j, k), un score étant affecté à chaque position possible T1 , T2 (61 , 62), en calculant la différence entre la distance tag-anchor I, ou dl, et chacune des distances entre l'anchor I et les positions possibles T1 , T2 (61 , 62), la différence la plus faible causant l'incrémentation du score pour la position possible T1 , T2 (61 , 62) correspondante, le score le plus élevé au final donnant la position retenue parmi les deux positions possibles T1 , T2 (61 , 62) ; une unité de traçage (5) d'une frontière (2) de la zone potentiellement dangereuse à partir de la position des anchors (3) une fois localisés dans le repère XYZ précité, ladite frontière (2) étant destinée à la définition d'au moins une zone dans laquelle la présence d'une personne (1 ) provoque l'actionnement par la borne centrale (4) des moyens d'avertissement de danger associés au tag (6).
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