Prir captiv rapport final

PRIR CAPTIV - Rapport final

Rapport final du Programme de Recherche d'Initiative Régionale CAPTIV

Septembre 2009

Consommation et strAtégies cooPératives pour les Transmissions entre Infrastructure et Véhicules

1.Table des matières

1. Table des matières 3

2. Présentation du PRIR CAPTIV 5

3. Caractérisation du canal radio-mobile 8

4. Conception d’antennes adaptées 19

5. Situations accidentogènes 24

6. Performances des éléments communicants 34

7. Résultats et interprétations des mesures 44

8. Démonstrateurs 50

9. Améliorations des algorithmes multi-antennes 60

10. Valorisation des recherches 62

11. Conclusion 65

12. Perspectives 66

2.Présentation du PRIR CAPTIV

Le secteur des transports souhaite utiliser une large gamme de solutions technologiques innovantes dans le but d’améliorer la sécurité et l’efficacité des transports terrestres, de diminuer la congestion des infrastructures routières et ferroviaires mais aussi de rendre le trafic routier et ferroviaire durable et respectueux de l’environnement. Chaque année, au niveau de l’union européenne, 1 300 000 accidents corporels causent plus de 40 000 morts (5500 en France) et 1 700 000 blessés. Le coût direct et indirect de cette hécatombe est évalué à 160 milliards d’euros, soit 2% du PNB de l’Union européenne. Selon un rapport récent de l’Agence française de sécurité sanitaire environnementale (Afsse), la pollution atmosphérique urbaine, liée en grande partie aux rejets polluants des voitures, serait responsable chaque année de la mort de 4 800 personnes en France. Au niveau national, les transports représentent la première source d’émission de gaz à effet de serre (GES) avec 30% des émissions globales. Le transport routier est responsable de 27% des émissions globales de GES. De plus, ce secteur est le plus important en termes de croissance des émissions de GES.

Dans ce contexte, il apparaît que les systèmes d’information, de communication et de localisation des mobiles terrestres jouent un rôle clef par exemple dans les applications de sécurisation des routes, de gestion du trafic, d’information aux voyageurs, de contrôle-commande des mobiles, d’aide à l’exploitation, de gestion de flottes de véhicules et pour rendre le trafic routier et ferroviaire plus fluide. Ainsi, les communications inter-véhicules et véhicules-infrastructure sont amenées à se développer de façon très importante afin de proposer des services nouveaux aux conducteurs et aux usagers des transports. Cette problématique est prise en compte à travers le GIS (Groupement d’Intérêt Scientifique) ITS (Intelligent Transportation Systems) Bretagne qui regroupe collectivités territoriales, industriels et universitaires. C’est dans ce cadre que se positionne le projet CAPTIV.

Notre étude concerne plus particulièrement la mise œuvre d’un système de communications présent au sein de l’infrastructure permettant de fournir aux automobilistes, aux piétons et aux

usagers des transports collectifs de nouveaux services interactifs. Afin de fluidifier la circulation et d’éviter des accidents de circulation, différentes informations peuvent être diffusées en temps réel aux automobilistes. Elles concernent les conditions météorologiques et de circulation, la présence d’embouteillages, l’existence d’incidents ou de phénomènes pouvant présenter un danger et la disponibilité des parkings, entre autres exemples.

Ces systèmes d’informations reposent sur la présence au sein de l’infrastructure d’objets communicants, éventuellement capteurs d’informations, permettant de remonter les paramètres mesurés vers un central ou de les diffuser directement aux véhicules. Les différents systèmes de recueil d’informations correspondent par exemple aux capteurs utilisés pour mesurer les conditions climatiques ou de circulation (comptage de véhicules, vitesse moyenne), aux systèmes de surveillance des routes (détection automatique d’incidents par analyse de séquences vidéo). Dans le cadre de l’intermodalité des transports, les usagers souhaitent obtenir en temps réel de l’information pour la recherche automatique de taxis ou relative au réseau de transports collectifs (horaires des prochains départs, retards…) et aux véhicules à la demande.

Dans le cadre général de ces services, notre projet vise à utiliser l’infrastructure existante notamment les panneaux de signalisation routière (stop, changement de direction…) pour véhiculer l’information au sein d’un réseau à dimension urbaine ou de grande ceinture. On peut envisager, par exemple, que les informations liées aux services (mesure de la vitesse des véhicules, du nombre de véhicules…) sont acheminées de proche en proche, à travers par exemple des transmissions véhicule-infrastructure ou véhicule-véhicule, jusqu’à atteindre des nœuds de communications (typiquement des carrefours routiers) où la densité de panneaux de signalisation est importante.

Au niveau d’un carrefour, chaque panneau intègre un émetteur radio à faible consommation. De tels nœuds de communication assurent le rôle de Station de Base (ou SB) qui doivent communiquer entre elles afin de véhiculer les informations relatives aux services. Chaque station de base peut alors émettre et/ou recevoir des informations en profitant ou non de la présence de plusieurs panneaux routiers au niveau d’un carrefour ce qui permet d’envisager plusieurs types de communication, comme le montre la Fig. 2.1 :

– Des communications dites de type SIMO (Single Input - Multiple Output) et MISO (Multiple Input - Single Output) entre un véhicule présent au carrefour et l’infrastructure du réseau de transmission, i.e. la station de base.

– Des communications de type MIMO (Multiple Input - Multiple Output) entre les différentes

stations de base du réseau de transmission.


Figure 2.1 : Communications entre véhicules et infrastructure routière

Durant la première année, une étude comparative à partir du cahier des charges de l’application CAPTIV avait permis de retenir la gamme de fréquences autour de 2,4 GHz, sur laquelle s’appuie notamment la technologie Zigbee, comme la plus prometteuse. L’intérêt des communications MIMO coopératives avait également été démontré, et les technologies pour concevoir des antennes adaptées au projet avaient été détaillées. Après la conception de ces antennes, de nombreuses campagnes de mesures ont permis la caractérisation du canal radio-mobile dans le contexte CAPTIV, principalement durant la deuxième année, et des démonstrateurs ont pu être mis en place. La troisième année fut consacrée à l’optimisation énergétique du système et sa validation dans les conditions expérimentales.

Le reste du rapport s’articule comme suit. La section suivante présente la caractérisation du canal radio-mobile grâce à des expérimentations menées en contexte réel. Outre l’amélioration des algorithmes de traitement de signal multi-antennes, cette étude du canal permet la conception et la réalisation d’antennes parfaitement adaptées au projet CAPTIV, qui font l’objet de la section 4. Des études du LRPC de Saint-Brieuc sur les carrefours et les situations particulièrement accidentogènes, présentées à la section 5, permettent de démontrer l’intérêt du système de communication CAPTIV. La section 6 présente les performances des éléments communicants et des antennes dans la bande des 2,4 GHZ et confirment leur adéquation avec le contexte CAPTIV, tandis que les démonstrateurs matériels IRISA et TELECOM Bretagne sont exposés dans la section 7. Un simulateur de conduite basé sur un produit de la société ECA-FAROS, et qui permet d’évaluer l’ergonomie du système CAPTIV, y est également proposé. Enfin la section 8 concerne les solutions algorithmiques multi-antennes pour pallier l’éventuelle désynchronisation des émetteurs, tandis que la section 9 est consacrée à la valorisation et la communication du projet.