Titre : Système de localisation de dispositif mobile pour port de plaisance

L’invention concerne le domaine de la gestion portuaire. La pratique de la plaisance s’est considérablement développée dans les dernières décennies. Ce développement est tel que de nombreuses marinas manquent de place, et qu’il a été nécessaire de développer des solutions innovantes afin d’optimiser l’occupation de celles-ci.

Ainsi, de plus en plus de ports de plaisance offrent des solutions électroniques pour le suivi des services liés à la marina. Par exemple, les emplacements des bateaux sont munis de dispositifs dont le rôle est de détecter la présence d’un bateau.

Une fois la présence d’un bateau détectée, celle-ci peut être surveillée de manière électronique, il peut être vérifié que le bateau en question a bien le droit de s’amarrer à cet emplacement, divers services complémentaires peuvent être offerts, etc.

Les divers services peuvent nécessiter le déplacement de dispositifs à proximité des bateaux. Cependant, un même dispositif peut être réclamé à plusieurs endroits à des intervalles courts, de sorte que la connaissance de sa position est un atout important.

D’une manière plus générale, il peut être utile de pouvoir connaître la position d’un dispositif mobile quelconque sur la marina, quelle que soit sa nature et son utilité (ne serait-ce que pour diriger une personne sur le bon ponton par exemple).

A ce jour, aucune solution n’existe pour localiser de manière automatique un dispositif sur la marina.

L’invention vient améliorer la situation. A cet effet, elle propose un système de localisation de dispositif mobile pour port de plaisance qui comprend : une pluralité d’émetteurs ultrason, chaque émetteur ultrasons étant disposé fixement en un emplacement du port de plaisance, et étant agencé pour émettre un signal ultra- son de manière ordonnancée temporellement avec les autres émetteurs ultrason de sorte que chaque émetteur ultrasons émet son signal ultrason périodiquement à un instant respectif par rapport à une référence temporelle commune et pour une durée tels qu’il n’y a pas de recouvrement avec l’émission d’un signal ultrason par un autre émetteur ultrasons,

- un ou plusieurs dispositifs mobiles chacun comprenant un capteur ultrasons synchronisé avec la référence temporelle commune, et agencé d’une part pour déterminer, à détection d’un signal ultrason par le capteur ultrasons dudit signal ultrason et un instant d’émission du signal ultrason, et d’autre part pour calculer, à partir d’au moins trois couples, une position de dispositif mobile et l’un ou plusieurs dispositifs mobiles émet chacun pour une durée de 5 ms, et l’émission par deux émetteurs ultrason distincts et consécutifs est séparée de 30 ms.

L’invention concerne également un procédé de localisation de dispositif mobile pour port de plaisance qui comprend les opérations suivantes : a) fournir une pluralité d’émetteurs ultrason étant disposé fixement en un emplacement du port de plaisance, et étant agencé pour émettre un signal ultrason de manière synchronisée avec les autres émetteurs ultrason émet son signal ultrason périodiquement à un instant respectif par rapport à une référence temporelle commune et pour une durée tels qu’il n’y a pas de recouvrement avec l’émission d’un signal ultrason par un autre émetteur ultrasons, b) fournir un ou plusieurs dispositifs mobiles synchronisé avec la référence temporelle commune, et agencé d’une part pour déterminer, à détection d’un signal ultrason par le capteur ultrasons dudit signal ultrason et un instant d’émission du signal ultrason, et d’autre part pour calculer, à partir d’au moins trois couples, une position de dispositif mobile lancer l’émission par les émetteurs ultrason d’un signal ultrason, c) lancer l’émission par les émetteurs ultrason de l’opération a) d’un signal ultrason, d) déplacer un ou plusieurs dispositifs mobiles et retourner leur position respective une fois celle-ci calculée.

Selon ce procédé, la pluralité d’émetteurs ultrason et l’un ou plusieurs dispositifs mobiles sont synchronisés avec la référence temporelle commune à moins de 25 ps, et de préférence à moins de 15 gis, et la pluralité d’émetteurs ultrason émet chacun pour une durée de 5 ms, et l’émission par deux émetteurs ultrason distincts et consécutifs est séparée de 30 ms.

D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description qui suit, tirée d’exemples donnés à titre illustratif et non limitatif, tirés des dessins sur lesquels :

- la figure 1 représente un schéma général d’un ponton d’une marina équipé d’un système de localisation selon l’invention,

- la figure 2 représente une succession de détections de signal ultrason par un dispositif sur le ponton de la figure 1, et

- la figure 3 représente un exemple de fonction mise en œuvre par le dispositif mobile de la figure 1 pour déterminer sa position.

Les dessins et la description ci-après contiennent, pour l'essentiel, des éléments de caractère certain. Ils pourront donc non seulement servir à mieux faire comprendre la présente invention, mais aussi contribuer à sa définition, le cas échéant.

La figure 1 représente un schéma général d’un ponton d’une marina équipé d’un système de localisation selon l’invention.

Un ponton 2 comprend une pluralité d’emplacements 4. Chaque emplacement 4 est muni d’un dispositif de détection 6. En variante, certains emplacement 4 pourraient ne pas être munis de dispositif de détection 6.

Dans l’exemple décrit ici, les dispositifs de détection 6 comprennent un émetteur ultrasons agencé pour émettre un signal ultrason vers un endroit de l’emplacement où un bateau est susceptible de s’amarrer. Pour la suite, le dispositif de détection et son émetteur ultrasons pourront être désignés par la même référence numérique, à savoir « 6 ». En l’absence de bateau, le signal ultrason n’est pas réfléchi, et le dispositif de détection 6 détermine qu’il n’y a pas de bateau dans l’emplacement 4 auquel il est fixé. Inversement, en présence d’un bateau, la coque de celui-ci réfléchit le signal ultrason, et le dispositif de détection 6 détermine qu’un bateau occupe l’emplacement 4 auquel il est fixé. Le dispositif de détection 6 peut comprendre un moyen de communication sans fil à basse énergie, qu’il active lors d’un changement d’état. Ainsi, lorsqu’un bateau vient occuper un emplacement qui était vide, ou qu’au contraire un emplacement occupé est quitté, le dispositif de détection 6 peut activer la communication sans fil en mode « juste comme nécessaire », ce qui permet de réduire la consommation électrique au maximum.

La Demanderesse, dans le cadre de ses recherches, s’est rendue compte que les dispositifs de détection 6 pouvaient être très avantageux pour la localisation de dispositifs mobiles. En effet, lorsqu’un bateau occupe un emplacement 4, le signal ultrason est réfléchi dans toutes les directions, y compris vers le ponton 2. De plus, tous les pontons de la marina sont remplis de dispositifs de détection 6, qui offrent un véritable maillage de ceux-ci.

Par conséquent, la Demanderesse a cherché à utiliser le signal ultrason et à identifier individuellement les dispositifs de détection 6 à l’origine de ces réflexions pour permettre une opération de localisation. Le but est d’utiliser les dispositifs de détection 6 identifiés pour réaliser une triangulation sur leurs positions afin de localiser un dispositif mobile 8 qui détecte le signal ultrason réfléchi.

Cependant, cela pose plusieurs problèmes. En effet, le signal ultrason réfléchi ne contient pas de données permettant d’identifier individuellement les dispositifs de détection 6. En effet, les dispositifs de détection 6 classiques sont autonomes énergétiquement, et leur consommation électrique est un enjeu majeur de l’entretien des marinas. Par conséquent, il est inconcevable de devoir moduler le signal ultrason pour qu’il porte un code d’identification propre à chaque dispositif de détection 6. Pour ces mêmes raisons énergétiques, il est également hors de question d’augmenter la cadence d’émission des signaux ultrason, car cela aurait pour conséquence une baisse significative de l’autonomie.

La Demanderesse a donc mis au point un protocole de communication basé sur la temporisation de l’émission par les dispositifs de détection 6 qui permet à la fois d’identifier de manière non ambiguë chaque dispositif de détection 6, et de s’appuyer sur les cadences existantes d’émission de signal ultrason. Pour cela, tous les dispositifs de détection 6 sont synchronisés avec une référence temporelle commune, à la manière d’une horloge. Ensuite, chaque dispositif de détection 6 est configuré pour émettre son signal ultrason de manière périodique et décalée par rapport à la référence temporelle commune, d’une manière telle que des signaux émis par des dispositifs de détection 6 voisins ne peuvent pas se chevaucher temporellement.

Pour cela, la Demanderesse a muni les dispositifs mobiles 8 d’un capteur ultrason 10 qu’elle a qualifié avec précision quant à sa plage de sensibilité. Dans l’exemple décrit ici, le capteur ultrason 10 est un capteur de la société MaxBotix (marque déposée) portant la référence MB 1603.

Les études de la Demanderesse lui ont permis de démontrer qu’elle est capable de détecter avec précision la distance à un émetteur ultrason donné jusqu’à 10m. Ainsi, la Demanderesse a configuré les dispositifs de détection 6 de manière à ce que leur durée d’émission ne dépasse pas 30ms (soit le temps pour le son de parcourir 10m à la vitesse du son), et chaque dispositif de détection 6 émet 50ms après son voisin de ponton.

Comme les dispositifs de détection 6 émettent en moyenne toutes les 5 minutes, il est donc possible, à partir de la mesure de l’instant de détection d’un signal ultrason par le capteur ultrason 10, avec synchronisation avec la référence temporelle commune, d’identifier de manière non ambigüe le dispositif de détection 6 à l’origine de la détection, ainsi que la distance à ce dernier, et ce pour 36 000 dispositifs de détection 6.

Il va de soi que les différentes valeurs pourront varier en fonction de la taille de la marina, des dispositifs de détection 6, du capteur ultrason 10, etc.

Ainsi, la Demanderesse a découvert qu’il est possible de réaliser une forme d’encodage temporel de l’identification des dispositifs de détection 6 de manière non ambigüe, permettant de connaître avec précision la distance à chaque dispositif de détection 6 dont un signal ultrason réfléchi par un bateau est détecté, par l’utilisation d’une référence temporelle commune. A partir d’un nombre suffisant d’informations de distance à chaque dispositif de détection 6 identifié par un dispositif mobile 8 et de leurs positions respectives, il devient possible de faire une mesure de triangulation pour déterminer une position du dispositif mobile 8 dans la marina. Dans l’exemple décrit ici, cette triangulation est plus précisément une trilatération.

Le but étant de déterminer la position de matériels qui sont susceptibles de rester fixes plusieurs minutes, voire dizaines de minutes, la détermination de la position est quasiment garantie.

La figure 2 reprend la figure 1 en ajoutant des exemples de signal mesuré dans des conditions réelles par le capteur ultrason 10 en plusieurs emplacements.

Dans cet exemple, les dispositifs de détections 6 émettent une série de 10 puises ultrasons séparés de 200ms toutes les 5s. Le capteur 10 du dispositif mobile 8 est réglé pour détecter les signaux émis à la fréquence de 42kHz. D'autres fréquences pourraient être retenues. Comme représenté sur la figure, le dispositif mobile 8 est positionné à différents endroits sur le ponton, en orientant le capteur ultrason 10 successivement vers le nord, puis l'est, le sud, et enfin l'ouest.

Pour chaque orientation, le capteur ultrason 10 est activé pendant 60ms toutes les 100ms, et on observe si celui-ci reçoit un signal ultrason des dispositifs de détection 6. Les graphes sur la figure sont des captures d'écran de l'oscilloscope qui indique la réception par le capteur ultrason 10. Ainsi, chaque écran correspond à un couple (position ; orientation).

La figure 3 représente un exemple de fonction mise en œuvre par le dispositif mobile 8 pour déterminer sa position.

Dans une première opération, un vecteur de stockage de mesures de temps de détection M[] est initialisé, ainsi qu’un compteur i. Ensuite, une fonction Detect() est exécutée dans une opération 310. La fonction DetectQ observe le signal de sortie du capteur ultrason 10, et détecte les instants des fronts descendants, qui indiquent la détection d’un signal ultrason.

Lorsqu’un signal ultrason est détecté, l’instant t correspondant est stocké dans le vecteur M[] à l’emplacement d’indice i dans une opération 320, et l’indice i est incrémenté dans une opération 330.

Ensuite, une fonction Lim() est exécutée dans une opération 340 pour déterminer si une limite de temps n’a pas été dépassée. En effet, si trop de temps s’est écoulé entre deux détections de signal ultrason, alors il y a un risque que les données n’aient rien à voir, et que la position qui en serait tirée soit dépourvue de sens.

Pour cela, l’instant t de l’opération 310 est comparé à l’instant t de M[0] afin de vérifier cette condition. Si c’est le cas, alors l’opération 300 est relancée, et le signal ultrason sera alors à nouveau détecté, mais cette fois comme premier signal du vecteur M[].

Sinon, un deuxième test est réalisé dans une opération 350 dans laquelle l’indice i est comparé à la valeur 2. En effet, si i vaut 2, alors il y a 3 mesures d’instants distincts et il doit être possible de réaliser une mesure de position par triangulation. Si ce n’est pas le cas, alors la fonction reprend avec l’opération de détection 310. Si c’est le cas, alors une fonction Meas() qui utilise le vecteur M[] comme argument détermine une position P du dispositif mobile 8 dans une opération 360.

Dans l’exemple décrit ici, la fonction Meas[] opère en comparant que instant t à la référence temporelle commune, afin de déterminer pour M[0], M[l] et M[2] quel est le dispositif de détection 6 qui est à l’origine de l’émission ultrasonore qui a été détectée. A partir de cette détermination, deux informations deviennent accessibles : la position du dispositif de détection 6 concerné, et la distance à ce dernier, à partir de la différence entre l’instant t et l’instant auquel le dispositif de détection 6 a émis le signal ultrason.

Ainsi, à partir des trois couples (position, distance), il est possible de déterminer la position P du dispositif mobile 8. En variante, la fonction Meas() pourrait utiliser plus de trois mesures, par exemple 4 ou 5 (l’opération 350 est alors adaptée en conséquence), et la fonction peut également tenir compte du cas où plusieurs mesures successives sont associées au même dispositif de détection 6. L’opération 350 peut également être modifiée pour assurer que le vecteur M[] contient suffisamment de mesures associées à des dispositifs de détection 6 distincts. De plus, si le dispositif mobile 8 s’est déplacé entre deux détections, ou si les mesures ne donnent pas une position P absolue, il est possible de retourner le centre d’une zone de recouvrement des cercles associés à la triangulation. En effet, dans tous les cas, le simple fait de savoir avec précision sur quel ponton est situé un dispositif mobile 8 donné est une information suffisamment utile. Enfin, la fonction se termine en 399 avec le renvoi de la position P et peut recommencer avec l’opération 300.

La fonction qui a été décrite en référence à la figure 3 peut être exécutée localement par le dispositif mobile 8 dès lors qu’il a accès à la référence temporelle commune et aux informations de position et d’ordonnancement d’émission ultrason des dispositifs de détection 6. En variante, tout ou partie des calculs réalisés peut être fait en communiquant avec la marina ou un serveur de synchronisation.

Dans les conditions de fonctionnement réelles, les dispositifs de détection 6, qui sont dans l’invention assimilés à des émetteurs ultrason, émettent un ou plusieurs puises d’une durée d’environ 5ms. Les puises émis par deux émetteurs ultrason voisins (ou consécutifs) sont séparés de 30ms, ce qui permet de réaliser un multiplexage temporel et de déterminer quel est l’émetteur ultrason à la source d’un puise donné, à partir de l’heure à laquelle celui-ci a été émis.

En variante, les puises pourraient avoir une durée comprise entre 10 ms et 20 ms, et les puises d’émetteurs ultrason voisins pourraient être séparés de 15 ms à 25 ms.