CA3247341A1 - - Google Patents

Abstract

L’invention concerne un dispositif de détection d’obstacles à bord d’un train contenant des coordonnées géographiques du volume occupé par le train lorsqu’il circule le long d’un chemin prédéterminé et comprenant un lidar adapté pour recevoir des échos d’ondes émises provenant d’un objet et à calculer, à partir desdits échos, une direction et une distance, par rapport au train, dudit objet. Le dispositif de détection d’obstacles détermine l’emplacement du train; puis au moyen du lidar, détermine une direction et une distance, par rapport au train, d’un objet détecté. En fonction de l’emplacement du train, et de la direction et de la distance déterminées de l’objet détecté, le dispositif détermine, sur la base desdites coordonnées géographiques enregistrées du volume, si l’objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume et déclenche une action d’urgence.

Description

1 DESCRIPTION Titre : Procédé de détection d’obstacles à bord d’une machine adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé Domaine technique :

[0001] L’invention se rapporte au domaine de la détection d’obstacles à bord d’une machine adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé, par exemple un train. Art antérieur :

[0002] Dans un système de conduite autonome ou un système sans conducteur pour des applications ferroviaires, en cas de défaillance du système de signalisation, un conducteur doit monter à bord du train pour conduire le train manuellement, avec une inspection visuelle, jusqu’à un endroit approprié, par exemple la gare suivante, pour le débarquement des passagers. Ceci entraîne d’importants retards ainsi qu’un sacrifice en termes de sécurité.

[0003] Les solutions existantes connues pour la détection d’obstacles utilisent des algorithmes d’apprentissage automatique ou d’apprentissage profond, qui ne peuvent pas être certifiés sur le plan de la sécurité ou requièrent des caméras, dont les performances peuvent varier selon les conditions d’éclairage.

[0004] Une solution pour la détection d’obstacles qui pallie ces inconvénients est donc nécessaire. Résumé de l’invention : La solution proposée par la présente invention comprend, selon un premier aspect, un procédé de détection d’obstacles mis en œuvre par un dispositif électronique de détection d’obstacles à bord d’une machine adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé ; ledit dispositif de détection d’obstacles comprenant : une base de données dans laquelle sont enregistrées des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine lorsqu’elle circule le long du chemin prédéterminé ;2 un bloc de télédétection adapté pour émettre des ondes en direction du chemin s’étendant devant la machine, à recevoir des échos des ondes émises provenant d’au moins un objet et à calculer, à partir desdites ondes et desdits échos, une direction et une distance, par rapport à la machine, dudit objet ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes : a/ déterminer l’emplacement 3D actuel de la machine ; b/ au moyen du bloc de télédétection, déterminer une direction et une distance, par rapport à la machine, d’au moins un objet actuellement détecté ; c/ en fonction de l’emplacement 3D actuel déterminé, et de la direction et de la distance actuelles déterminées de l’au moins un objet détecté, déterminer, sur la base desdites coordonnées géographiques 3D enregistrées du volume, si l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume ; d/ s’il est déterminé que l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, déclencher une action d’urgence.

[0005] Cette invention permet de détecter si un obstacle est présent sur le chemin, sans qu’il soit nécessaire d’identifier le type d’obstacle.

[0006] Dans certains modes de réalisation, un tel procédé comprendra également au moins une des caractéristiques suivantes : [0007] - s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, une action d’urgence est déclenchée uniquement en fonction du résultat d’au moins une étape supplémentaire parmi : estimer une taille de l’objet détecté sur la base des échos reçus, et vérifier que ladite taille estimée est supérieure à une taille seuil ; vérifier les performances du bloc de télédétection sur la base d’un nombre de points n par rapport à la portée r de la télédétection et à la taille seuil s des objets ; [0008] - s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, les étapes suivantes sont mises en œuvre avant de déclencher une quelconque action d’urgence : - i/ le point d’objet à l’intérieur du volume qui est le plus proche de la machine à l’intérieur de l’enveloppe d’encombrement considérée est d’abord sélectionné, et appelé point1 ; - ii/ le nombre m des points à l’intérieur du volume situés au maximum à une distance s prédéfinie du point le plus proche sélectionné est déterminé ;3 - iii/ si m + 1 < n.p : point1 n’est pas considéré comme appartenant à un obstacle pertinent : point1 est éliminé, aucune action d’urgence n’est déclenchée, et le point le plus proche suivant est alors examiné par l’algorithme se répétant à partir de l’étape i ; n étant le nombre prédéfini de points théoriquement réfléchis et p étant le pourcentage des points réfléchis et perçus avec un niveau d’intégrité donné ; sinon, si m + 1 ≥ n.p, point1 est considéré comme appartenant à un obstacle pertinent et une action d’urgence est déclenchée ; [0009] - si le chemin sur lequel la machine se déplace se divise ultérieurement en au moins deux chemins alternatifs, la base de données contenant des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine lorsqu’elle circule le long de chacune des chemins alternatifs : - la situation de chemins alternatifs est détectée sur la base de l’emplacement 3D actuel déterminé et des coordonnées géographiques 3D des deux volumes globaux occupés par la machine lorsqu’elle circule le long des au moins deux chemins alternatifs ; et - les étapes c et d sont alors accomplies pour les au moins deux chemins alternatifs ; [0010] - la machine étant un train et le chemin prédéterminé étant une voie ferrée.

[0011] Selon un autre aspect, l’invention concerne un programme informatique adapté pour être enregistré dans la mémoire d’un dispositif de détection d’obstacles comprenant, en outre, un micro-ordinateur, ledit programme informatique comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées sur le micro-ordinateur, implémentent les étapes d’un procédé selon le précédent aspect de l’invention.

[0012] Sous un autre aspect, l’invention porte sur un dispositif de détection d’obstacles adapté pour être placé à bord d’une machine adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé ; ledit dispositif de détection d’obstacles comprenant : une base de données dans laquelle sont enregistrées des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine lorsqu’elle circule le long du chemin prédéterminé ; un bloc de télédétection adapté pour émettre des ondes en direction du chemin s’étendant devant la machine, à recevoir des échos des ondes émises provenant d’au moins un objet et à calculer, à partir desdites ondes et desdits échos, une direction et une distance, par rapport à la machine, dudit objet ; ledit procédé étant adapté pour l’accomplissement des opérations suivantes : a/ déterminer l’emplacement 3D actuel de la machine ;4 b/ au moyen du bloc de télédétection, déterminer une direction et une distance, par rapport à la machine, d’au moins un objet actuellement détecté ; c/ en fonction de l’emplacement 3D actuel déterminé, et de la direction et de la distance actuelles déterminées de l’au moins un objet détecté, déterminer, sur la base desdites coordonnées géographiques 3D enregistrées du volume, si l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume ; d/ s’il est déterminé que l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, déclencher une action d’urgence.

[0013] Dans certains modes de réalisation, un tel dispositif comprendra également au moins une des caractéristiques suivantes : [0014] - le dispositif de détection d’obstacles est, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, adapté pour déclencher une action d’urgence en fonction du résultat d’au moins une opération supplémentaire accomplie par le dispositif parmi : estimer une taille de l’objet détecté sur la base des échos reçus, et vérifier que ladite taille estimée est supérieure à une taille seuil ; vérifier les performances du bloc de télédétection sur la base d’un nombre de points n par rapport à la portée r de la télédétection et à la taille seuil s des objets ; [0015] - le dispositif de détection d’obstacles est, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, adapté pour accomplir les opérations suivantes avant de déclencher une quelconque action d’urgence : - i/ le point d’objet à l’intérieur du volume qui est le plus proche de la machine à l’intérieur de l’enveloppe d’encombrement considérée est d’abord sélectionné, et appelé point1 ; - ii/ le nombre m des points à l’intérieur du volume situés au maximum à une distance s prédéfinie du point le plus proche sélectionné est déterminé ; - iii/ si m + 1 < n.p : point1 n’est pas considéré comme appartenant à un obstacle pertinent : point1 est éliminé, aucune action d’urgence n’est déclenchée, et le point le plus proche suivant est alors examiné par l’algorithme se répétant à partir de l’opération i ; n étant le nombre prédéfini de points théoriquement réfléchis et p étant le pourcentage des points réfléchis et perçus avec un niveau d’intégrité donné ; sinon, si m + 1 ≥ n.p, point1 est considéré comme appartenant à un obstacle pertinent et une action d’urgence est déclenchée ;5 [0016] - la base de données contient des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine lorsqu’elle circule le long de chacun des deux chemins alternatifs, et le dispositif de détection d’obstacles est, si le chemin sur lequel la machine se déplace se divise ultérieurement en au moins deux chemins alternatifs, adapté pour détecter la situation de chemins alternatifs sur la base de l’emplacement 3D actuel déterminé et des coordonnées géographiques 3D des deux volumes globaux occupés par la machine lorsqu’elle circule le long des au moins deux chemins alternatifs ; et à accomplir alors les opérations c et d pour les au moins deux chemins alternatifs. Description succincte des dessins :

[0017] L’invention sera mieux comprise et d’autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui suit, faite de manière non limitative, et grâce aux figures jointes, fournies à titre d’exemple. [0018] [Fig. 1] La Figure 1 est une vue schématique d’un dispositif de traitement dans un mode de réalisation de l’invention. [0019] [Fig. 2] La Figure 2 représente les étapes d’un procédé de détection d’obstacles dans un mode de réalisation de l’invention. [0020] [Fig. 3] La Figure 3 est une illustration d'une situation d’un train mettant en œuvre un dispositif de traitement selon un mode de réalisation de l’invention circulant sur une voie ferrée. [0021] [Fig. 4] La Figure 4 illustre un mode de réalisation dans lequel deux lidars ayant des champs de vision différents sont utilisés. [0022] [Fig. 5] La Figure 5 est une illustration en vue de dessus d’une situation d’aiguillage dans un mode de réalisation de l’invention. [0023] [Fig. 6] La Figure 6 représente une vue dans un plan P d'un gabarit d’encombrement d’un train. [0024] [Fig. 7] La Figure 7 illustre la construction de l’enveloppe du train dans un mode de réalisation de l’invention ; [0025] [Fig. 8] La Figure 8 illustre le tangage ; [0026] [Fig. 9] La Figure 9 illustre le roulis ; [0027] [Fig. 10] La Figure 10 illustre le cap ;6 [0028] [Fig. 11] La Figure 11 illustre le segment considéré pour déterminer l’attitude du train ; [0029] [Fig. 12] La Figure 12 illustre un boggie et le repère considéré pour calculer les bras de levier du capteur.

[0030] Des références identiques peuvent être utilisées dans différentes figures lorsqu’elles indiquent des éléments identiques ou comparables. Description détaillée :

[0031] La description de l’invention est faite ci-dessous relativement à un mode de réalisation avec un train 1. Le train 1 est adapté pour circuler sur un réseau ferroviaire comprenant une pluralité de voies ferrées. Les Figures 3 et 5 représentent des vues schématiques du train 1 circulant sur des sections du réseau ferroviaire. Le train 1 est conduit manuellement ou de manière autonome.

[0032] Le train 1 comprend, par exemple, une locomotive faisant face à la partie avant de la voie ferrée qui va être parcourue par le train et tirant des wagons du train.

[0033] La Figure 1 représente un dispositif électronique de traitement 10 à bord du train 1. Le dispositif de traitement 10 comprend une base de données 11, un bloc de localisation 12, un bloc lidar 13 et un bloc de détection d’obstacles 14.

[0034] Le bloc de localisation 12 est adapté pour déterminer l’emplacement du train 1 chaque intervalle de temps T1 (par exemple T1 est compris dans la plage allant de 100 ms à 1 s en fonction du bloc de détection d’obstacles 14 et du besoin). Le bloc de localisation 12 comprend, par exemple, un récepteur satellite adapté pour déterminer l’emplacement du récepteur satellite sur la base de signaux de localisation comprenant un code connu provenant de satellites, et/ou comprend un télémètre et/ou une centrale inertielle. Le bloc de localisation 12 fournit, par exemple, les coordonnées 3D absolues.

[0035] Le bloc lidar (de l’anglais « Laser Imaging Detection and Ranging ») 13 est installé sur l’avant de la locomotive, et fait face à la partie de la voie ferrée vers laquelle se dirige le train 1, comme illustré sur la Figure 3.

[0036] Le bloc lidar 13, comme cela est connu, comprend au moins une source laser adaptée pour émettre des impulsions laser et comprend des capteurs. Des impulsions laser émises, lorsqu’elles rencontrent des objets, sont réfléchies par ces objets : certains de ces échos sont reçus par le bloc lidar 13 et captés par les capteurs. Sur la base des échos reçus mesurés par les capteurs, le bloc lidar 13 est adapté pour mesurer le temps de parcours des échos laser et à calculer la distance de la source à chaque objet réfléchissant et également la direction de cet objet par rapport à un axe de référence, par exemple l’axe longitudinal de7 l’avant du train. Une image 3D des objets dans le champ de vision du bloc lidar 13 peut ainsi être obtenue chaque intervalle de temps T2 (par exemple T2 est compris dans la plage allant de 50 ms à 3 s).

[0037] La source laser est installée - et l’émission du lidar est réglée - de telle sorte que l’axe médian du champ de vision du lidar coïncide avec l’axe médian de la voie ferrée lorsque la voie ferrée en avant du train est droite.

[0038] La vitesse de balayage du bloc lidar 13 influe sur le nombre de points et les échos qui sont mesurés. Le choix de l’optique et du scanner a une forte influence sur la résolution et la portée du système lidar. La portée du lidar est la longueur de la zone devant le train qui peut être surveillée par le biais des ondes laser.

[0039] La base de données 11 contient des données révélant la topologie du réseau ferroviaire, permettant de connaître les coordonnées 3D de chaque point de la voie ferrée ou au moins une approximation précise.

[0040] Par exemple, chaque voie ferrée étant représentée par l’axe médian entre les rails droit et gauche de la voie ferrée : - l’axe médian ayant été segmenté en portions successives, chaque portion a été modélisée par un segment ; la succession de segments est enregistrée dans la base de données 11, par exemple par chaînage de leur identifiant, la forme et les coordonnées géographiques 3D d’extrémité sont connues et enregistrées dans la base de données 11 ; et/ou - la base de données 11 contient les coordonnées 3D d’un ensemble de points le long de l’axe médian, la succession de ces points étant indiquée dans la base de données 11, par exemple par chaînage de leur identifiant, et la distance entre chaque point et le point suivant étant égale ou inférieure à une distance prédéterminée d ; par exemple, d est comprise dans la plage allant de 0,5 m à 4 m ; d est, par exemple, choisie de sorte qu’elle est égale à 1 mètre (m) ; par exemple, ce mode de réalisation est considéré ci-après : la Figure 6 illustre, dans un plan P donné perpendiculaire à un plan de la voie ferrée, le point 20 dans l’axe médian entre le rail 21 et le rail 22 de la voie ferrée.

[0041] La base de données 11 contient également des données définissant une enveloppe d’encombrement du train le long de chaque voie ferrée. La détermination de ces données va maintenant être décrite en référence à la Figure 2, illustrant les étapes accomplies dans un mode de réalisation d'un procédé de détection d’obstacles 100 selon l’invention.

[0042] Soit un plan P donné perpendiculaire à un segment de voie ferrée. Le gabarit d’encombrement du train (gabarit plan) est la surface finie, indiquée par la référence S_clsd,8 constituée de, ou contenant, tout point dans ledit plan P donné qui entre en intersection avec le train lorsque le train, d’un bout à l’autre de celui-ci, traverse ce plan sur la voie ferrée.

[0043] Dans un mode de réalisation, la surface considérée est modélisée par une forme géométrique simple et/ou est établie comme étant un peu plus grande que le contour de l’ensemble de points d’intersection dans ledit plan donné. La marge entre la surface considérée et le contour des points d’intersection est donnée par le propriétaire de l’infrastructure afin de garantir le gabarit du train dès la phase de construction.

[0044] Dans le mode de réalisation considéré représenté sur la Figure 6, le contour du gabarit du train 30 illustré dans le plan P, tel que modélisé, est défini par les segments successifs S30_1S30_2, S30_2S30_3, S30_3S30_4, S30_4S30_5, S30_5S30_6, S30_6S30_1 entre les 6 sommets S30_1, S30_2, S30_3, S30_4, S30_5 et S30_6. La surface S_clsd modélisée correspond à la zone hachurée délimitée par ces segments.

[0045] La marge mentionnée ci-dessus doit être définie de telle sorte que, par exemple, lorsqu’un train 1 entre dans un tunnel, les parois du tunnel se trouvent en dehors de la surface S_clsd ou que des objets connus proches de l’enveloppe du gabarit du train, par exemple un quai, ne soient pas détectés comme des obstacles à l’étape 100_3 décrite ciaprès (afin de limiter les évènements de détection d’obstacles non pertinents).

[0046] Bien entendu, il est possible de choisir un nombre de sommets définissant le gabarit plan d’encombrement du train différent de 6.

[0047] Dans une étape préliminaire 100_1, comme on le voit sur la Figure 2, les données de définition, incluant ses coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par le train lorsqu’il circule le long de la voie ferrée entière (du point de départ au point de destination finale) sont déterminées sur la base des données topographiques de la voie ferrée et du gabarit plan d’encombrement 30 et les données de définition du volume déterminé, incluant ses coordonnées géographiques 3D, sont enregistrées dans la base de données 11.

[0048] À cet égard, dans un mode de réalisation, les coordonnées de l’enveloppe d’encombrement du train 31 délimitant ledit volume sont déterminées par des algorithmes déterministes et enregistrées.

[0049] Par exemple, comme illustré sur la Figure 7, afin de limiter la taille des données enregistrées, on effectue un calcul des coordonnées 3D des sommets du gabarit plan d’encombrement 30 lorsqu’il est placé à chacun des points 20 de l’ensemble, perpendiculairement au segment défini par ledit point et le point suivant de l’ensemble de points selon la direction du train. Ceci permet d’obtenir un échantillon de l’enveloppe d’encombrement du train. L’enveloppe est obtenue en reliant chaque point considéré du contour du gabarit d’encombrement 30 au point correspondant dans le gabarit plan9 d’encombrement suivant (par exemple, en reliant le point S30_4 d’un gabarit plan d’encombrement au point S30_4 du gabarit plan d’encombrement suivant).

[0050] Sur la Figure 7, le volume global, Vol, occupé par le train 1 est de couleur grise.

[0051] Les positions absolues des sommets de tous ces ensembles de sommets (1 ensemble tous les d mètres, chaque ensemble étant constitué dans le cas considéré de 6 sommets) sont enregistrées dans la base de données 11.

[0052] L’étape préliminaire 100_1 est accomplie une fois pour chaque train relativement à chaque voie ferrée, avant l’utilisation en fonctionnement de la solution de détection d’obstacles définie par les étapes 100_2, 100_3 et 100_4. Selon les modes de réalisation, l’étape 100_1 est accomplie par le bloc de détection d’obstacles 14 dans le train 1 ou par un bloc électronique de détermination des enveloppes d’encombrement dans un système central du réseau ferroviaire hors du train 1.

[0053] Dans un mode de réalisation, afin de garantir la compatibilité avec différentes orientations du train, par ex. sur une voie ferrée droite ou dans un virage avec profil latéral, les bras de levier des capteurs du lidar sont pris en compte lors de la transformation du contour d’encombrement 30 en coordonnées lidar afin de déterminer si les points réfléchis se situent dans le contour d’encombrement (à l’étape 100_3).

[0054] Le bloc de détection d’obstacles 14 est adapté pour détecter si des obstacles sont présents sur la trajectoire du train et à déclencher des actions s’il est effectivement détecté que des obstacles sont présents, comme décrit en détail ci-après.

[0055] On fait à nouveau référence à la Figure 2 illustrant les étapes accomplies par le module de traitement 10 dans un mode de réalisation d'un procédé de détection d’obstacles 100 selon l’invention. Les étapes 100_2 et 100_3 décrites ci-après sont répétées tous les intervalles de durée T (par exemple T est compris dans la plage allant de 50 ms à 3 s, en fonction du bloc de détection d’obstacles 14 et du besoin).

[0056] Au cours d’une étape 100_2, lorsque le train se déplace le long de la voie ferrée définie par les rails 21, 22 de la voie ferrée, à un moment de détection d’obstacles donné t (intervalle T), les sous-étapes 100_21 et 100_22 sont mises en œuvre.

[0057] Au cours d’une sous-étape 100_21, le bloc de détection d’obstacles 14 obtient du bloc lidar 13 l’image 3D calculée la plus récente de la zone actuellement scannée. Le nuage de points lidar est découpé en images par le bloc lidar 13. Le temps d’intégration dépend de la fréquence d’images requise.10

[0058] Au cours d’une sous-étape 100_22 parallèle à la sous-étape 100_21, le bloc de détection d’obstacles 14 obtient du bloc de localisation 12 le dernier emplacement déterminé du train 1.

[0059] Au cours d’une étape 100_3 accomplie par le bloc de détection d’obstacles 14, les coordonnées de l’enveloppe d’encombrement devant le train sont déterminées à partir de la base de données 11 sur la base de l’emplacement déterminé du train (et de la direction de déplacement connue sur la voie ferrée) et transformées en coordonnées lidar (de façon à avoir un seul et même système de référence). La longueur de l’enveloppe d’encombrement considérée (par exemple correspondant à un nombre fixe 31 de gabarits plans d’encombrement du train 30 successifs) dépend des exigences de portée de détection (en fonction de la distance de freinage nécessaire et de la portée lidar). Le bloc de détection d’obstacles 14 détermine ensuite si les objets détectés par lidar se situent à l’intérieur ou à l’extérieur du volume délimité par l’enveloppe d’encombrement considérée.

[0060] Si au moins un objet est détecté à l’intérieur, au cours d’une étape 100_4, une action d’urgence est déclenchée par le bloc de détection d’obstacles 14 : un signal d’alarme est généré, et/ou un freinage d’urgence/de service est déclenché (par exemple si l’obstacle se trouve à une distance inférieure ou égale à la distance de freinage correspondant à la vitesse actuelle du train). À cette fin, le bloc de détection d’obstacles 14 établit une interface avec le système de signalisation, le matériel roulant, ou génère des alertes à l’intention du conducteur.

[0061] En appliquant le procédé selon l’invention, et en référence à la Figure 3, la détection de l’objet E1, situé à l’extérieur du volume décrit par la succession 31 de gabarits plans d’encombrement 30, ne donnera pas lieu à une action d’urgence, tandis que l’objet E2, qui est situé à l’intérieur du volume, provoquera une action d’urgence.

[0062] Dans un mode de réalisation, lorsque l’on considère les points de l’image 3D lidar générée, une ou plusieurs des opérations suivantes sont accomplies pour déterminer si certains de ces points appartiennent à un objet qui est effectivement un obstacle requérant le déclenchement de l’étape 100_4 : - une taille minimale (s) de l’objet (ou de la partie de l’objet se trouvant à l’intérieur du volume) est prédéfinie : la détection du bloc estime une taille de l’objet détecté sur la base de l’image lidar et, si la taille est inférieure à s, l’objet détecté n’est pas considéré comme étant un obstacle pertinent et aucune action d’urgence n’est déclenchée ;11 - les performances du lidar : nombre de points n par rapport à la portée du lidar (r) et la taille minimale d’obstacle requise s : c’est-à-dire théoriquement, avec la portée r, pour un objet de taille s, n rayons laser devraient être reçus, et donc réfléchis, sous la forme de n points réfléchis (mais, en réalité, ceci n’est pas garanti à 100 % ; si le fournisseur du lidar est en mesure de donner un pourcentage (suffisamment avéré), par ex. au moins p sur n peuvent être réfléchis et apparaître sur l’image lidar, il est possible de savoir qu’avec la portée r, pour un objet de taille s, on peut avoir au moins np points sur l’image lidar). - le mode de défaillance du lidar : pourcentage (p) des points (relativement à un objet détecté de taille s) réfléchis et perçus avec un certain niveau d’intégrité (i).

[0063] En supposant que l’objectif est de détecter les obstacles présentant un certain degré d’intrusion dans l’encombrement du train, par exemple, l’algorithme suivant est utilisé : - le point d’objet de l’image 3D lidar, situé à l’intérieur du volume, qui est le plus proche du train (point 1 de l’image 3D lidar) à l’intérieur de l’enveloppe d’encombrement considérée, est d’abord sélectionné ; - le nombre des points (m) à l’intérieur de l’enveloppe situés à proximité (c’est-à-dire situés au maximum à une distance s) du point le plus proche sélectionné est déterminé ; - si m + 1 < np : le point 1 n’est pas considéré comme appartenant à un obstacle pertinent : le point 1 est éliminé, et le point le plus proche suivant est alors examiné par l’algorithme. Sinon, il est considéré comme appartenant à un obstacle pertinent.

[0064] Il est à noter que : - p dépend de r et i et du lidar spécifique utilisé ; - n dépend de r.

[0065] Cette configuration permet d’éviter la « poussière » ou le bruit. Afin d’éviter l’apprentissage automatique, on évite une agrégation au sein du nuage de points lidar. Un seuil pour le nombre de points réfléchis est défini pour déterminer s’il s’agit d’un obstacle ou d’une interférence (par ex. de la poussière).

[0066] Gestion d’un aiguillage à proximité

[0067] Dans un mode de réalisation, lorsqu’un aiguillage se trouve à proximité, les deux voies ferrées seront scannées pour la détection d’obstacles selon l’invention. Comme illustré12 sur la Figure 5, le train 1 passe d’une voie ferrée (rails 21, 22) à une autre partie de voie ferrée qui peut être une première voie ferrée (21_1, 22_1) ou une seconde voie ferrée (21_2, 22_2) ; les deux chemins alternatifs sont connus dans la base de données 11 ; le profil d’encombrement du train pour les deux voies ferrées après un aiguillage est ainsi pris en compte par le procédé de détection d’obstacles : les deux voies ferrées font l’objet d’une détection d’obstacles. Parce que si le train se localise de manière autonome (indépendamment des équipements de bordure de voie), on ne sait pas quelle voie le train va prendre après l’aiguillage. De plus, lorsque le train se trouve à l’aiguillage, l’emplacement peut encore être ambigu. Une fois que le train a passé l’aiguillage, l’emplacement du train est connu, la détection d’obstacles ne se fait alors plus que sur une seule voie ferrée. De ce fait, l’invention fonctionne avec une localisation autonome du train, indépendamment des informations de bordure de voie.

[0068] La détermination de l’emplacement du train par le bloc de localisation 10 correspond, dans un mode de réalisation, à un niveau de sécurité requis.

[0069] Dans un mode de réalisation, les informations contenues dans la base de données 11 correspondent à une précision et un niveau d’intégrité requis.

[0070] La démonstration du niveau de sécurité peut être accomplie par le biais des options suivantes : si i est connu, l’intégrité de la détection peut être calculée ; - si i n’est pas connu, le comportement du lidar peut être surveillé par la comparaison de la détection du lidar et d’informations de points de repère connus ; - redondance de capteurs lidar.

[0071] Dans un mode de réalisation, le dispositif de traitement 10 comprend un microprocesseur et une mémoire comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont exécutées par le microprocesseur, entraînent l’accomplissement d’une ou de plusieurs des étapes 100_2 à 100_4. En variante, au moins certaines des étapes peuvent être accomplies par un matériel spécialisé, communément un circuit intégré numérique, soit spécifique (ASIC), soit basé sur une logique programmable (par ex. FPGA).

[0072] L’obstacle détecté selon l’invention comme décrit ci-dessus peut être un train, un humain ou tout autre objet.

[0073] En raison des restrictions de performances des lidars, plus le champ de vision (FoV) est large, plus la densité de points est faible. Par conséquent, il peut ne pas être possible de trouver un lidar qui couvre à la fois la distance et la largeur. On peut donc utiliser de multiples lidars. Dans un mode de réalisation, au moins deux lidars sont utilisés, au lieu d’un13 seul, respectivement pour la longue distance (champ de vision FoV1) et la courte distance (champ de vision FoV2) afin de couvrir la distance totale, comme illustré sur la Figure 4. Les avantages comprennent le fait que la largeur et la distance sont toutes les deux couvertes et que l’espace de superposition des FoV peut faire l’objet de détections avec les deux/tous les lidars de façon à avoir des chaînes de détection indépendantes pour faciliter la démonstration du niveau de sécurité.

[0074] L’invention offre une solution pouvant être certifiée sur le plan de la sécurité pour la détection d’obstacles dans un contexte ferroviaire, prenant en considération la vitesse du train, la taille de l’obstacle et les performances du lidar.

[0075] La solution est utile en mode de conduite manuelle et de conduite autonome.

[0076] Les conditions d’éclairage n’ont pas d’effet sur les résultats de la détection.

[0077] La solution permet de détecter des objets d’une certaine taille jusqu’à une distance définie, en fonction des performances du lidar (portée, densité de points, etc.). Dans un mode de réalisation, la portée du lidar couvre la distance de freinage pour la vitesse correspondante.

[0078] Lorsqu’un train est en mode de conduite manuelle, sur la base de la limite de vitesse, dans le pire des cas, la distance de freinage d’urgence est définie comme la portée de détection d’obstacles et donc la portée du bloc lidar. Ceci a pour but de garantir que le train sera en mesure de s’arrêter avant d’atteindre l’obstacle.

[0079] Si la limite de vitesse est de 5 km/h, par ex. dans le scénario d’un attelage de trains, la distance de freinage peut être de 10 m.

[0080] Si la limite de vitesse est de 15 km/h, par ex. la limite de vitesse de mode manuel restreint imposée par certains opérateurs de métro, la distance de freinage peut être de 40 m.

[0081] Si la limite de vitesse est de 25 km/h, par ex. la limite de vitesse de mode Restricted Manual (manuel limité) imposée par certains opérateurs de métro, la distance de freinage peut être de 80 m.

[0082] Si la limite de vitesse est de 40 km/h, par ex. la limite de vitesse de mode Staff Responsible (personnel responsable) imposée par l’ETCS ou d’autres systèmes de signalisation de grandes lignes, la distance de freinage peut être de 170 m.

[0083] Seuls des algorithmes déterministes sont utilisés selon les modes de réalisation de l’invention (pas besoin d’apprentissage automatique ou d’apprentissage profond), ce qui14 rend la démonstration du niveau de sécurité possible, démonstration signifiant ici un procédé pour démontrer le niveau de sécurité (le taux de risque peut être calculé).

[0084] Des modes de défaillance du lidar sont définis pour le lidar spécifique par le fournisseur du bloc lidar. À défaut, des fonctions de surveillance de lidar peuvent être mises en œuvre dans le dispositif de traitement 10.

[0085] Dans le mode de réalisation particulier décrit plus haut, en référence à la Figure 6, l’encombrement plan du train était estimé égal à un hexagone, de sommets S30_1, S30_2, S30_3, S30_4, S30_5 et S30_6. Dans un mode de réalisation, l’hexagone est ramené à un ensemble de rectangles. Par exemple, en référence à la figure 6, l’encombrement plan du train est estimé égal à celui de deux rectangles, l’un défini par les sommets S30_1, S30_2, S30_5 et S30_6 et l’autre défini par les sommets S30_3, S30_4, S’30_3 et S’30_4, où S’30_3 est la projection orthogonale de S30_3 sur le segment S30_2S30_5 et S’30_4 est la projection orthogonale de S30_4 sur ce segment S30_2S30_5. Les coordonnées géographiques de l’enveloppe du volume global sont ainsi obtenues en fonction de cet encombrement plan et de la trajectoire définie par la voie ferrée considérée. L’avantage conféré est de simplifier la charge de calcul des traitements algorithmiques de calcul d’enveloppe d’encombrement et de détection d’obstacles selon l’invention, qui utilisent l’encombrement du train. S’il est nécessaire d’estimer l’encombrement de façon plus précise, l’encombrement sera estimé par trois rectangles ou davantage de rectangles.

[0086] Prise en compte de l’attitude du train

[0087] Dans un mode de réalisation, l’attitude du train est également prise en compte, comme détaillé plus bas.

[0088] Comme il est connu, les informations d’attitude comprennent le tangage (pente ou « pitch » en anglais) comme illustré schématiquement en figure 8, le roulis (profil latéral ou « roll » en anglais) comme illustré schématiquement en figure 9, et le lacet (cap, en anglais : « yaw » ou « heading ») comme illustré schématiquement en figure 10.

[0089] L’attitude du train dépend de l’attitude de la voie.

[0090] Dans ce mode de réalisation, la base de données 11 comporte en tout point de la voie dont les coordonnées 3D sont stockées (ici les points 20), l'attitude de la voie en ce point.15

[0091] Les informations d’attitude sont par exemple exprimées, en chaque point considéré de la voie, relativement à un axe X pointant vers le Nord, un axe Y pointant vers l’Est et un axe vertical Z (i.e. un repère local tangent de type NED).

[0092] Chaque voiture du train est portée par deux bogies. Un bogie est une structure situé sous la voiture et qui est attachée à des essieux (et donc aux roues) via des roulements. Un tel bogie est illustré en figure 12.

[0093] On considère les deux bogies utilisés pour porter la voiture de train de tête (i.e. la locomotive) : un exemple d’une configuration de ces deux bogies est représenté schématiquement en figure 11, en vue de dessus, le corps de la voiture de tête étant représenté par un rectangle grisé (dans d’autres configurations, des bogies se trouvent à la connexion entre deux voitures successives de train). Le(s) capteur(s) (lidar) utilisé(s) pour le procédé selon l’invention est/sont installé(s) sur la voiture de tête (en réalité, chaque voiture d’extrémité est équipée de tel(s) capteur(s) et est alternativement la voiture de tête, selon la direction de déplacement).

[0094] Il est considéré le centre de chacun de ces deux bogies (i.e. le point pivot de rotation du bogie) portant la voiture de tête : c’est-à-dire, en référence à la figure 11, les points centres 81 et 82. On considère à présent le segment 83 d’extrémités les points 81 et 82. Le segment 83 reste rigide avec le corps de la voiture de tête et a la même attitude que le corps de la voiture de tête.

[0095] La ligne pointillée 84 est la ligne centrale de la voie sur laquelle se trouvent les points 20 définis dans la base de données 11.

[0096] La position relative du capteur Lidar 13 fixé sur la voiture de tête du train 1 par rapport au corps du train 1 est connue : en référence à la figure 12, en considérant comme origine 90 du référentiel de coordonnées (qui est donc suivant le sens de déplacement) le point 81 ou 82, la distance tridimensionnelle (en considérant chacun des axes XW, YW, ZW) du capteur par rapport à l'origine 90 est mesurée (sous forme de bras de levier), dans une étape préalable, par exemple lors de l’installation du capteur.

[0097] Dans ce mode de réalisation, le bloc de détection d’obstacles 10 détermine la position du segment 83 (i.e. de ses extrémités 81, 82), puis il calcule l'attitude du segment 83 en fonction de l'attitude de la voie (contenue dans la base de données 11) en cette position ; puis le bloc de détection d’obstacles 10 calcule la position et l'attitude du capteur à partir de la position et de l'attitude du segment 83, et des bras de levier mesurés.

[0098] Une fois la position et l'attitude du capteur calculées :16 - l’espace de détection (encombrement du train délimité par l’enveloppe du train) est converti en coordonnées lidar (dans l’étape 100_3) en fonction de la position et de l’attitude du capteur ainsi calculées.

[0099] Un léger changement d'attitude du capteur peut avoir un impact important sur la détection, en particulier sur de longues distances. Avec cette méthode, la précision de la détection est améliorée, notamment pour les distances plus longues.

[0100] L’invention a été divulguée ci-dessus avec l’utilisation d’un bloc lidar. D’autres technologies peuvent être utilisées à la place du lidar, par exemple la technologie de radar ou de sonar, ou toute technologie appropriée utilisant la détection d’échos d’ondes générées à bord du train.

[0101] L’invention a été divulguée ci-dessus relativement à un train, mais elle peut être utilisée plus généralement avec toute machine adaptée pour se déplacer le long d’une trajectoire quelconque parmi un ensemble de trajectoires connues, une telle machine étant, par exemple, un métro, un tramway, un bateau, un avion, un drone, avec ou sans conduite automatique et autonome.

Claims (13)

17 REVENDICATIONS 1. Procédé de détection d’obstacles (E1, E2) accompli par un dispositif électronique de détection d’obstacles (10) à bord d’une machine (1) adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé (21, 22) ; ledit dispositif de détection d’obstacles (10) comprenant : une base de données (11) dans laquelle sont enregistrées des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global (31) occupé par la machine (1) lorsqu’elle circule le long du chemin prédéterminé ; un bloc de télédétection (13) adapté pour émettre des ondes en direction du chemin s’étendant devant la machine, à recevoir des échos des ondes émises provenant d’au moins un objet et à calculer, à partir desdites ondes et desdits échos, une direction et une distance, par rapport à la machine (1), dudit objet ; ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - a/ déterminer l’emplacement 3D actuel de la machine (1) ; - b/ au moyen du bloc de télédétection (13), déterminer une direction et une distance, par rapport à la machine (1), d’au moins un objet actuellement détecté ; - c/ en fonction de l’emplacement 3D actuel déterminé, et de la direction et de la distance actuelles déterminées de l’au moins un objet détecté, déterminer, sur la base desdites coordonnées géographiques 3D enregistrées du volume, si l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume ; - d/ s’il est déterminé que l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, déclencher une action d’urgence.

2. Procédé de détection d’obstacles (E1, E2) selon la revendication 1, dans lequel, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume (31), une action d’urgence est déclenchée en fonction du résultat d’au moins une étape supplémentaire parmi : - estimer une taille de l’objet détecté sur la base des échos reçus, et vérifier que ladite taille estimée est supérieure à une taille seuil ;18 - vérifier les performances du bloc de télédétection (13) sur la base d’un nombre de points n par rapport à la portée r de la télédétection et à la taille seuil s des objets.

3. Procédé de détection d’obstacles selon la revendication 1 ou 2, dans lequel, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume (31), les étapes suivantes sont accomplies avant de déclencher une quelconque action d’urgence : - i/ le point d’objet à l’intérieur du volume qui est le plus proche de la machine (1) à l’intérieur de l’enveloppe d’encombrement considérée est d’abord sélectionné, et appelé point1 ; - ii/ le nombre m des points à l’intérieur du volume situés au maximum à une distance s prédéfinie du point le plus proche sélectionné est déterminé ; - iii/ si m + 1 < n.p : point1 n’est pas considéré comme appartenant à un obstacle pertinent : point1 est éliminé, aucune action d’urgence n’est déclenchée, et le point le plus proche suivant est alors examiné par l’algorithme se répétant à partir de l’étape i ; n étant le nombre prédéfini de points théoriquement réfléchis et p étant le pourcentage des points réfléchis et perçus avec un niveau d’intégrité donné ; sinon, si m + 1 ≥ n.p, point1 est considéré comme appartenant à un obstacle pertinent et une action d’urgence est déclenchée.

4. Procédé de détection d’obstacles selon les revendications précédentes, selon lequel le volume global (31) occupé par la machine (1) est défini en fonction d’un ensemble de rectangles représentant un encombrement plan de la machine (1).

5. Procédé de détection d’obstacles selon les revendications précédentes, selon lequel ladite base de données stocke l’attitude du chemin le long dudit chemin prédéterminé et le procédé comprend l’étape suivante : - déterminer la position et l’attitude du bloc de télédétection en fonction au moins de l’emplacement 3D actuel de la machine (1) et de l’attitude du chemin prédéterminé correspondant audit emplacement ;19 et ladite détermination à l’étape c/ de si l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume est effectuée en outre en fonction desdites position et attitude du bloc de télédétection déterminées.

6. Procédé de détection d’obstacles selon la revendication 5, selon lequel la machine est un train comportant des voitures, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - l’attitude et la position d’un segment entre les deux bogies portant la première voiture du train sont calculées ; l’attitude et la position du bloc de télédétection étant déterminées en fonction desdites attitude et position du segment calculées.

7. Procédé de détection d’obstacles selon les revendications précédentes, dans lequel, si le chemin sur lequel la machine (1) se déplace va se diviser ultérieurement en au moins deux chemins alternatifs (21_1, 22_1, 21_2, 22_2), la base de données (11) contenant des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine (1) lorsqu’elle circule le long de chacun des chemins alternatifs: - la situation de chemins alternatifs est détectée sur la base de l’emplacement 3D actuel déterminé et des coordonnées géographiques 3D des deux volumes globaux occupés par la machine lorsqu’elle circule le long des au moins deux chemins alternatifs; et - les étapes c et d sont alors accomplies pour les au moins deux chemins alternatifs.

8. Procédé de détection d’obstacles selon les revendications précédentes, dans lequel la machine (1) est un train et le chemin prédéterminé (21, 22) est une voie ferrée.

9. Programme informatique adapté pour être enregistré dans la mémoire d’un dispositif de détection d’obstacles (10) comprenant, en outre, un micro-ordinateur, ledit programme informatique comprenant des instructions qui, lorsqu’elles sont20 exécutées sur le micro-ordinateur, entraînent l’accomplissement des étapes d’un procédé selon l’une des revendications précédentes.

10. Dispositif de détection d’obstacles (10) destiné à être placé à bord d’une machine (1) adaptée pour se déplacer sur au moins un chemin prédéterminé (21, 22) ; ledit dispositif de détection d’obstacles (10) comprenant : une base de données (11) dans laquelle sont enregistrées des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global (31) occupé par la machine lorsqu’elle circule le long du chemin prédéterminé ; un bloc de télédétection (13) adapté pour émettre des ondes en direction du chemin s’étendant devant la machine (1), à recevoir des échos des ondes émises provenant d’au moins un objet et à calculer, à partir desdites ondes et desdits échos, une direction et une distance, par rapport à la machine, dudit objet ; ledit procédé étant approprié pour l’accomplissement des opérations suivantes : a/ déterminer l’emplacement 3D actuel de la machine (1) ; b/ au moyen du bloc de télédétection (13), déterminer une direction et une distance, par rapport au train, d’au moins un objet actuellement détecté ; c/ en fonction de l’emplacement 3D actuel déterminé, et de la direction et de la distance actuelles déterminées de l’au moins un objet détecté, déterminer, sur la base desdites coordonnées géographiques 3D enregistrées du volume (31), si l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume ; d/ s’il est déterminé que l’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume, déclencher une action d’urgence.

11. Dispositif de détection d’obstacles (10) selon la revendication 10, adapté, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume (31), pour déclencher une action d’urgence en fonction du résultat d’au moins une opération supplémentaire accomplie par le dispositif (10) parmi : estimer une taille de l’objet détecté sur la base des échos reçus, et vérifier que ladite taille estimée est supérieure à une taille seuil ; vérifier les performances du bloc de télédétection sur la base d’un nombre de points n par rapport à la portée r de la télédétection et à la taille seuil s des objets.21

12. Dispositif de détection d’obstacles (10) selon la revendication 9 ou 10, adapté, s’il est déterminé qu’au moins un objet détecté est situé à l’intérieur dudit volume (31), pour accomplir les opérations suivantes avant de déclencher une quelconque action d’urgence : - i/ le point d’objet à l’intérieur du volume qui est le plus proche de la machine (1) à l’intérieur de l’enveloppe d’encombrement considérée est d’abord sélectionné, et appelé point1 ; - ii/ le nombre m des points à l’intérieur du volume situés au maximum à une distance s prédéfinie du point le plus proche sélectionné est déterminé ; - iii/ si m + 1 < n.p : point1 n’est pas considéré comme appartenant à un obstacle pertinent : point1 est éliminé, aucune action d’urgence n’est déclenchée, et le point le plus proche suivant est alors examiné par l’algorithme se répétant à partir de l’opération i ; n étant le nombre prédéfini de points théoriquement réfléchis et p étant le pourcentage des points réfléchis et perçus avec un niveau d’intégrité donné ; sinon, si m + 1 ≥ n.p, point1 est considéré comme appartenant à un obstacle pertinent et une action d’urgence est déclenchée.

13. Dispositif de détection d’obstacles (10) selon l’une quelconque des revendications précédentes 10 à 12, dans lequel la base de données (11) contient des données de définition, incluant des coordonnées géographiques 3D, du volume global occupé par la machine lorsqu’elle circule le long de chacune des chemins alternatifs, le dispositif de détection d’obstacles (10) étant, si le chemin (21, 22) sur lequel la machine se déplace se divise ultérieurement en au moins deux chemins alternatifs (21_1, 22_1, 21_2, 22_2), adapté pour détecter la situation de chemins alternatifs sur la base de l’emplacement 3D actuel déterminé et des coordonnées géographiques 3D des deux volumes globaux (31) occupés par la machine lorsqu’elle circule le long des au moins deux chemins alternatifs; et à accomplir les opérations c et d pour les au moins deux chemins alternatifs.