DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTÉRIEUR
[0001] L'invention concerne un procédé et un dispositif de classification de véhicules à
partir de leur signature électromagnétique.
[0002] Elle permet de recueillir des données routières, et par exemple de compter et/ou
classifier des véhicules automobiles au cours de leurs trajets sur une chaussée.
[0003] L'invention concerne donc le domaine de l'étude et du contrôle du trafic routier,
dont les applications sont larges. Citons à titre d'exemple:
- l'identification et la classification par type de véhicule: un exemple caractéristique
est la classification au péage autoroutier pour paiement automatique. Le système utilisé
actuellement sur les autoroutes est basé sur l'association de plusieurs types de capteurs
:
- un interrupteur magnétique, formé de deux boucles de courant, qui permet de détecter
la présence d'un véhicule,
- un capteur de type piézoélectrique, disposé à la surface de la chaussée, qui permet
de détecter le passage des essieux d'un véhicule pour les compter,
- un capteur optique qui forme un rideau placé transversalement à la route: lorsque
le véhicule le traverse, il fournit une estimation de sa hauteur.
[0004] Les principaux inconvénients de ce dispositif sont son coût, un manque de robustesse
(notamment par rapport aux conditions climatiques), un entretien difficile (du fait
notamment de l'usure des boucles de courant) et un taux d'erreur de classification
moyen.
[0005] L'invention permet également l'identification de véhicules particuliers, par exemple
pour la régulation du trafic automobile, la surveillance de la fréquentation d'une
route, l'optimisation de la circulation, le suivi d'un véhicule sur une zone routière
limitée (zone piétonne) ou dans un parking, l'attribution au véhicule identifié d'un
service particulier (place de parking privée, abonnement à une station d'essence,
...).
[0006] Une autre application de l'invention est l'authentification de véhicules particuliers:
par exemple il peut s'agir d'un véhicule muni d'un système d'identification à distance
(badge RFID par exemple) qui est validé via la lecture et l'authentification de la
signature magnétique du véhicule (cette signature étant obtenue par un dispositif
ou un procédé selon l'invention) .
[0007] Il existe des systèmes basés sur des magnétorésistances ou des réseaux de boucles
de courant. Mais, ils sont soit coûteux, soit peu performants en matière de reconnaissance
des véhicules.
[0008] Les systèmes magnétiques de contrôle de trafic reposent sur l'exploitation de la
signature magnétique d'un véhicule. Une automobile est une masse magnétique qui modifie
les lignes de champ car le champ magnétique a tendance à emprunter le parcours de
plus grande perméabilité magnétique. De plus, une automobile peut comporter des matériaux
ferreux qui modifient la direction et l'intensité du champ magnétique. Le véhicule
est globalement représenté par un ensemble de dipôles magnétiques, qui s'ajoutent
au champ magnétique terrestre quiescent (c'est-à-dire au repos temporairement) et
qui créent une anomalie magnétique qui peut être mesurée par des capteurs magnétiques.
[0009] Ces signaux sont utilisés ensuite dans un système de détection/classification dont
l'objectif peut être de compter les véhicules ou les identifier. Chaque classe peut
être caractérisée par un certain nombre de paramètres, dont les plus couramment utilisés
sont le nombre d'essieux, les distances inter-essieux, la longueur du véhicule, les
distances entre chaussée et bas de caisse et/ou entre les essieux.
[0010] Une des difficultés des systèmes de classification repose sur la correspondance temps/espace.
En effet, les signatures sont acquises par les capteurs magnétiques au cours du temps.
Elles sont donc dépendantes de la vitesse du véhicule: elles peuvent être comprimées
si le véhicule accélère, dilatées s'il freine, ou même constantes s'il s'arrête, comme
illustré sur la figure 1, sur laquelle les courbes I et II représentent, respectivement,
les déformées temporelles de la signature d'un véhicule passant rapidement sur un
capteur, et lentement, avec arrêt, sur un autre. A contrario, la signature magnétique
spatiale du véhicule est constante.
[0011] On cherche donc une méthode pour passer les signatures temporelles dans le domaine
spatial, ceci indépendamment de la vitesse et de la trajectoire du véhicule.
[0012] Le brevet
FR-2811789 décrit un système de classification de véhicules permettant d'en détecter la signature
électromagnétique à partir d'une seule boucle de courant. Cette signature est numérisée,
séquencée, puis datée. La vitesse d'un véhicule peut aussi être calculée, en recherchant
l'instant où l'allure de la signature cesse de suivre une loi exponentielle.
[0013] Ce calcul n'est pas assez précis et ne permet pas de contrôler si le véhicule s'est
arrêté sur le capteur. Les caractéristiques mesurées sont restreintes à des amplitudes
du signal dans sa représentation temporelle et dans sa représentation fréquentielle.
[0014] Le brevet
US 5331276 décrit un système de mesure de la vitesse comprenant deux magnétomètres FluxGate
biaxiaux, séparés d'une distance connue et orientés précisément l'un par rapport l'autre.
La vitesse du véhicule roulant à proximité du système est calculée en formant le rapport
entre la dérivée temporelle du champ mesuré (donnée par la dérivée temporelle d'un
signal B d'un des magnétomètres) et la dérivée spatiale des signaux mesurés (calculée
par la différence instantanée des deux signaux B mesurés sur les deux magnétomètres).
Afin que la différence spatiale des champs des deux capteurs soit approximativement
égale au gradient spatial, il faut que l'espacement entre les deux capteurs ne soit
ni trop court, ni trop grand (il doit être au plus égal à 1/10 de la distance au point
de passage le plus proche du véhicule). Cette contrainte limite l'utilisation de ce
dispositif à des trajectoires et à des véhicules spécifiques, de moment magnétique
équivalent peu variable.
[0015] Plusieurs systèmes de classification de véhicules proposent de déterminer la vitesse
en exploitant la différence de temps entre deux signatures mesurées par des capteurs
placés à des distances connues. Mais pour que le décalage temporel des signatures
donne une bonne estimée de sa vitesse, il faut que celle-ci soit constante sur la
base de calcul (distance inter-capteurs). Or dans les conditions normales de trafic
routier, les véhicules suivent rarement un mouvement uniforme, surtout à proximité
des péages autoroutiers par exemple.
[0016] Le brevet
EP 0770978 décrit un tel système de détection de véhicule à plusieurs capteurs disposés dans
un sol ou un plafond, placés dans des tubes disposés transversalement à la trajectoire
du véhicule. La distance entre deux capteurs voisins dans un tube est inférieure ou
sensiblement égale à la largeur normale d'un pneu, de façon à détecter des roues jumelées
de véhicules. En plaçant deux tubes de détecteurs parallèles entre eux, transversaux
par rapport à la direction longitudinale de la chaussée, et séparés d'une distance
connue, il est possible d'identifier les instants de détection d'un véhicule et de
calculer le temps mis par le véhicule pour aller d'un dispositif à l'autre. Le brevet
US4509131 propose d'utiliser une corrélation pour effectuer un calcul comparable, le dispositif
étant placé sur le véhicule et exploitant les signatures magnétiques du sol.
[0017] Le brevet
EP 0841647A1 décrit un dispositif de mesure multipoints disposé transversalement à la route. Il
permet de réaliser une cartographie du véhicule, en temps et en espace. Un calcul
de réduction du nombre de données est utilisé pour extraire de la cartographie un
ensemble de valeurs caractéristiques de chaque véhicule, indépendamment de ses dimensions
ou du nombre d'essieux. Ce dispositif est utilisé pour identifier chaque véhicule
dans le but de surveiller le trafic routier. Ce n'est pas un système de classification.
En outre ce procédé, bien qu'établissant une relation temporelle/spatiale, ne permet
pas d'obtenir une image de l'objet.
[0018] Le
brevet US 5 392 034 décrit un système d'identification de véhicule à plusieurs capteurs.
[0019] Il se pose donc le problème de trouver un procédé et un dispositif permettant d'obtenir
une telle image spatiale de la signature magnétique du véhicule.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
[0020] Selon l'invention, on utilise un dispositif multicapteurs et on exploite des informations
spatiales et temporelles pour extraire les caractéristiques des signatures magnétiques
des véhicules.
[0021] L'invention concerne d'abord un dispositif de mesure de signatures magnétiques de
véhicules, comportant :
- au moins un premier ensemble de capteurs (Cxi), destinés à être disposés le long d'au moins une première direction,
- au moins un deuxième ensemble de capteurs (Cyj), destinés à être disposés selon au moins une deuxième direction, qui coupe la première
en un point auquel est disposé un capteur commun (Cxy0), appartenant au premier et au deuxième ensemble,
- des moyens de calcul, pour calculer une relation entre la signature temporelle So (t) d'un véhicule passant au-dessus du capteur commun et un profil spatial So(x) résultant des mesures effectuées par les capteurs du premier ensemble de capteurs.
[0022] Selon l'invention, on utilise des premières mesures magnétiques selon la direction
de déplacement pour obtenir une loi entre le temps et la position des capteurs, puis
on applique cette loi à une autre série de mesures réalisées dans au moins une autre
direction. La notion temporelle disparaît et on obtient une image spatiale de l'objet,
mais qui n'est pas une photo de l'objet à un instant t puisque, en quelque sorte,
le temps a été « étiré » sur les premiers capteurs.
[0023] Au moins une deuxième direction peut être perpendiculaire à la première direction.
Un dispositif selon l'invention peut en outre comporter un troisième ensemble de capteurs
destinés à être disposés selon au moins une troisième direction, qui coupe la première
en un point auquel est disposé un capteur commun, appartenant au premier et au troisième
ensemble.
[0024] Les moyens de calcul peuvent en outre permettre de calculer la vitesse du véhicule.
[0025] Un dispositif selon l'invention peut comporter une pluralité de premiers ensembles
de capteurs et une pluralité de deuxièmes ensembles de capteurs formant une matrice
2D de capteurs, la matrice pouvant être creuse.
[0026] Selon une variante, dispositif selon l'invention peut comporter un premier ensemble
de capteurs, au moins un deuxième ensemble de capteurs, et au moins une matrice 2D
de capteurs disposée sur au moins un des côtés du premier ensemble.
[0027] Au moins un capteur de champ ou de gradient du champ, 1D, ou 2D ou 3D peut être disposé
suivant la direction verticale, ou être déporté.
[0028] Les moyens de calculs peuvent permettre de former une représentation spatiale de
la signature des véhicules, et/ou d'extraire de ladite représentation spatiale des
paramètres d'identification du véhicule, par exemple, par seuillage de ladite représentation
spatiale, la longueur et/ou la largeur du véhicule, ou, par détection des maxima d'intensité,
le nombre d'essieux du véhicule, et/ou de calculer l'énergie de la signature et/ou
au moins une partie de ses coefficients de Fourier et/ou l'angle parcouru par le vecteur
champ magnétique (à l'aide, en outre, d'un capteur de champ triaxe), et/ou la dérive
de la signature P(X,Y) suivant X et/ou une carte de gradients et/ou un gradient vertical
du champ et le rapport de ce gradient au champ.
[0029] Ces paramètres peuvent être utilisés dans un algorithme de classification.
[0030] L'invention concerne également un procédé de reconnaissance de la signature magnétique
d'un objet en déplacement comprenant la mise en oeuvre d'un dispositif selon l'invention,
tel que décrit ci-dessus.
[0031] Selon l'invention, on utilise des premières mesures magnétiques selon la direction
de déplacement pour obtenir une loi entre le temps et la position des capteurs, puis
on applique cette loi à une autre série de mesures réalisées dans au moins une autre
direction. La notion temporelle disparaît et on obtient une image spatiale de l'objet,
mais qui n'est pas une photo de l'objet à un instant t puisque, en quelque sorte,
le temps a été « étiré » sur les premiers capteurs.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
[0032]
- La figure 1 représente un exemple simulé de la déformée temporelle d'une signature
d'un véhicule passant rapidement sur un capteur, et lentement, avec arrêt, sur un
autre,
- la figure 2 représente un dispositif, selon l'invention, en « T », à deux lignes,
- la figure 3 représente un « morphing », permettant de relier une fonction temporelle
S0(t) et une fonction spatiale S0(x),
- les figures 4A - 4I représentent des images pour 3 composantes, avant et après transformation
de type « morphing »,
- les figures 5A - 5C représentent des variantes de dispositifs selon l'invention,
- la figure 6 illustre un mode de réalisation d'un dispositif bimatricie,
- la figure 7 illustre un mode de réalisation d'un dispositif à plusieurs « T ».
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
[0033] Un dispositif selon l'invention et différentes variantes ainsi que leur mise en oeuvre
vont d'abord être décrits.
[0034] On décrit ensuite le traitement des données.
[0035] Un premier mode de réalisation de l'invention met en oeuvre un dispositif multicapteurs.
[0036] Des informations spatiales et temporelles sont exploitées, afin d'extraire les caractéristiques
des signatures magnétiques des véhicules. Chaque capteur est un élément capable de
mesurer une ou plusieurs composantes du champ magnétique local ou du gradient magnétique
local (comme des magnétomètres de type « FluxGate » par exemple).
[0037] Ces capteurs sont répartis, comme illustré sur la figure 2, sur au moins une ligne
2 orientée parallèlement à la direction de roulage (sens noté X, capteurs C
xi) et sur au moins une ligne 4 orientée différemment (sens noté Y, capteurs C
Yi), ces lignes comportant au moins un capteur C
xy0 commun.
[0039] La disposition décrite ci-dessus couvre un ensemble de cas, dont certains sont illustrés
à titre d'exemple dans les paragraphes suivants.
[0040] Selon un premier exemple de réalisation, appelée dispositif de base, on dispose les
capteurs par exemple en forme de «T» (cas de la figure 2).
[0041] Dans une première version, le nombre de capteurs est réduit : on se limite à deux
lignes, contrairement au cas général où on peut avoir plus de deux lignes. On dispose
:
- Nx (>1) capteurs CXi sur une seule ligne 2,
- Ny (>1) capteurs CYi sur une seule ligne 4.
[0042] Sur la figure 2, Y est perpendiculaire à X, donc transverse au sens de roulage.
[0043] Ces deux lignes 2, 4 ont au moins un capteur C
XY0 en commun, à leur intersection. Celle-ci peut être située n'importe où le long des
lignes 2 et 4. Par exemple, la figure 2 situe le capteur C
XY0 au début de la ligne 2 et au centre de la ligne 4, mais d'autres dispositions sont
possibles, la ligne 4 pouvant par exemple être située entre les extrémités de la ligne
2 (voir position 4' sur la figure 2) avec un capteur C
XY0' en commun entre les lignes 2 et 4'.
[0044] En outre, les capteurs peuvent être uniformément répartis sur chaque ligne, ou disposés
avec un pas variable. Notamment, sur la ligne 4, il est intéressant de concentrer
la densité de capteurs dans les zones où, statistiquement, les roues des véhicules
peuvent passer, afin de disposer notamment des signatures des essieux, éléments importants
dans la classification automobile. C'est ce cas particulier qui est représenté sur
la figure 2.
[0045] A chaque instant, les mesures issues des capteurs C
xi disposés le long de la ligne 2 fournissent un profil spatial S
o(x), ou coupe suivant X, de la signature du véhicule.
[0046] Un pré-traitement, de type seuillage par exemple, permet de détecter le début et
la fin de la signature magnétique utile.
[0047] Chaque profil spatial est, en tout ou en partie, comparable à la mesure temporelle
S
o(t), issue du capteur C
xy0 lorsque le véhicule passe au-dessus de l'intersection des lignes 2, 4. La principale
différence provient de la déformation temporelle de la signature spatiale liée à la
vitesse du véhicule. Des dissemblances mineures peuvent aussi apparaître localement
le long de la signature magnétique, puisque S
o(t) est un développé de la signature locale (en C
xy0) du véhicule, alors que S
o(x) est un instantané. Globalement, le signal S
o(t) peut être vu comme une version comprimée du signal S
o(x) (si le véhicule accélère), dilatée (s'il freine), constante (s'il s'arrête), voire
même retournée (si le véhicule recule), et éventuellement déformée ainsi par morceaux.
[0048] On peut utiliser une technique de « morphing » (comme par exemple l'algorithme «
Direct Time Warping » utilisé en traitement de la parole, voir référence bibliographique
donnée précédemment, article de C.S. Myers et al.) pour déterminer la relation L(t
- x) entre ces deux signaux S
o(x) et S
o(t).
[0049] Un algorithme de « morphing » cherche la correspondance point à point entre deux
formes, comme illustré sur la figure 3, sur laquelle les courbes I' et II' représentent
respectivement S
o(x) et S
o(t). L'algorithme permet de retrouver un point de la signature spatiale S
o(x) ayant subit:
- un éloignement plus ou moins fort par rapport au point voisin (accélération ou freinage),
- une répétition pendant un certain temps (arrêt),
- un éloignement en sens opposé (recul).
[0050] La technique de « morphing » s'applique bien à ce problème car l'ensemble des dipôles
magnétiques qui forment un véhicule suit la même cinétique.
[0051] Il s'agit d'une technique permettant de passer progressivement d'un signal à un autre,
de la façon la plus continue possible. Une telle technique est par exemple décrite
dans le document de C.S.Myers déjà cité ci-dessus.
[0052] De plus, la relation L(t - x) est également caractéristique du profil de vitesse
du véhicule lors de son passage au dessus du capteur C
xy0. A l'issue de l'étape de « morphing », on obtient la relation donnant x en fonction
de t, x=f(t). La vitesse résulte de l'intégration de cette fonction.
[0053] Ensuite, les données issues des capteurs C
yi sont exploitées.
[0054] Au cours du temps, ces mesures forment une image I (t, Y) répartie suivant le temps
et sur la ligne 4. On peut appliquer la relation L(t-x), déterminée précédemment,
à chaque colonne i de I(t,Y) c'est-à-dire à chaque signal temporel issu des capteurs
C
yi.
[0055] On obtient ainsi une photo P(X,Y) de la signature du véhicule, issue d'une seule
ligne de capteurs. Ainsi sont représentées :
- en figures 4A - 4C : les images I(t, Y) pour les 3 composantes Bx, By, Bz du champ ;
- en figures 4D - 4F : les coupes centrales illustrant S0(t) après « morphing » (en trait fin) à S0(x) (en trait gras) (pour chaque composante Bx, By, Bz).
- en figures 4G - 4I : les images P(X,Y) spatiales issues des capteurs Cyi. (Là encore : pour chaque composante Bx, By, Bz).
[0056] P(X,Y) est un déroulé temporel de la signature, replacé dans l'espace, sans avoir
à déterminer la vitesse du véhicule ou sans émettre aucune hypothèse sur sa trajectoire.
[0057] Son acquisition est donc indépendante de la vitesse de roulage et de la trajectoire
du véhicule.
[0058] Selon l'invention, un procédé de reconnaissance de la signature magnétique d'un objet
en déplacement comprend :
- la mesure temporelle So(t) par un capteur magnétique Co (le capteur CXY0) placé sur la trajectoire de l'objet,
- la mesure S(x) à un instant ta par des premiers capteurs magnétiques Cxi alignés avec Co selon la direction 2 de déplacement selon X,
- la comparaison point à point du signal temporel So(t) et du signal spatial S(x),
- l'élaboration d'une relation t(x) entre les temps t et les sites ou les positions
x le long de la direction de déplacement,
- les mesures Sy(t) au cours du temps par des seconds capteurs magnétiques Cyi alignés avec Co selon une direction Y (direction 4 ou 4') différente de la direction
de déplacement 2,
- la transformation par la relation t(x) des mesures Sy(t) en un signal spatial Sy(x),
image magnétique spatiale de l'objet.
[0059] Selon un deuxième exemple de réalisation, le dispositif de base peut prendre d'autres
formes, et l'invention décrite ci-dessus peut être appliquée dans différentes configurations
des capteurs.
[0060] On cherche, dans les différentes configurations, à avoir une ligne 2 disposée dans
le sens du roulage du véhicule (sens X), et un capteur commun avec une autre ligne
8 de capteurs, le long de laquelle sera appliqué le « morphing ».
[0061] Les figures 5A - 5C présentent plusieurs exemples de géométrie selon cette réalisation:
- figure 5A : système à lignes de capteurs 2, 40 formant un « V » ;
- figure 5B : système à lignes de capteurs 2, 42 formant un demi « T » transverse;
- figure 5C : système à plusieurs lignes « Y » 42, 44, 46, chacune faisant un angle
avec la ligne 2 ; Comme pour le cas de la figure 2, la technique de « morphing » peut
être appliquée pour chaque ligne « Y » 42, 44, 46 à partir de la signature S(x) et
de chaque signature temporelle issue du capteur commun entre chaque ligne « Y » et
la ligne des capteurs formant S(x).
[0062] Selon un troisième exemple de réalisation (figure 6), on forme un dispositif matriciel
« creux » : n lignes 2, 2
1, 2
2, 2
3..., 2
n sont disposées parallèlement entre elles, dans le sens de déplacement des véhicules,
tandis que m lignes 4, 4
1, 4
2, 4
3..., 4
m sont disposées selon la direction Y, parallèlement entre elles. Ces m lignes pourraient
être disposées autrement que perpendiculairement à l'axe X. Un capteur est disposé
à chaque intersection 2
i - 4
j.
[0063] On utilise le faible coût et la compacité des capteurs mis en oeuvre pour réunir
une plus grande quantité d'information: le dispositif forme une matrice 2D, ou un
tapis, de capteurs qui sont répartis sous la chaussée, de façon uniforme ou non.
[0064] Cette matrice est « creuse » à certains endroits : il manque des capteurs ou leur
densité n'est pas satisfaisante pour la précision requise par l'application. On utiliser
alors le principe décrit ci-dessus (« morphing ») pour compléter les données manquantes.
[0065] On choisit, dans la matrice, deux lignes telles que décrites précédemment pour former
un système à deux lignes à l'intersection desquelles se trouve un capteur, et on applique
la technique du morphing permettant de reconstruire les données manquantes dans la
zone choisie. On peut répéter cette opération à plusieurs endroits de la matrice.
[0066] A chaque instant, les mesures réalisées par tous les capteurs forment une photo spatiale
P (X, Y) de la signature du véhicule, complétée à certains endroits par la technique
selon la présente invention.
[0067] Comme précédemment, l'acquisition de cette photo est indépendante de la vitesse de
roulage et de la trajectoire du véhicule.
[0068] Un quatrième exemple de réalisation est un système à plusieurs dispositifs de base
(figure 7).
[0069] On ajoute à un des dispositifs de base (sur la figure 7 : un dispositif en « T »),
décrits ci-dessus en liaison avec les figures et 5A - 5C, une petite matrice 300 de
capteurs (notée M
ij) placée sur un des côtés (ou les deux côtés) du « T », et occupant une longueur l
x.
[0070] Ainsi, on peut obtenir localement une image instantanée d'une partie de la signature
des véhicules. En particulier, si l
x vaut environ 3 m, cette matrice fournit le déroulé spatial d'un ou plusieurs ensembles
essieu + roue + pneu d'une voiture ou d'un camion.
[0071] De plus, la matrice M
ij permet également de capter les signatures de petits véhicules qui pourraient fournir
un signal très faible sur la ligne 2 de capteurs. Ceci peut notamment arriver lorsqu'une
moto circule dans un chenal de péage en se serrant bien d'un côté pour effectuer la
transaction.
[0072] A chaque instant, la photo 2D issue des capteurs de la matrice permet de localiser
la moto. Un pré-traitement fournit le début et la fin de la signature utile.
[0073] On peut ainsi déterminer quelle ligne de capteurs M
i de la matrice coïncide le mieux avec l'axe de roulage de la moto.
[0074] Cette ligne peut alors être utilisée avec la ligne de capteur 4 pour former à nouveau
un dispositif en «T», comme expliqué ci-dessus, de dimension et de positionnement
plus adaptés à ce véhicule. Par un procédé de « morphing » identique à celui déjà
présenté ci-dessus, on peut alors récupérer la photo P(X,Y) de la signature magnétique
spatiale de la moto.
[0075] Selon un cinquième exemple de réalisation, on ajoute à l'un des dispositifs décrits
ci-dessus au moins un capteur (de champ ou de gradient du champ, 1D, 2D ou 3D) suivant
la direction verticale. Ce système permet de mesurer, à une distance D
z, une ou plusieurs composantes du champ (ou du gradient) dans au moins un plan différent
de celui d'un des dispositifs décrits précédemment. Cette information peut être pertinente
pour disposer de données relative à la hauteur des véhicules.
[0076] Un sixième exemple de réalisation est un dispositif avec une référence déportée.
[0077] Dans cette version, on ajoute au dispositif décrit précédemment des moyens de mesure
de référence (champ ou gradient de champ 1D, ou 2D ou 3D) déportée. Ceci signifie
que ces moyens sont situés suffisamment loin de la zone de mesure pour ne pas être
sensibles au passage du véhicule. Cette mesure de référence permet d'améliorer la
précision de mesure en soustrayant le bruit géomagnétique et environnant (bruit industriel,
tramway, réseau électrique, ...)
[0078] Lors de la mise en place du dispositif, les capteurs peuvent être par exemple regroupés
en lignes, qui sont vues comme des branches du système arborescent qui gère l'acquisition
et le stockage des données.
[0079] Une ligne comporte 1 ou plusieurs noeuds, chacun comportant un capteur mono, bi ou
tri axe et l'électronique associée (filtrage, amplification, numérisation, multiplexage).
Chaque noeud est mis en liaison sur un bus numérique d'échange d'information haut
débit (USB par exemple).
[0080] Un système central 50 (figure 6), par exemple un microordinateur spécialement programmé
à cet effet, par exemple déporté au bord de la chaussée, gère le multiplexage, le
cadencement des acquisitions, et le stockage de données. Il embarque également des
moyens ou le système de traitement qui réalise l'exploitation des mesures (prétraitement,
morphing, extraction des paramètres, classification).
[0081] Physiquement, les lignes peuvent se présenter sous la forme de tubes enfouis sous
la chaussée ou des barrettes insérées dans des rainures pratiquées à la surface d'un
revêtement routier. Ce mécanisme présente l'avantage d'une plus grande facilité de
mise en place du dispositif de classification et un entretien moindre par rapport
aux boucles de courant (qui subissent « durement» la déformation de la route et les
passages incessants des véhicules). Si un capteur s'avère défectueux, la ligne est
extraite du sol, et le capteur aisément remplacé. Le système central 50 n'est pas
modifié. De même, on peut utiliser tout ou une partie des lignes, en fonction des
besoins du système de classification, sans devoir intervenir sur la chaussée.
[0082] L'exploitation des données va maintenant être décrite.
[0083] Tous les dispositifs et procédés décrits précédemment permettent de capturer la photo
2D spatiale P(X,Y) du véhicule. Dans le cas où plusieurs composantes du champ ou de
gradient sont enregistrées, on obtient autant d'images que de composantes.
[0084] Dans un premier temps, les paramètres identifiant le véhicule, ou son type, sont
extraits de la photo. Celle-ci fournit l'image de la répartition des dipôles caractéristiques
de la signature.
[0085] Par exemple, par seuillage, les dimensions spatiales de la signature dans le sens
Y et X fournissent les largeur et longueur du véhicule, quelle que soit sa vitesse,
qu'il soit en roulage, arrêté, ou même en marche arrière.
[0086] La détection des maxima d'intensité fournit le nombre d'essieux, ainsi que leur positionnement
2D et leur écartement relatif.
[0087] L'exploitation du contenu spectral de l'image donne l'énergie de la signature et
ses principaux coefficients de Fourier.
[0088] Si l'on dispose de trois photos, issues de capteurs de champ tri-axes, il est également
possible de calculer l'angle parcouru par le vecteur champ magnétique total du véhicule
B = B
x + B
y + B
z. Celui-ci est caractéristique du caractère doux ou perturbé de la signature, et peut
être indicatif de la hauteur entre véhicule et sol.
[0089] Avec un dispositif selon l'invention, les données obtenues dans la direction X peuvent
être fortement sur-échantillonnées sans coût d'installation supplémentaire lié aux
capteurs et à l'électronique associée, puisqu'elles sont issues d'une acquisition
temporelle. On peut alors facilement approximer la dérive de P(X,Y) suivant X en calculant
la différence P(X
i, Y) - P (X
i-1,Y). On obtient alors une carte de gradients dont l'exploitation peut permettre de
mieux localiser les essieux du véhicule.
[0090] Par prolongement d'une carte de gradients (mesurés ou calculés), on peut obtenir
le gradient vertical et calculer, via le rapport du gradient vertical sur le champ,
une indication de la distance séparant les sources magnétique qui caractérisent le
véhicule des capteurs, c'est à dire une grandeur liée à la hauteur du véhicule.
[0091] Dans un deuxième temps, ces paramètres sont utilisés dans un algorithme de classification.
Une solution repose sur la mise en oeuvre des apprentissage-restitution de type réseau
de neurones, par exemple.
[0092] Un dispositif 50, tel qu'un microordinateur, est programmé pour mettre en oeuvre
l'un des procédés décrits ci-dessus, à partir des mesures délivrées par les capteurs.
1. Dispositif de mesure de signatures magnétiques de véhicules, comportant :
- au moins un premier ensemble de capteurs (Cxi), destinés à être disposés le long d'au moins une première direction (2),
- au moins un deuxième ensemble de capteurs (Cyj), destinés à être disposés selon au moins une deuxième direction (4), qui coupe la
première en un point auquel est disposé un capteur commun (Cxy0), appartenant au premier et au deuxième ensemble,
- des moyens (50) de calcul, pour calculer une relation entre la signature temporelle
So(t) d'un véhicule passant au-dessus du capteur commun et un profil spatial So(x) résultant des mesures effectuées par les capteurs du premier ensemble de capteurs.
2. Dispositif selon la revendication 1, au moins une deuxième direction étant perpendiculaire
à la première direction.
3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, comportant un troisième ensemble de capteurs
destinés à être disposés selon au moins une troisième direction, qui coupe la première
en un point auquel est disposé un capteur commun (Cxy1), appartenant au premier et au troisième ensemble.
4. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, les moyens de calcul permettant en
outre de calculer la vitesse du véhicule.
5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, comportant une pluralité de premiers
ensembles de capteurs et une pluralité de deuxièmes ensembles de capteurs formant
une matrice 2D de capteurs.
6. Dispositif selon la revendication 5, la matrice étant creuse.
7. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, comportant un premier ensemble de
capteurs, au moins un deuxième ensemble de capteurs, et au moins une matrice 2D de
capteurs disposée sur au moins un des côtés du premier ensemble.
8. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, comportant en outre au moins un capteur
de champ ou de gradient du champ, 1D, ou 2D ou 3D suivant la direction verticale.
9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8, comportant en outre au moins un capteur
de champ ou de gradient du champ, 1D, ou 2D ou 3D déporté.
10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 9, les moyens de calculs permettant
de former une représentation spatiale de la signature des véhicules.
11. Dispositif selon la revendication 10, les moyens de calcul permettant d'extraire de
ladite représentation spatiale des paramètres d'identification du véhicule.
12. Dispositif selon la revendication 11, les moyens de calcul permettant d'extraire,
par seuillage de ladite représentation spatiale, la longueur et/ou la largeur du véhicule.
13. Dispositif selon la revendication 11 ou 12, les moyens de calcul permettant d'extraire,
par détection des maxima d'intensité, le nombre d'essieux du véhicule.
14. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 13, les moyens de calcul permettant
de calculer l'énergie de la signature et/ou au moins une partie de ses coefficients
de Fourier.
15. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 14, comportant en outre un capteur
de champ triaxe, les moyens de calcul permettant de calculer l'angle parcouru par
le vecteur champ magnétique.
16. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 15, les moyens de calcul permettant
de calculer la dérive de la signature P(X,Y) suivant X.
17. Dispositif selon la revendication 16, les moyens de calcul permettant de calculer
une carte de gradients.
18. Dispositif selon la revendication 16 ou 17, les moyens de calcul permettant de calculer
un gradient vertical du champ et le rapport de ce gradient au champ.
19. Dispositif selon l'une des revendications 11 à 18, lesdits paramètres étant utilisés
dans un algorithme de classification.
1. Device for measuring the magnetic signatures of vehicles including:
- at least a first set of sensors (Cxi), designed to be arranged along at least a first direction (2),
- at least a second set of sensors (Cyj), designed to be arranged along at least a second direction (4), that intersects
the first direction at a point at which a common sensor (Cxy0) is placed, belonging to the first and the second set,
- calculation means (50) to calculate a relation between the time signature So(t) of a vehicle passing above the common sensor and a spatial profile So(x) resulting from measurements made by the sensors in the first set of sensors.
2. Device set forth in claim 1, at least one second direction being perpendicular to
the first direction.
3. Device set forth in claim 1 or 2, including a third set of sensors designed to be
arranged along at least a third direction, that intersects the first direction at
a point at which a common sensor (Cxy1) is placed, belonging to the first and third set.
4. Device set forth in any one of claims 1 to 3, the calculation means being also used
to calculate the vehicle speed.
5. Device set forth in any one of claims 1 to 4, including a plurality of first sets
of sensors and a plurality of second sets of sensors forming a 2D matrix of sensors.
6. Device set forth in claim 5, the matrix being hollow.
7. Device set forth in any one of claims 1 to 4, including a first set of sensors, at
least one second set of sensors, and at least one 2D matrix of sensors arranged on
at least one of the sides of the first set.
8. Device set forth in any one of claims 1 to 7, also including at least one 1D, or 2D
or 3D field sensor or field gradient sensor along the vertical direction.
9. Device set forth in any one of claims 1 to 8, including at least one 1D, or 2D or
3D offset field sensor or field gradient sensor.
10. Device set forth in any one of claims 1 to 9, the calculation means being used to
form a spatial representation of the signature of vehicles.
11. Device set forth in claim 10, the calculation means being used to extract vehicle
identification parameters from said spatial representation.
12. Device set forth in claim 11, the calculation means being used to extract the length
and/or the width of the vehicle by thresholding said spatial representation.
13. Device set forth in claim 11 or 12, the calculation means being used to extract the
number of vehicle axles by detection of intensity maxima.
14. Device set forth in any one of claims 11 to 13, the calculation means being used to
calculate the energy of the signature and/or at least part of its Fourier coefficients.
15. Device set forth in any one of claims 11 to 14, also including a triaxial field sensor,
the calculation means being used to calculate the angle crossed by the magnetic field
vector.
16. Device set forth in any one of claims 11 to 15, the calculation means being used to
calculate the derivative of the signature P(X,Y) along X.
17. Device set forth in claim 16, the calculation means being used to calculate a map
of gradients.
18. Device set forth in claim 16 or 17, the calculation means being used to calculate
a vertical gradient of the field and the ratio of this gradient to the field.
19. Device set forth in any one of claims 11 to 18, said parameters being used in a classification
algorithm.
1. Vorrichtung zum Messen magnetischer Signaturen von Fahrzeugen, umfassend:
- wenigstens eine erste Gruppe von Sensoren (Cxi), dazu bestimmt, längs wenigstens einer ersten Richtung (2) angeordnet zu werden,
- wenigstens eine zweite Gruppe von Sensoren (Cyj), dazu bestimmt, längs wenigstens einer zweiten Richtung (4) angeordnet zu werden,
welche die erste Richtung in einem Punkt schneidet, an dem ein gemeinsamer Sensor
(Cxy0) angeordnet ist, welcher zu der ersten und der zweiten Gruppe gehört,
- Recheneinrichtungen (50), um eine Relation zwischen der temporalen Signatur So(t) eines über dem gemeinsamen Sensor passierenden Fahrzeugs und einem aus den durch
die Sensoren der ersten Sensorengruppe durchgeführten Messungen resultierenden räumlichen
Profil So(x) zu berechnen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine zweite Richtung zur ersten Richtung
senkrecht ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, eine dritte Gruppe von Sensoren umfassend, dazu
bestimmt, entsprechend wenigstens einer dritten Richtung angeordnet zu werden, die
die erste Richtung in einem Punkt schneidet, an dem ein gemeinsamer Sensor (Cxy1) angeordnet ist, der zur ersten und zur dritten Gruppe gehört.
4. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 3, wobei die Recheneinrichtungen außerdem
ermöglichen, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu berechnen.
5. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 4 mit einer Vielzahl erster Gruppen von
Sensoren und einer Vielzahl zweiter Gruppen von Sensoren, die eine 2D-Sensorenmatrix
bilden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Matrix hohl bzw. leer ist.
7. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 4 mit einer ersten Gruppe von Sensoren,
wenigstens einer zweiten Gruppe von Sensoren und wenigstens einer 2D-Sensorenmatrix,
angeordnet auf wenigstens einer der Seiten der ersten Gruppe.
8. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 7 mit außerdem wenigstens einem Feldsensor
oder Feldgradientensensor, 1 D, oder 2D oder 3D gemäß der vertikalen Richtung.
9. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 8 mit außerdem wenigstens einem Feldsensor
oder Feldgradientensensor, 1D, oder 2D oder 3D verschoben.
10. Vorrichtung nach einem der Schritte 1 bis 9, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen,
eine räumliche Darstellung der Signatur der Fahrzeuge zu bilden.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen, die Identifikationsparameter
des Fahrzeugs aus der genannten räumlichen Darstellung zu extrahieren.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen, mit Hilfe
der Schwellenmethode aus der genannten räumlichen Darstellung die Länge und/oder die
Breite des Fahrzeugs zu extrahieren.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen,
durch Detektion der Intensitätsmaxima die Anzahl der Radachsen des Fahrzeugs zu extrahieren.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen,
die Energie der Signatur und/oder wenigstens einen Teil ihrer Fourierkoeffizienten
zu berechnen.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14 mit außerdem einem Triaxialfeldsensor,
wobei die Recheneinrichtungen ermöglichen, den durch den Magnetfeldvektor durchlaufenen
Winkel zu berechnen.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen,
die Abweichung der Signatur P(X,Y) gemäß X zu berechnen.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen, eine Gradientenkarte
zu berechnen.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der die Recheneinrichtungen ermöglichen,
einen vertikalen Gradienten des Felds und das Verhältnis dieses Gradienten zum Feld
zu berechnen.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, bei der die genannten Parameter in
einem Klassifikationsalgorithmus benutzt werden.