Soutenance mémoire
Les systèmes RAMPE et INFOMOVILLE
L’amélioration des conditions de vie, l’accroissement de l’intégration socioprofessionnelle et la promotion dans tous les domaines des personnes handicapées constituent, depuis plusieurs années, l’objet de plusieurs recherches, études et inventions, ainsi que l’objet de nouvelles législations et obligations pour les états en général et les opérateurs de transports en particulier [58] et ce, au niveau mondial. On s’intéresse dans le cadre de cette thèse aux personnes à déficience visuelle, aveugles ou malvoyantes (on utilisera l’acronyme PAM pour désigner les personnes aveugles et malvoyantes).
Les études et expérimentations présentées dans la littérature sur les déplacements urbains intermodaux (métro/bus/tramway) des personnes déficientes de la vision . permettent de faire émerger leurs stratégies de préparation et surtout de déplacement. Ces études mettent en évidence les principales préoccupations et besoins qui peuvent se décrire en termes de :
– Sécurité : éviter les risques de chutes et de collision, en particulier lors de situations perturbées.
– Localisations : localisation de la personne elle-même dans son parcours, localisation des équipements qui jalonnent ce parcours.
– Orientation vers une destination : représentation mentale d’une trajectoire, fiabilité de la représentation mentale de la situation par rapport à la situtation réelle dans le parcours.
– Accès à l’information : d’une part les informations spécifiques aux transports telles que la position des arrêts, les horaires, les lignes passant à un arrêt, les arrêts constituant une ligne, les informations de perturbation et d’autre part les informations non dédiées aux transports et portant sur l’environnement immédiat telles que les activités disponibles.
– L’assitance à l’activité : on se déplace dans un but particulier tel qu’aller au travail, aller faire des achats dans un centre commercial et ce but, cette activité peuvent nécessiter des informations spécifiques.
L’une des principales préoccupations des PAM est l’amélioration de l’accessibilité et de l’aménagement de l’espace urbain. La notion d’ « ambient intelligence » introduite par l’union européenne et les différentes études, propositions et systèmes utilisant des technologies de communication et de l’information dans le contexte de « smart environment », essayent de répondre à ces préoccupations et d’assurer une continuité de service [132, 133, 134, 135, 160, 161, 162, 163]. On s’interesse particulièrement à l’amélioration de l’autonomie des PAM au cours de leurs déplacements. L’utilisation des transports collectifs et les déplacements dans les pôles d’échanges constituent une tâche très complexe génératrice de stress en particulier dans le cas de déplacements non familiers et dans les situations imprévues liées aux perturbations des transports ou aux aleas de l’environnement urbain pour les transports de surface [5, 8, 48]. Les transports de surface (bus, tramway) sont particulièrement difficiles à utiliser par les PAM en raison de la multiplicité et la diversité des causes d’incertitude dues entre autres à la grande diversité des configurations d’infrastructures possibles et au fait que ces transports sont implantés dans des zones ouvertes non dédiées au transport. En Europe, de nouvelles réglementations, comme la loi de février 2005 en France sur l’égalité des droits et des chances, imposent aux opérateurs de transport de prendre en compte les besoins spécifiques de ces personnes et d’améliorer l’accessibilité des moyens de transport. Des études ont montré que ces personnes sont «exposées à un sur-risque d’accidents dans les enceintes de transport collectif : plus de la moitié des accidents se produisent avec des obstacles suspendus et sur des trottoirs encombrés d’obstacles ou mal entretenus [48]».
Plusieurs systèmes et outils ont été développés pour assister les PAM et faciliter leur mobilité et leur autonomie dans les transports collectifs : des dispositifs destinés à la détection d’obstacles ainsi que des systèmes d’information et d’orientation utilisant différentes technologies (ondes infrarouges, radiofréquences, signaux sonores, interfaces haptiques et tactiles, systèmes de communication et de géo-localisation) et disposant de capacité d’interaction plus ou moins élaborées. Ces systèmes se différencient en termes de technologie utilisée, mais aussi d’intéractivité, de facilité d’utilisation, de type d’informations fournies, de disponibilité, de fiabilité, …. Cependant, il n’existe toujours pas de système d’information temps réel interactif et personnalisé déployé dans les réseaux de transports collectifs.
Dans ce contexte, le projet RAMPE/INFOMOVILLE a réalisé et expérimenté un système interactif d’assistance et d’information auditive destiné aux personnes à déficience visuelle, favorisant leur mobilité et autonomie dans les transports collectifs [1, 2, 61, 62]. Son principe, son fonctionnement et ses différents constituants sont détaillés dans ce chapitre. On dresse auparavant un état de l’art rapide des systèmes d’assistance à la mobilité des PAM.
Systèmes d’assistance aux personnes déficientes de la vision
Plusieurs systèmes ont été développés et quelques uns implémentés pour aider et assister les PAM au cours de leurs déplacements en ville. Les répétiteurs sonores de feux de circulation en sont un exemple en France. On pourrait aussi citer de nombreux systèmes d’assistance aux PAM mais on se consacre dans le cadre de cette thèse et de cet état de l’art plus particulièrement aux systèmes d’assistance aux voyageurs déficients visuels dans leurs déplacements dans les transports collectifs.
L’état de l’art suivant récapitule ces systèmes d’assistance qui peuvent être divisés en quatre catégories :
– Systèmes de détection ou d’évitement d’obstacles (utilisés dans le déplacement d’une façon générale)
– Systèmes d’aide au cheminement et à l’orientation, ou en d’autres termes d’aide à la localisation et au guidage (utilisés dans le déplacement d’une façon générale)
– Systèmes fournisseurs d’informations : délivrant des informations liées au transport : lignes, directions et arrêts desservies, parcours, horaires, itinéraires, …etc, c’est-à-dire tout ce qui est disponible par affichage visuel pour les voyageurs sans déficience visuelle (écran-page, afficheurs dédiés, plaquettes, mini-plan de réseau, pancartes, …etc)
– Systèmes de préparation au voyage (utilisés avant le voyage).
En pratique plusieurs systèmes remplissent plusieurs de ces fonctions et il est difficile de les classer dans une seule catégorie. On peut citer en premier les systèmes les plus utilisés la canne blanche et le chien guide qui constituent une aide à l’évitement d’obstacles et au cheminement ainsi qu’un moyen d’identification qui peut s’avérer utile à la descente d’un métro par exemple pour inciter le conducteur à maintenir les portes ouvertes plus longtemps. La canne blanche permet de repérer les obstacles au sol tels que les escaliers, les quais, mais reste insuffisante en ce qui concerne les obstacles en hauteur [136] ; elle permet de se guider en suivant le bord d’un trottoir par exemple. Dans la première catégorie, les systèmes vont du plus simple aux innovations technologiques utilisant les ondes radiofréquences ou infrarouges. Citons :
Bandes d’éveil de vigilance : ce sont généralement des bandes de polyuréthanne collées et déposées le long des quais de transport (à 50 cm du bord des quais de métro par exemple) ou dans les zones dangereuses. Elles sont constituées de plots en relief détectables au pied et à la canne blanche. Elles servent à avertir d’un danger tel que la proximité de la voie de métro.
Mowat Sensor : Il s’agit d’un système de détection d’obstacles contitué d’un émetteurrécepteur à ultra-sons et qui se met à vibrer lorsque l’onde ultra-sonore est réfléchie par un obstacle. La fréquence des vibrations augmente quand la distance de l’obstacle diminue. Le dispositif fonctionne sur des distances allant de 1 à 4 mètres [4, 137].
Sonic guide : est lui aussi un dispositif utilisant un principe de sonar pour détecter les obstacles mais le système est intégré dans des paires de lunettes ce qui présente un intérêt pour la détection des obstacles en hauteur (détection difficile pour la canne blanche). Les caractéristiques de fréquence et d’amplitude des ondes réfléchies dépendent de la distance et des propriétés physiques de l’obstacle qui réfléchit les ultra-sons. Le système fonctionne sur des distances allant jusqu’à 6 mètres [4].
Télétact : Télémètre laser qui transforme les distances en notes musicales ou vibrations et a une portée de 15 mètres [66, 67].
Parmi les projets et systèmes d’aide au cheminement et à l’orientation on peut citer:
Bandes de guidage podotactiles : un revêtement en relief est placé sur le sol pour former un chemin que la personne aveugle peut suivre avec une canne. La surface est constituée de cannelures parallèles espacées à intervalles réguliers (environ tous les 5 cm) dans le sens de la marche. La couleur et le contraste du revêtement peuvent aussi être utiles pour une personne malvoyante.
Cartes tactiles : ce sont des cartes en relief destinées aux aveugles. Plusieurs villes ont expérimenté le concept (Genève, Paris …). Elles représentent généralement les rues, les arrêts de transports et les plus importants éléments topographiques. Elles peuvent être accompagnées de fascicule braille avec les noms des arrêts, des lignes qui les desservent et les lieux intéressants accessibles par ces lignes. le projet ABAplans (Association pour le Bien des Aveugles et malvoyants) consiste en des plans urbains tactiles et interactifs basés sur des données géographiques et accessibles par les aveugles [102].
RIAS (Remote Infrared Audible Signage) “Talking Signs” : Des émetteurs infra-rouge (IR) sont installés dans différents endroits (bâtiments publics, arrêts de bus) et transmettent périodiquement des messages d’information vocale. Les utilisateurs balayent l’environnement avec leur récepteur et à l’interception d’une émission infrarouge, le message vocal est restitué sur le haut-parleur du récepteur. L’utilisateur peut ainsi découvrir son environnement proche et être guidé vers l’émetteur [5, 6, 14, 59, 60, 111]. Dans la même lignée de systèmes on peut citer les projets OPEN (Orientation by Personal Electronic Navigation) [69, 70], Pathfinder [69], BOS (Blind Orientation System) [109], EW (Easy Walker) [109], BILOS (Blind Information Localisation and Orientation System) [8, 57].
BlueEyes : ce système a pour objectif de « faciliter les déplacements dans le métro et le RER ». Le nom «BlueEyes» est inspiré du mot « Bluetooth » désignant une norme de communication sans fil fonctionnant à faible distance (10 mètres). Les composants du système BlueEyes sont :
o Un réseau de balises Bluetooth couvrant l’ensemble d’une station métro/RER
o Un serveur de base de données sur lequel sont définis les positions des balises, les messages vocaux, les plans de stations
o Une application sur téléphone portable Bluetooth .
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Table des matières
Introduction
Motivations et objet de la thèse
Principales contributions
Organisation du manuscrit
Chapitre 1 Les systèmes RAMPE et INFOMOVILLE
1.1 Introduction
1.2 Systèmes d’assistance aux personnes déficientes de la vision
1.3 Présentation et historique de RAMPE/INFOMOVILLE
1.3.1 Constituants et Architecture
1.3.2 Principe et fonctionnement
1.4 Simulation de RAMPE/INFOMOVILLE dans l’environnement OMNeT++
1.4.1 Introduction sur OMNeT++
1.4.2 Simulation de RAMPE/INFOMOVILLE
1.5 Limitations du système RAMPE testé à Lyon
1.6 Proposition d’amélioration du guidage auditif par le carillon des bornes
Chapitre 2 Technologies sans fil de communication et de localisation
2.1 Motivations
2.2 Technologies de communication sans fil courte distance
2.2.1 Zigbee
2.2.1.1 Norme IEEE 802.15.4
2.2.1.2 ZigBee et les couches IEEE
2.2.2 Bluetooth
2.2.2.1 Norme IEEE 802.15.1
2.2.2.2 Bluetooth et les couches IEEE
2.2.3 Wi-Fi (Wireless Fidelity)
2.2.3.1 Norme IEEE 802.11
2.2.3.2 WiFi et les couches OSI- Couche Physique
2.2.3.3 Les modes d’opération de 802.11
2.2.3.4 La couche Liaison de Données
2.2.3.5 Itinérance et réassociation
2.2.3.6 Débit réel et débit théorique
2.3 Géolocalisation – Techniques et systèmes
2.3.1 Généralités
2.3.2 Méthodes et Techniques de Géolocalisation
2.3.2.1 Méthodes géométriques
2.3.2.2 Méthodes Statistiques
2.3.2.3 Méthodes Hybrides
2.3.3 Techniques de mesure
2.3.4 Systèmes de localisation
2.3.4.1 Localisation par Satellite
2.3.4.2 WiFi Positioning System (WPS)
2.3.4.3 Systèmes de localisation par ondes radiofréquences ou infrarouges
2.3.4.4 Systèmes de localisation utilisant la diffusion des signaux de télévision
2.3.4.5 Systèmes de localisation utilisant les systèmes de communications cellulaires
2.4 Conclusion
Chapitre 3 RAMPE/INFOMOVILLE Application Protocol
3.1 Introduction et objectifs
3.2 Indicateur de qualité d’un lien WiFi
3.3 Modélisation d’un canal radio 802.11
3.4 Protocoles utilisés dans RAMPE/INFOMOVILLE
3.5 Transmission point-à-multipoint
3.6 Protocole RAP
3.6.1 Mécanisme de fonctionnement de RAP
3.6.2 RAP- protocole de la couche Session
3.6.3 Format de la trame de Service RAP
3.6.4 Trame de Bourrage
3.6.5 Trame de Statistique
3.6.6 Autres problèmes et remèdes
3.7 Simulation et évaluation de RAP
3.7.1 Simulation sur un canal réel
3.7.1.1 Expérimentation
3.7.1.2 Eléments de l’expérimentation
3.7.1.3 Simulation des protocoles RAP et UDP
3.7.1.4 Tableau récapitulatif comparatif (UDP vs. RAP sur un canal réel)
3.7.1.5 Interprétations et observations
3.7.2 Identification des paramètres du canal WiFi
3.7.3 Simulation sur un modèle de canal de Gilbert-Elliot
3.7.3.1 Description de la simulation
3.7.3.2 Tableau comparatif (UDP vs. RAP sur un canal de Gilbert-Elliot)
3.7.3.3 Histogrammes du canal de mauvaise qualité de Gilbert-Elliot
3.7.4 Comparaison UDP – RAP
3.7.5 Analyse
Chapitre 4 Positionnement et guidage dans RAMPE/INFOMOVILLE
4.1 Introduction
4.2 Principes d’un système de localisation radio et infrastructure nécessaire
4.2.1 Calibrage
4.2.2 Positionnement
4.2.2.1 Algorithmes de positionnement
4.2.3 Système Ekahau
4.3 Besoins utilisateurs et contraintes d’exploitation
4.3.1 Besoins utilisateurs
4.3.2 Contraintes d’exploitation
4.4 Proposition d’une méthodologie de calibrage avec chemins privilégiés
4.5 Expérimentation
4.5.1 Description du site et de l’infrastructure de l’expérimentation
4.5.2 Eléments de l’expérimentation
4.5.3 Scénario de base (scénario 1)- Calibrage uniforme du site
4.5.3.1 Méthodologie de calibration
4.5.3.2 Positionnement et résultats de précision
4.5.3.3 Impact de la mobilité sur la précision
4.5.4 Scénario proposé (scénario 2) – RAMPE/INFOMOVILLE RWPS
4.5.4.1 Méthodologie de calibration
4.5.4.2 Résultats de précision
4.5.4.3 Réflexions
4.5.4.4 Impact de la mobilité sur la précision
4.5.5 Scénarios de modifications et de perturbations
4.5.5.1 Scénario 3 – Elimination de quelques APs avant le calibrage
4.5.5.2 Scénario 4 – Suppression d’APs pendant le positionnement
4.5.5.3 Scénario 5 – Déplacement des APs
4.6 Guidage dans les différents scénarios
4.6.1 Guidage dans le scénario de calibrage uniforme (scénario 1)
4.6.2 Guidage dans le scénario de RWPS (scénario 2)
4.6.3 Guidage dans le scénario d’élimination d’APs avant le calibrage
4.6.4 Guidage dans le scénario de suppression d’APs pendant le positionnement
4.6.5 Guidage dans le scénario de déplacement des APs
4.6.6 RSSI durant le guidage
4.6.7 Analyse
4.7 Intégration dans RAMPE/INFOMOVILLE
Conclusions
