Estimation circulaire multi-modèles appliquée au Map matching en environnement contraint

Circular estimation multiple models applied to Map matching in constrained areas

• Auteur / Autrice : Karim El Mokhtari
• Direction : Benaissa Amami, Serge Reboul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie informatique, Automatique et Traitement du signal
• Date : Soutenance le 08/01/2015
• Etablissement(s) : Littoral en cotutelle avec Université Abdelmalek Essaadi (Tanger, Maroc). Faculté des Sciences et Techniques
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, signal et image de la Côte d'Opale (Calais, Pas de Calais) - Laboratoire d'informatique, systèmes et télécommunications (Tanger, Maroc) - Laboratoire d'Informatique Signal et Image de la Côte d'Opale / LISIC
• Jury : Président / Présidente : Mohammed Benjelloun
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benaissa Amami, Salaheddine Hamdoune
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Roland Chapuis, Mohammed Essaaidi, Salaheddine Hamdoune

Mots clés

Mots clés contrôlés

Filtres numériques (mathématiques)

Fusion multicapteurs

Estimation, Théorie de l'

Traitement d'images -- Techniques numériques

Traitement du signal -- Techniques numériques

Mots clés libres

Map matching

EStimation circulaire

Filtrage particulaire

Filtrage multi-modèles

Map matching

Circular estimation

Particle filtering

Multiple model filtering

Résumé

La navigation dans les environnements contraints tels que les zones portuaires ou les zones urbainesdenses est souvent exposée au problème du masquage des satellites GPS. Dans ce cas, le recours auxcapteurs proprioceptifs est généralement la solution envisagée pour localiser temporairement le véhiculesur une carte. Cependant, la dérive de ces capteurs met rapidement en défaut le système de navigation.Pour localiser le véhicule, on utilise dans cette thèse, un magnétomètre pour la mesure du cap dans unrepère absolu, un capteur de vitesse et une carte numérique du réseau de routes.Dans ce contexte, le premier apport de ce travail est de proposer la mise en correspondance desmesures de cap avec la carte numérique (map matching) pour localiser le véhicule. La technique proposéefait appel à un filtre particulaire défini dans le domaine circulaire et à un préfiltrage circulairedes mesures de cap. On montre que cette technique est plus performante qu’un algorithme de map matchingtopologique classique et notamment dans le cas problématique d’une jonction de route en Y. Ledeuxième apport de ce travail est de proposer un filtre circulaire multi-modèles CIMM défini dans uncadre bayésien à partir de la distribution circulaire de von Mises. On montre que l’intégration de cettenouvelle approche dans le préfiltrage et l’analyse des mesures de cap permet d’améliorer la robustesse del’estimation de la direction pendant les virages ainsi que d’augmenter la qualité du map matching grâce àune meilleure propagation des particules du filtre sur le réseau de routes. Les performances des méthodesproposées sont évaluées sur des données synthétiques et réelles.

Navigation in constrained areas such as ports or dense urban environments is often exposed to theproblem of non-line-of-sight to GPS satellites. In this case, proprioceptive sensors are generally used totemporarily localize the vehicle on a map. However, the drift of these sensors quickly cause the navigationsystem to fail. To localize the vehicle, a magnetometer is used in this thesis for heading measurementunder an absolute reference together with a velocity sensor and a digital map of the road network.In this context, the first contribution of this work is to provide a matching of the vehicle’s headingwith the digital map (map matching) to localize the vehicle. The proposed technique uses a particle filterdefined in the circular domain and a circular pre-filtering on the heading measurements. It is shown thatthis technique is more efficient than a conventional topological map matching algorithm, particularly inambiguous cases like a Y-shape road junction. The second contribution of this work is to propose a circularmultiple model filter CIMM defined in a Bayesian framwork from the von Mises circular distribution.It is shown that the integration of this new approach in the pre-filtering and analysis of the heading observationsimproves the robustness of the heading’s estimation during cornering and increases the mapmatching’s quality through a better propagation of the particles on the road network. The performancesof the proposed methods are evaluated on synthetic and real data.