CAPTIV : des panneaux intelligents qui nous aident à conduire

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En France, quelque 5 000 morts par an sont dus aux accidents de la route. Ce chiffre est toutefois en baisse constante depuis plusieurs années, grâce à la prise de conscience des automobilistes, mais aussi à des solutions technologiques innovantes pour l’amélioration de la sécurité et de l’efficacité des transports terrestres. Le projet CAPTIV concerne plus particulièrement la mise en œuvre d’un système de communication au sein de l’infrastructure routière, permettant de fournir aux automobilistes, aux piétons et aux usagers des transports collectifs de nouveaux services interactifs.

Afin de fluidifier la circulation et d’éviter des accidents, différentes informations peuvent être diffusées en temps réel aux automobilistes. Pour cela, le système CAPTIV utilise les panneaux de signalisation placés à chaque carrefour pour les faire communiquer entre eux et avec les véhicules. De plus, l’information peut être transmise de chaque carrefour aux carrefours voisins.

Systèmes autonomes en énergie

Pour devenir opérationnel, un tel système doit s’intégrer facilement à l’environnement et surtout être autonome en énergie, tout en étant capable de traiter les informations routières en temps réel et de permettre les échanges d’un carrefour à un autre.

Les principales caractéristiques du système CAPTIV ont été définies pour répondre à cet objectif :

• Chaque élément émetteur ou récepteur a une portée d’au moins 100 mètres, pour que les automobilistes puissent être prévenus en amont du carrefour (en considérant les panneaux de périphérie du carrefour, cela augmente la portée globale).
• Le système est résistant à une mobilité d’au moins 90 km/h (les autoroutes ne sont pas concernées, car elles ont en général leurs propres infrastructures).
• La réactivité de 100 ms laisse le temps au conducteur d’analyser l’information et d’agir en conséquence.
• Le débit de 40 Kbits/s est suffisant pour la plupart des applications de sécurité routière envisagées.
• Une centaine d’utilisateurs peuvent utiliser le système simultanément, puisqu’il doit supporter tout type de circulation, de très fluide à congestionnée.
• Les éléments communicants embarqués sur l’infrastructure de signalisation ont une consommation entre 10 et 40 milliwatts. Alimentés par des panneaux solaires, ils peuvent ainsi être totalement autonomes en énergie (ceux qui sont embarqués dans les véhicules sont moins contraints puisqu’ils disposent des batteries de ces derniers).
• La bande fréquence de 2.4 GHz constitue le meilleur compromis pour répondre à ces différents critères. Le principal défi concerne alors la durée de vie des panneaux communicants. Parmi les normes de communication en vigueur, Zigbee (basée sur IEEE 802.15.4) semble la plus adaptée, et le développement d’un nouveau protocole moins gourmand en énergie permet l’optimisation de la consommation énergétique du réseau.

Techniques de traitement du signal coopératives

La transmission de l’information ne se fait pas individuellement, mais d’un groupe d’antennes à un autre groupe.

Des techniques de traitement de signal évoluées contribuent également à l’optimisation énergétique du système. Par exemple, pour communiquer entre deux carrefours, des répliques de la même information sont transmises par différentes antennes. Le panneau qui veut transmettre un message à un carrefour distant partage son information avec ses voisins, et ils émettent alors ensemble vers un groupe de panneaux destinataires, avant que le message ne soit relayé jusqu’à la destination voulue. La redondance d’information facilite le travail du récepteur et permet à tous les panneaux de réduire l’énergie de transmission. Des mesures sont effectuées pour vérifier que le canal de transmission soit en adéquation avec les techniques de traitement du signal employées.

Antennes transparentes

Antennes transparentes (vue microscopique).

La réalisation d’antennes planaires transparentes dans le domaine du visible constitue aussi une innovation technologique. Ces antennes seront positionnées sur le vitrage des véhicules (pare-brise ou rétroviseurs) et directement sur les panneaux de signalisation routière en n’ayant aucune incidence sur la visibilité. Les matériaux appartenant à la famille des OTC (Oxydes Transparents et Conducteurs) permettent de réaliser de telles antennes. En effet, ils ont la caractéristique d’être à la fois conducteurs électriques et transparents dans le domaine du visible. Ces matériaux sont déposés sous forme d’une ou plusieurs fines couches (d’une épaisseur variant entre la centaine de nanomètres et le micromètre) sur un support transparent.

Implantation dans un simulateur de conduite

Afin de faciliter son développement et de valider les différents algorithmes ou services répondant au cahier des charges en s’affranchissant des contraintes liées au matériel, la partie applicative de CAPTIV est implantée dans un simulateur de conduite conçu par la société ECA-FAROS.

Implantation du système dans un simulateur de conduite.

Par ailleurs, cela permet de tester l’application du point de vue d’un utilisateur final, en immergeant ce dernier dans un environnement virtuel réaliste, au volant d’un véhicule, pouvant se déplacer dans une infrastructure routière. Il est ainsi possible de réfléchir sur l’ergonomie et la pertinence des informations transmises au conducteur.

Augmenter la durée de vie d’un réseau est une tâche compliquée qui fait appel à des compétences diverses. Cela nécessite une conception concertée entre toutes les couches des protocoles de communication, de la couche physique à la partie applicative en passant par le routage de l’information. Grâce à ces avancées technologiques qui permettent une plus grande autonomie, les carrefours communicants deviendront le complément indispensable d’un navigateur GPS, puisqu’ils seront capables de délivrer une information dynamique en temps réel.

CAPTIV est un prototype d’application concrétisant les recherches de l’équipe CAIRN de l’INRIA dans le domaine des réseaux de capteurs, dans le cadre d’un programme de recherche d’initiative régionale de Bretagne avec pour partenaires l’IETR, le LRPC de Saint-Brieuc et le LabSTICC.