Formalisme pour l'implémentation des schémas de conduite : la

Du point de vue cognitif, un schéma de conduite est une représentation fonctionnelle de l'environnement routier permettant au conducteur de se déplacer dynamiquement an d'atteindre un but tactique. Du point de vue informatique, il est donc nécessaire de dénir une structure computationnelle permettant de soutenir l'implémentation informatique des schémas tactiques sur SiVICet de simuler leur utilisation par le système cognitif du conducteur.

Tout d'abord, un schéma tactique, tel que décrit dans la section 2.5.4.2, doit permettre de générer une trajectoire à parcourir qui sera transmise au module d'exécution d'actions. Il est donc nécessaire de pouvoir construire cette trajectoire à partir du schéma. Nous avons décidé d'utiliser la trajectoire comme élément primaire de nos schémas tactiques numériques. Pour construire ses trajectoires, le conducteur utilise des points de repère dans l'environnement, les points remar-quables, que nous avons donc décidé d'intégrer à nos schémas. De plus, les schémas tactiques contiennent des zones de déplacement et des zones d'exploration perceptive permettant de struc-turer fonctionnellement l'espace routier. Les zones de déplacement peuvent être représentées par deux points, correspondant aux états Initial et Final de la zone, reliés par une trajectoire permet-tant de passer d'un état à l'autre. En pratique, l'état initial d'une zone correspond généralement à l'état nal de la zone précédente, si bien qu'un schéma peut être modélisé comme une séquence de  Fins de zones  reliées par une trajectoire. Si la zone de déplacement est courbe, il est possible d'appliquer un rayon de courbure à la trajectoire. Chaque portion de route dénissant une trajectoire entre deux points doit aussi pouvoir être enrichie d'informations événementielles, quelles qu'elles soient. Les zones d'exploration perceptive peuvent pour leur part être assimilées à un point de xation dans l'espace assorti d'un rayon d'observation permettant d'explorer la zone perceptive dans son ensemble, ce qui revient à dénir mathématiquement cette zone dans l'espace tridimensionnel comme une sphère.

Sur la base de ces spécications conceptuelles, nous nous sommes tournés vers la théorie des graphes pour pouvoir modéliser et implémenter informatiquement les schémas tactiques sur SiVIC. En eet, nous pouvons considérer l'ensemble des  ns de zones de déplacement  et/ou des  points remarquables  comme les sommets d'un graphe, et l'ensemble des trajectoires joignant les points de n de zones de déplacement comme les arcs d'un graphe. Celui-ci peut être cyclique (e.g. schéma d'un rond-point), orienté (une trajectoire se dénit avec un sens) et non-connexe (certains points remarquables ne sont pas reliés à une trajectoire), mais il existe toujours une ou plusieurs composantes fortement connexes incluses dans ce graphe (le parcours de A vers B est fortement connexe, par dénition d'une trajectoire).

Ainsi, nous proposons de modéliser les schémas de conduite tactiques au moyen de graphes composés de deux types d'éléments : des  sommets  et des  arcs , ayant certaines caracté-ristiques (chacun de ces éléments doit être accompagné d'un identiant unique pour ce graphe nommé ID type)

ˆ Les sommets du graphe peuvent correspondre aux éléments suivants :

- Début et Fin de zone de déplacement (ID _dep, coordonnées cartésiennes, condition

n pour dépasser l'état nal (e.g. vérier un ID perc))

- Points Remarquables de l'environnement (ID pr, coordonnées cartésiennes, corres-pondance avec ID _dep, Nom)

- Point Barycentrique d'une zone perceptive (ID _perc, coordonnées cartésiennes, rayon d'action)

ˆ Les arcs du graphe représentent les diérentes trajectoires reliant certains sommets entre eux (ID _arc, ID _dep1, ID _dep2, longueur, largeur de la zone de déplacement, courbure, vitesse max, etc.)

Pour faciliter la visualisation d'un tel graphe représentant un schéma tactique, la gure 29 présente un exemple de trajectoire rectiligne (courbure = 0), représentée en deux dimensions, avec comme graphe relatif :

GrapheLigneDroite(

{ ID _dep1(x ₁, y ₁, z ₁, ), ID _dep2(x ₂, y ₂, z ₂, ID _perc1), ID perc1(x 3, y 3, z 3, r 1),

ID _pr1(x ₄, y ₄, z ₄, bordRoute1), ID _pr2(x ₅, y ₅, z ₅, bordRoute2),

ID _pr3(x ₆, y ₆, z ₆, ID _dep1, medianRoute), ID _pr4(x ₇, y ₇, z ₇, ID _dep2, medianRoute) }, {ID arc1(ID _dep1, ID _dep2, longueur 1, largeur 1, courbure (=0), vitesse_max 1, ), } )

Figure 29  Exemple d'un graphe représentant un schéma tactique de ligne droite Le graphe relatif à un environnement possède tous les points remarquables possibles de l'en-vironnement, sans prendre en compte la position et les buts du conducteur. Il est en revanche

possible d'extraire plusieurs sous-graphes de cette description d'une catégorie d'environnement. Ainsi, on peut par exemple sélectionner un sous-graphe connexe non cyclique permettant de répondre à un but local : le sous-graphe des {débuts et ns de chaque zone permettant d'aller du point A au point B, et les zones perceptives associées} en passant par {les trajectoires les reliant entre eux}. Pour obtenir le graphe relatif à un environnement dont s'approche le conducteur avec un but tactique particulier à atteindre (comme tourner-à-gauche, par exemple), il est donc né-cessaire de reconnaître le graphe générique de la catégorie d'environnement dont on s'approche, puis d'extraire le sous-graphe permettant d'atteindre le but visé.

Grâce à la description des points remarquables proposée par [Mayenobe, 2004], nous pouvons modéliser un environnement grâce à la position de points dans l'espace décrivant des caractéris-tiques physiques visibles de cet environnement. Par exemple, un point remarquable est présent au centre d'un croisement nommé  centreIntersection  ( [Mayenobe, 2004], p.83), qui dénit l'origine du référentiel dans lequel sont exprimées les coordonnées des autres points remarquables du carrefour. Ce point ne peut exister dans le cas d'un environnement de type  ligne droite  car les points dénissant les bords de voies dans ce dernier environnement ne cessent jamais d'exister. Dans une infrastructure de type  croisement , la route qu'emprunte le conducteur va rencontrer une autre route perpendiculaire à la sienne. Les points de bords de voies sont donc présents jusqu'à la rencontre avec l'autre route, c'est-à-dire jusqu'à ce que les points de bords de route se confondent avec l'entrée eective dans le carrefour (voir g 30).

Le conducteur d'un véhicule explore visuellement ces points remarquables dans l'environne-ment, sans pour autant en avoir conscience. Il apparaît clairement qu'un conducteur observe les bords de voies, sans quoi son véhicule entrerait régulièrement en contact avec le trottoir. De plus, le centre du carrefour n'est pas uniquement le centre géométrique. C'est grâce à ce centre, possédant une localisation laissée à l'appréciation du conducteur, que ce dernier va placer son véhicule pour entamer une man÷uvre de tourne-à-gauche avec une approche par contournement (passer derrière le véhicule venant d'en face, tournant lui aussi à sa gauche) ou par évitement (passer devant le véhicule venant d'en face, tournant lui aussi à sa gauche).

Malgré l'aspect relatif du positionnement eectif de certains points remarquables, il reste im-muable que chaque point se situe dans une zone de l'environnement approximativement connue. Il est ensuite possible de l'explorer visuellement pour permettre une découverte plus précise. Par exemple, le centre du carrefour est relativement proche du centre physique et géométrique du carrefour, mais il est nécessaire d'explorer visuellement le carrefour pour en situer le centre. Il est donc possible de rechercher une partie des points remarquables d'un environnement avec des algorithmes de détection (via une procédure de balayage visuel). Par exemple, les points de bords de voies peuvent être détectés par un algorithme de détection des marquages au sol [Pollard et al., 2011] ou de bords de trottoirs. Une fois un certain nombre de points détectés, et principalement celui dénissant le centre du carrefour, il est possible de positionner les autres en extrapolant leur position grâce à celle de leurs semblables et aux détections faites par algorithmes. Par exemple, une fois le centre du carrefour et trois des coins du carrefour détectés, il est possible d'extrapoler la position du quatrième coin. Ensuite, la détection des marquages au sol permet de dénir les bords de voies et de routes, puis d'en extrapoler les centres de voies et de chaussées. Enn, la détection de feux tricolores permet de dénir les points remarquables relatifs à ceux-ci.

Grâce à cela, il est possible d'informer le module tactique et son générateur de représentations tactiques de la position de ces points pour qu'il instancie en conséquence la représentation mentale

Figure 30  Exemple de points remarquables dans un environnement de croisement de la situation.

Une fois les points remarquables de l'environnement intégrés par le modèle, il est nécessaire de trouver quel schéma tactique générique doit être utilisé dans cet environnement. Pour cela, nous avons une base de connaissances comportant plusieurs schémas tactiques, organisés selon une hié-rarchie. Nous pouvons commencer par éliminer des choix possibles les schémas ne correspondant pas au but local déni par le module stratégique. Par exemple, si le but est  tourner à gauche , nous ne sélectionnons que les schémas tactiques relatifs aux tourne-à-gauche. Ensuite, nous avons un ensemble de points remarquables dont la position a été mesurée dans l'environnement et un

ensemble de points dénissant une partie du graphe-schéma. Il est nécessaire de reconnaître quel graphe correspond le mieux à l'ensemble des points remarquables de l'environnement.