dans les transports terrestres
Annick Haudebourg
epuis des siècles, l’homme s’est tourné vers le ciel pour trouver son chemin. Les étoiles et le soleil fournissaient une source d’information providentielle et fiable aux premiers explorateurs et marins qui s’aventuraient dans des contrées inconnues.
Aujourd’hui, le ciel offre de nouveaux moyens pour naviguer, ce sont les satellites de navigation. En utilisant les signaux émis par des satellites en orbite autour de la terre, il est possible de localiser dans le temps et l’espace, avec une précision de quelques mètres ou secondes, des avions, des bateaux ou tout autre mobile terrestre ; de nombreuses applications se développent à partir de l’utilisation de ces signaux, alors même que leur conception ne les destinait pas en priorité à ces usages.
Le développement de l’utilisation dans les transports terrestres de l’information de position et de temps délivrée par les systèmes satellitaires est récent. Néanmoins, l’usage de ces informations devient prédominant dans ce domaine par opposition aux domaines maritimes et aériens, qui se sont positionnés bien avant comme utilisateurs potentiels.
De nombreuses fonctionnalités se développent dans le cadre des systèmes existants, mais elles sont dépendantes avant tout du marché de l’offre et de la demande et des perspectives de rentabilité. Aujourd’hui, seul le système américain GPS est réellement opérationnel et constitue l’élément sur lequel s’est développé tout ce secteur. Mais ses insuffisances, la situation de monopole dont il bénéficie et sa propriété militaire ont poussé l’Europe à chercher à développer une stratégie propre dans ce domaine.
D
Le conseil des ministres européens des Transports qui s’est tenue le 21 décembre 2000, bien que réservant sa décision dans l’attente d’éclaircissements sur les scénarios de financement qui devraient intervenir dans une deuxième phase, reconnaît la nécessité pour l’Europe de jouer un rôle à part entière dans le développement d’un système global de navigation par satellite (GNSS) ; cela pourrait renforcer la place de cette technologie dans le développement de services et produits nouveaux pour lesquels l’Europe entend tenir toute sa place, et les caractéristiques du système défini ne pourraient que favoriser le déploiement de fonctionnalités en gestation.
Les systèmes existants
Deux systèmes autonomes de positionnement par satellite existent actuellement, déclarés opérationnels depuis fin 1993 : l’un américain, le GPS (Global Positioning System) et l’autre russe, Glonass (Global Orbiting Navigation Satellite System).
Le GPS
Le système GPS a été développé par le département de la Défense des Etats-Unis et reste sa propriété. Initié en 1973, ce projet est complètement opérationnel depuis 1993. Le système se compose de trois segments majeurs : le segment spatial, le segment de contrôle et le segment utilisateur.
– le segment spatial est constitué d’une constellation de 24 satellites opérationnels répartis sur 6 orbites circulaires à environ 20 000 kilomètres d’altitude, avec un angle d’inclinaison de 55° par rapport à l’équateur et une période de rotation de 12 heures ;
– le segment de contrôle basé au sol est installé à ce jour uniquement sur le territoire américain ou dans des bases américaines d’Outremer ;
– le segment utilisateur correspond aux récepteurs et antennes qui permettent de recevoir les signaux.
Le GPS utilise le principe de la mesure de distance. Les satellites émettent jusqu’à présent sur deux fréquences : L1 à 1575,42 MHz et L2 à 1227,6 MHz.
Par la mesure du temps de propagation et du décalage Doppler des signaux émis par les satellites, le récepteur détermine sa position, sa vitesse et recale son horloge interne par rapport à un temps mondial de référence.
Théoriquement 3 satellites suffisent pour déterminer la position tridimensionnelle, mais en pratique, 4 sont nécessaires.
Ce système offrait jusqu’à récemment deux niveaux de services :
– un service standard (SPS qui émet sur la fréquence L1), accessible gratuitement à tous et opérationnel depuis décembre 1993, dont la
performance était artificiellement dégradée par le segment de contrôle américain pour être limitée à 100 mètres en horizontal ;
– un service de détermination de la position avec précision (PPS qui émet sur L1 et L2), protégé par cryptage et limité aux utilisateurs agréés par le Pentagone, de précision décamétrique.
Figure 1. Principes de la mesure GPS
Ce système permet ainsi, de façon mondiale et permanente, à un nombre illimité d’utilisateurs équipés du récepteur adéquat de se positionner et de se synchroniser avec une très grande précision par rapport aux référentiels géographiques et temporels mondiaux.
La gratuité de la fourniture de ces services a assuré une implantation et une utilisation rapide et pervasive1 du GPS, et constitué une véritable industrie.
1. Ce terme a été introduit par Negroponte, le patron du célèbre Media Lab du MIT ; il signifie que lorsque la baisse de coût se traduit par un changement d’ordre de grandeur et que la convivialité d’emploi rend la médiation par les professionnels
En accord avec l’importance prise par ce système pour leurs propres applications civiles ou militaires et avec sa portée internationale, les Etats- Unis ont réaffirmé avec vigueur leur volonté de son maintien dans des conditions opérationnelles et de sa modernisation. Cette gratuité a été poussée par la volonté affichée de l’Europe de rompre cette possible subordination.
Ainsi, dès mai 2000, le service PPS a été accessible aux civils gratuitement, sachant que, de toute façon, les utilisateurs s’y étaient adaptés, en contournant la dégradation artificielle, principalement avec des corrections différentielles. Désormais, les civils disposent d’une précision de 10 à 30 mètres au lieu de 50 à 100 mètres.
Une troisième fréquence, L5, pourrait être exploitée et participer à la sécurité des signaux fournis par le système. En outre, la nécessité de remplacer périodiquement les satellites, fournit l’occasion de perfectionner le système. Ce sera le cas avec les satellites de quatrième génération IIR et IIF qui sont les principaux candidats pour la modernisation du GPS.
Figure 2. Satellite GPS
inutile, il ne s’agit plus d’un changement quantitatif mais d’un changement de nature, apte à entraîner le changement des métiers et des organisations.
Glonass
Glonass se veut l’équivalent russe du GPS américain. Il est basé, tout comme le système GPS, sur une constellation de satellites MEO (Middle Earth Orbit). Nominalement, son segment spatial comprend 24 satellites répartis sur trois orbites à 19 000 kilomètres d’altitude. Chaque satellite Glonass transmet deux types de signal : Standard Precision (SP) et High Precision (HP).
Ce service, comme les services du GPS, est mis gratuitement à la disposition des utilisateurs civils. L’absence de dégradation artificielle de sa précision permet théoriquement à un nombre illimité d’utilisateurs de connaître leur position avec une précision horizontale d’une vingtaine de mètres, avec en particulier une meilleure couverture des pôles.
Mais le système Glonass est affecté par les difficultés que connaît aujourd’hui la Russie et celle-ci ne semble pas en mesure d’assurer la poursuite et la maintenance de son système, même si récemment 3 nouveaux satellites ont été lancés. En outre, aucun constructeur civil ne fabrique de récepteur Glonass seul.
Intérêt de la localisation par satellite
On ne peut expliquer la croissance exponentielle de l’utilisation du GPS par sa seule gratuité. Mais c’est plutôt par les caractéristiques des services délivrés et leur compétitivité économique que l’on peut comprendre un tel développement, et la naissance de toute une industrie autour du GPS (segment spatial mais plus encore segment usager).
Par rapport à des solutions plus classiques, la localisation par satellite présente en effet un certain nombre d’avantages qui rend ces systèmes potentiellement capables de concurrencer ou remplacer la plupart des moyens classiques existants.
Tout d’abord, la disponibilité de ces signaux est aisée puisqu’il est possible de les recevoir partout, tout le temps et par tous les temps, et par un nombre illimité d’usagers en même temps. La couverture est globale, et nécessite peu d’installations au sol ce qui allège les coûts de maintenance ; en outre, technologie générique, elle ouvre la voie aux bénéfices habituellement associés à ce type de technologie qui permet le développement de solutions non propriétaires. Les signaux permettent d’obtenir une localisation en trois dimensions, couplée à un temps universel, et tout cela gratuitement actuellement.
Sachant que le positionnement et le rattachement à une référence de temps commune sont des fonctions essentielles à la vie économique dans de
nombreux domaines de même que pour l’efficacité militaire, il est certain que la disponibilité d’un tel système améliore et simplifie la réalisation de la plupart des fonctions envisageables qui utilisent de telles données.
Naissance d’une industrie
Mais c’est plus encore couplés à d’autres technologies que ces systèmes vont donner tout leur potentiel en permettant la fourniture d’un service à valeur ajoutée.
En effet, savoir où l’on se trouve n’est pas une fin en soi. Et c’est associées le plus souvent à des télécommunications et des traitements logiciels, ou reposant sur des SIG (systèmes d’informations géographiques) que ces données vont montrer toute leur pertinence et ouvrir des potentialités multiples.
Enjeux pour l’Europe
D’un point de vue européen, il semblait difficile de rester à l’écart d’une telle dynamique. Un certain nombre d’insuffisances rendent peu aisée l’utilisation des données satellitaires existantes pour des applications qui requièrent des performances élevées ou spécifiques.
Ainsi, l’intégrité des données diffusées par GPS n’est pas au point pour assurer le niveau de sûreté de fonctionnement requis pour le positionnement d’un système de transport civil dans certaines de ses fonctions, de même que la disponibilité du service offert et sa fiabilité sont parfois insuffisantes ; ceci est particulièrement manifeste dans les environnements urbains, ou montagneux, compte tenu des effets de masquage ou multitrajets, ainsi que dans certaines infrastructures spécifiques comme les tunnels ; en outre, l’absence de garantie du signal empêche toute certification des applications sécuritaires, de même qu’un engagement à une quelconque responsabilité civile.
Certains de ces problèmes ont pu trouver en partie des solutions, soit par la mise en place de systèmes d’augmentation régionaux ou locaux (en particulier pour l’amélioration de la précision), soit par le développement de traitements au niveau de la couche applicative elle-même, ce qui améliore les performances de la qualité d’information du signal, soit encore par la levée même de la S/A décidée en mai 2000 par les Etats-Unis.
L’Europe devrait entreprendre le projet Galileo pour deux sortes de raisons. Tout d’abord, pour s’assurer la maîtrise des services offerts ; en
effet, les propriétaires du GPS et du Glonass exercent un contrôle sans partage sur le fonctionnement de ceux-ci et rendent l’Union européenne techniquement dépendante. Ensuite, au plan mondial, il est indispensable que les européens aient leur mot à dire dans l’évolution des services offerts.
Définition du système Galileo
Les performances visées pour la mise en place d’une nouvelle infrastructure de navigation se fondent sur la volonté d’une interopérabilité avec les systèmes existants et sur les exigences exprimées par les utilisateurs potentiels des services offerts, de l’utilisateur final aux fournisseurs de services en passant par les autorités publiques en charge de l’application des réglementations diverses. Ces objectifs essaient de répondre aux insuffisances relevées dans les systèmes existants (GPS) et de spécifier le système afin de le rendre capable de développer une industrie qui puisse répondre au défi posé par un monopole de fait avec barrière à l’entrée (gratuité du signal). L’organisation institutionnelle qui accompagnera le système développé pourra l’y aider, en assignant des objectifs à la fois de profit, de bien-être social ou de politique générale.
La double nécessité de sécurité et d’indépendance se traduit, dans le système projeté, par des exigences d’intégrité dans certains domaines – principalement ceux où la vie humaine est en jeu –, de disponibilité de service améliorée par rapport à GPS, aussi bien dans les zones urbaines (locales) que dans les régions nordiques, par une exigence de précision au moins aussi bonne que celle fournie par le GPS et améliorée pour des utilisateurs spécifiques, et enfin, par le contrôle d’une autorité civile internationale.
Le déploiement d’un service global, c’est-à-dire couvrant la totalité du globe terrestre, y compris les océans et les zones désertiques, est apparu indispensable afin de pouvoir assurer des services continus pour les applications maritimes et d’aviation, fournir les services Galileo à d’autres pays éventuels, mais également pour permettre aux équipementiers (principalement les fabricants de matériels de réception) des économies d’échelle dans un marché non segmenté.
Considérant les caractéristiques de déploiement des applications déjà existantes ou projetées, le besoin fondamental de canaux de communication est apparu incontournable. La notion de « bouquets de services » a été jugée comme devant être intégrée aux paramètres du système de navigation.
Afin de répondre aux besoins des utilisateurs et assurer le financement du système, trois catégories de services sont envisagées : un service d’intérêt
général, offert à tous les utilisateurs gratuitement ; un service payant à accès contrôlé en échange de certaines garanties de services pour les applications commerciales ; un service payant à accès contrôlé pour des applications mettant en jeu la sécurité des personnes et qui nécessitent donc un haut niveau de précision (qualité du signal et fiabilité de sa transmission), ou pour des applications de type militaire.
En outre, l’utilisation conjointe de l’un de ces trois services avec un service de télécommunications permettra de fournir les données de positionnement de manière beaucoup plus conviviale ou, le cas échéant, couplées avec d’autres informations telles qu’une carte routière ou les encombrements routiers.
En effet, au delà d’un financement par des fonds publics, seuls capables d’assurer la fourniture gratuite d’un service grand public de positionnement équivalent au GPS, condition première à la réussite du projet, plusieurs schémas de financement dits de partenariats public-privé (PPP) sont possibles et envisagés pour les compléments nécessaires aux services à valeur ajoutée.
L’architecture du système devrait reposer sur des satellites en orbite moyenne, et un segment terrestre qui pourrait se décliner en composantes régionales et locales afin de fournir des services à valeur ajoutée adaptés aux besoins dans le cadre d’un partenariat public-privé. Le travail sur les fréquences devrait se poursuivre et contribuera à l’interopérabilité posée avec le GPS et Glonass, ce qui devrait améliorer la disponibilité globale des signaux de positionnement. Ainsi, la décision d’un tel projet ne pourrait que renforcer l’intérêt de la localisation par satellite dans les transports terrestres, en levant certaines réticences de déploiement liées à l’incertitude sur l’avenir du composant central utilisé au cœur des applications ou en renforçant les performances prévues pour ces systèmes.
Localisation par satellite et transports terrestres
Parmi les marchés potentiels que ces systèmes pourraient générer (240 milliards d’euros entre 2005 et 2023 pour le GPS et Galileo, 100 000 à 120 000 emplois sur le vieux continent), les transports terrestres représentent une part non négligeable.
Caractéristiques des applications existantes ou potentielles
Les perspectives offertes par la localisation par satellite sont pratiquement sans limites, puisqu’on sait aujourd’hui localiser n’importe quel mobile à des précisions allant de 100 mètres à 1 centimètre, et ce, en
temps quasi réel ; le prix de la fonction reste évidemment dépendant, entre autres, de la précision.
Deux paramètres distinguent profondément les applications existantes ou potentielles dans les transports terrestres :
– le recours ou non à un site central fournissant diverses fonctions (information, déclenchement d’alarmes et d’interventions...) ; dans ce cas, le couplage de la localisation à la communication est déterminant et rend nécessaire la recherche de solutions standardisées ; la prise en compte de ce besoin dans Galileo pourra sans doute y aider ;
– l’aspect sécuritaire ou non des applications (qui a d’importantes conséquences sur l’ensemble des éléments du système et de l’application, en particulier en termes de certification et de chaîne de responsabilité, et pour lequel on sera dans une logique proche des applications sécuritaires de l’aérien) ; l’enjeu de Galileo est de pouvoir apporter un début de réponse à terme.
A ce propos, il est important de souligner la différence qui existe entre la sécurité de certaines applications, entendue dans le sens où elles rendent un service de sécurité (comme par exemple les applications facilitant l’appel à l’aide) et pour lesquelles la fourniture du service de sécurité est contractuelle avec l’opérateur de services, d’avec les applications pour lesquelles les signaux satellitaires participent à la sécurité même du système et font partie de la boucle de certification.
Ces deux critères conditionnent grandement la diffusion des applications aujourd’hui, compte tenu des caractéristiques des systèmes de localisation actuels; en outre, les conditions d’évolution des mobiles, soit dans des zones urbanisées, des environnements semi-fermés (zones industrielles telles que les ports), soit sur des routes bordées de végétation ou encaissées (montagne), nécessitent actuellement que des progrès importants soient faits dans le traitement du signal, afin de pouvoir résoudre ces difficultés spécifiques de multitrajets ou masquage ; ces préoccupations étant présentes dans la définition même de Galileo, on peut penser qu’elles ne constitueraient plus un handicap du même ordre si le projet était définitivement adopté.
Conditions d’émergence
Un certain nombre de points techniques doivent être résolus et des conditions économiques rassemblées pour que les applications de la localisation par satellite puissent se développer sans problème dans les transports terrestres.
On peut citer en particulier :
– le développement de localisateurs à bas coût, en particulier pour les applications automobiles telles que l’aide à la navigation ;
– la mise au point de récepteurs de très haute précision pour certaines applications professionnelles ;
– le développement de récepteurs de haute intégrité pour les applications sécuritaires qui ne peuvent souffrir la moindre défaillance ;
– la diffusion de corrections différentielles (même si elle est moins nécessaire que précédemment) selon des canaux et protocoles de communication normalisés ;
– l’élaboration de solutions ayant pour objectifs d’assurer la continuité du signal dans des infrastructures spécifiques (comme dans les tunnels) ;
– la recherche de solutions standardisées pour la communication associée le plus souvent à la localisation, à un coût rendant toujours attractif la gratuité actuelle de la localisation par satellite ;
– une meilleure accessibilité et une amélioration des procédures de mise à jour des bases de données cartographiques.
Les applications des transports routiers
On peut classer les applications des transports routiers en trois catégories :
– les transports routiers professionnels, de voyageurs ou marchandises, toutes zones ;
– les transports publics de voyageurs en zones urbaines ; – les transports individuels.
Les transports routiers professionnels toutes zones
Ce sont des activités exercées le plus souvent par des entreprises privées, dont la majorité d’entre elles sont des PME, pour lesquelles la contrainte économique est forte. Les problèmes d’exploitation rencontrés sont les aléas, tant sur les horaires que sur les itinéraires.
Quatre applications principales nécessitant le recours aux informations de position et de temps distribuées par les systèmes satellitaires peuvent déjà être identifiées :
L’aide à la navigation : à l’heure actuelle, essentiellement les services d’urgence sont intéressés par cette application, mais on peut penser qu’avec la modification des règles du cabotage routier, cette application deviendra rapidement indispensable pour les nouveaux entrants sur une zone ; la
localisation fournie par les systèmes va être exploitée immédiatement en local et va permettre de guider le conducteur par rapport à une banque de données cartographiques embarquée à bord du véhicule.
La gestion de flotte : c’est de loin la principale application, qui concerne tous les secteurs de marchandises et les transports spécialisés ; en équipant les véhicules de récepteurs du signal de position et de moyens de transmission radio, les informations obtenues en local sont ensuite remontées et collectées par un centre distant qui va en assurer l’exploitation et l’éventuelle rediffusion ; à partir de toutes les positions remontées, il devient alors possible d’affecter de façon optimale les missions de toute une flotte en temps réel depuis un seul poste de commandement.
Ces applications de gestion de flottes ont, en règle générale, les exigences les plus faibles en termes de qualité du signal, et ont pu ainsi largement se développer avec les systèmes existants, impulsées par l’initiative privée et guidées par la seule rentabilité à court terme.
Mais si la gestion des flottes interurbaines de camions ou d’autocars peut se satisfaire de « trous » dans la disponibilité du signal en traversant des zones urbaines ou périurbaines, il n’en va pas de même de la gestion de flottes de transporteurs de fonds ou d’ambulances en zones urbaines.
En effet, en milieu urbain, la disponibilité du signal GPS actuel peut dans certaines zones être réduite à moins de 50 % en raison du masquage de l’observation des satellites par les obstacles que constituent les immeubles, alors que la précision peut être dégradée d’un facteur de 2 à 10 compte tenu des réflexions multiples des ondes radioélectriques sur la façade des constructions, cause d’interférences multiples.
Des solutions ont pu être trouvées en dehors du système satellitaire, comme l’augmentation de la précision par des corrections différentielles, ou l’amélioration de la disponibilité en hybridant le positionnement par satellite avec des capteurs d’estime et des procédures de recalage sur des cartes ; mais si la mise en œuvre de tels moyens peut être efficace, elle peut en augmenter considérablement le coût, élément très sensible dans ce secteur.
On peut déjà citer un certain nombre d’entreprises qui, pour des raisons d’efficacité économiques et commerciales, ont introduit ces techniques de localisation par satellite couplées à un moyen de communication.
Ainsi, dans le groupe Giraud, qui compte une flotte de 3 000 véhicules, c’est la volonté initiale de réduire les coûts de transport, et en particulier la consommation de carburant, qui a conduit à définir un système d’information global pour l’entreprise, intégrant le mobile comme une unité de production déportée capable de gérer ses propres données (facture,
temps de travail…). Intégrant un GPS, cette informatique embarquée est basée sur un système d’acquisition et de transfert de données, et est organisée autour d’une carte à mémoire et de liaisons temps réel entre l’informatique embarquée et le SI d’exploitation de l’entreprise (pour le positionnement des véhicules, l’optimisation des trajets en exploitation, les gestion des heures de conduite, la gestion des temps client). Quant au lien de communication, seule une approche économique a fait privilégier un lien GSM-SMS dans les conditions commerciales actuelles.
Pour les transports Chevrier, PME à vocation internationale installée en Savoie et disposant d’une flotte d’une cinquantaine de véhicules qui sillonnent toute l’Europe, c’est la nécessité de chercher à optimiser l’utilisation de ses ressources tant humaines que matérielles, afin de pouvoir faire face à une concurrence très vive, qui a poussé l’entreprise à investir. Un récepteur de positionnement par satellite détermine à chaque seconde la position géographique de chaque camion ; ce récepteur est couplé à un terminal de communication par satellite Inmarsat-C, qui transmet l’information de position vers le siège de l’entreprise, en même temps qu’il permet d’envoyer au chauffeur des messages écrits. Ainsi, c’est sur son trajet que le chauffeur apprend s’il doit effectuer une escale ou un détour, ou prendre en compte la modification d’un ordre par un client ; une telle capacité de réaction et d’adaptation conduit à une activité fret à la demande, pour laquelle les trajets n’ont plus à être programmés ; cette optimisation assure que tous les camions roulent chaque jour et peuvent mieux exploiter la Bourse de fret nationale et internationale. Outre les temps d’immobilisation réduits, c’est une nouvelle relation client qui s’instaure, le siège de la société étant capable à tout moment de rassurer le client sur son chargement et la programmation de son arrivée.
Du côté des chauffeurs, certains ont pu y voir au début une atteinte à leur liberté en ayant le sentiment d’être suivis à la trace, mais rapidement, ils ont compris aussi que ce système leur permettrait de mieux bénéficier des heures de repos imposées par le contrat de progrès signé par la profession, de même qu’il leur permet de rompre leur isolement.
Une centralisation via l’informatique de l’exploitation des camions circulant dans toute l’Europe et suivis grâce à un GPS est aussi un des deux piliers, à coté de l’exploitation des contradictions ou des vides de la réglementation européenne, sur lequel s’appuie la nouvelle concurrence du transporteur allemand Willi Betz, spécialisé dans le déplacement international de transport par lots.
C’est donc un renouvellement de la profession que ces systèmes opèrent, dans lequel le tractionnaire laisse place au logisticien afin de mieux faire face à la concurrence.
L’appel d’urgence : pour l’instant, peu de transports routiers professionnels sont intéressés par cette application, très utile en cas d’agression. Elle permet d’avertir le service d’urgence adéquat et de lui communiquer la position du véhicule. On peut penser qu’elle serait particulièrement utile pour des transports spécifiques à hauts risques, soit en raison de leur valeur (transporteurs de fonds), soit de leur dangerosité (transports de matières dangereuses). Mais la difficulté d’organiser les services de secours limite de telles applications aux transports nationaux et explique sans doute en partie cette faible diffusion.
Les applications d’arbitrage des litiges : l’information de positionnement par satellite pourrait servir à départager certains litiges auxquels sont très souvent confrontés les transporteurs routiers : les ports, la grande distribution ou certains chargeurs les font souvent attendre plusieurs heures avant d’être chargés ou déchargés, sans aucun dédommagement pour le temps perdu. Ces applications encore peu répandues paraissent susceptibles de s’étendre à l’avenir ; n’ayant pas de rapport avec la sécurité des transports, elles peuvent nécessiter néanmoins des performances élevées en termes de précision et de disponibilité pour pouvoir être reconnues comme preuves par les tribunaux.
Les transports collectifs de voyageurs en zones urbaines
Les techniques de positionnement par satellite ont déjà donné lieu à de nombreuses applications dans ce secteur. Ces applications exigent en général des performances relativement modestes quant à la qualité du signal, du fait que la précision du système de base peut être augmentée par une infrastructure différentielle locale, et que les effets de masque peuvent être atténués avec des capteurs d’estime et des procédures de recalage sur carte. Le problème qui reste entier est celui du lien de communication, toujours à rechercher en l’absence de solutions standardisées.
Pour améliorer la qualité de service dans les transports en commun, la préparation du trajet et ses conditions de déroulement prennent une place de plus en plus importante dans l’offre transport ; les usagers souhaitent être informés en temps réel de l’approche du prochain bus, et sur le temps de trajet pour se rendre à leur destination. En fait, les compagnies de bus ne doivent plus simplement convaincre qu’elles fournissent un service viable et alternatif par rapport aux autres moyens de transport, mais elles doivent
désormais chercher à fidéliser leurs clients au travers de nouveaux services aux améliorations innovantes.
Ainsi, dès 1993, après une phase prototype concluante débutée en 1991 sur la radiolocalisation par GPS de véhicules de surface, la RATP décidait de lancer Altaïr, une des deux applications phares de la RATP bâties autour du GPS2.
De même, dans l’agglomération lyonnaise, le Sytral, assisté de la Semaly, met en place un système d’information dynamique des voyageurs, destiné à améliorer les services offerts aux clients du réseau des bus et reposant sur des principes semblables. Il doit permettre de fidéliser les clients actuels et amener de nouveaux clients en simplifiant l’utilisation du réseau de transports collectifs, en améliorant le confort d’attente aux arrêts et en contribuant à la ponctualité et à la régularité des passages grâce à des fonctions d’aide à l’exploitation. Ce projet verra l’équipement de 1 000 bus, 500 arrêts et plusieurs pôles intermodaux. Des bandeaux lumineux et une synthèse sonore seront installés dans les bus. Les arrêts seront munis d’une borne d’information dynamique. Depuis le PC de chacun des 9 dépôts, les exploitants pourront superviser l’état des bus, l’affichage sur les bornes et envoyer des informations aux clients.
Les bus et les véhicules d’intervention sont, comme dans le cas parisien, localisés à l’aide d’un système hybride comprenant un GPS assisté de capteurs à l’estime. Les différents moyens de communication pour les transmissions de données au sein du Système d’information dynamique des voyageurs sont adaptés aux différents besoins de débit d’information, de distance et de mobilité des éléments. Le déploiement du système devrait se faire en 2001.
Ainsi, dans ce secteur, les systèmes de localisation semblent avoir démontré leurs avantages, et perdent leur caractère pionnier ; les petits réseaux désormais s’équipent (Provins, Melun, Sénart…). L’architecture globale du système reste a priori la même, mais le lien de communication adopté et l’intégration plus ou moins avancée avec les systèmes d’aide à l’exploitation et à l’information précédemment mis en place ou développés à cette occasion dans les réseaux sont différents.
Ainsi, à Toulouse, ce n’est pas le chauffeur qui demande directement la priorité au feu lorsqu’il s’en approche, mais le PC de régulation qui, grâce à l’équipement des bus en GPS, peut connaître leur position à tout moment et les situer par rapport aux autres bus. C’est le PC qui, disposant de ces informations, va juger s’il y a lieu de demander une priorité ou pas, et qui peut aussi demander au chauffeur d’accélérer ou non dans un souci de
2. Voir l’article de A. Ampélas.
régulation. L’ensemble des bus du réseau toulousain devrait être équipé pour fin 2001, et permettre ainsi le déploiement du système Sitere, système d’information de la clientèle en temps réel appuyé sur l’équipement des bus en GPS.
Figure 3 Architecture générale d'un système de gestion de bus
Exploitation de flottes spécifiques : les taxis
Les Taxis Bleus, entreprise parisienne de taxis, a été l’une des premières à équiper ses taxis de boîtiers de localisation GPS. L’objectif était d’affecter les courses de taxi avec équité entre les chauffeurs tout en optimisant les délais d’approche, d’améliorer le service au client en lui communiquant immédiatement un délai d’arrivée du taxi fiable et en diminuant le temps d’attente par la constitution d’une base de données de temps de parcours, d’informer en temps réel les taxis sur l’offre et la demande.
Ici, le réseau de communication choisi est un réseau radio-numérique privé 3RP, qui, outre la transmission des données fournies par le satellite, autorise également les dialogues classiques entre taxis et centrale ; ainsi, cette liaison permet à l’opératrice de préciser certaines informations complémentaires qui permettent au chauffeur d’accepter ou de refuser la course en connaissance de cause.
Parallèlement, les chauffeurs disposent, grâce à ce système, d’une gamme de nouveaux services associés, comme le système d’alarme relayé par la radio numérique en cas d’agression, la connaissance du nombre de taxis présents à une station, l’évaluation du trafic, le contournement des voies encombrées, un service de calcul du coût de la course et le paiement par carte bancaire sécurisé.
La localisation des taxis s’est améliorée depuis la suppression de la dégradation volontaire (SA) du signal en mai 2000, et les Taxis Bleus estiment aujourd’hui qu’une demande peut être traitée en 14 ou 15 secondes ; cette nouvelle configuration permet d’offrir au client une plus grande certitude en termes de délais d’approche.
D’autres compagnies se sont désormais équipées. L’intérêt d’un tel équipement ne semble désormais plus à démontrer pour ce type d’application. Seul le coût global du système est un frein à un développement plus large, en particulier sur des flottes plus petites ; la solution est sans doute dans la recherche d’une mutualisation des investissements localement, en considérant des flottes diverses ayant des besoins en localisation et communication semblables. C’est ainsi qu’une gestion des flottes municipales (police, fourrière, ramassage des ordures, ambulances…), pourrait être utilement regroupée autour d’une telle architecture de système et en assurer ainsi une certaine rentabilité.
Des transports à la demande pourraient également se développer, ciblés sur des populations spécifiques (les handicapés, par exemple) ou des segments de besoins. Déjà, quelques opérations sont en cours.
Les transports individuels
Les constructeurs et équipementiers automobiles ont beaucoup travaillé depuis une quinzaine d’années tant en Europe qu’aux Etats-Unis ou au Japon à la mise au point d’applications destinées aux conducteurs de voitures automobiles, fondées sur l’utilisation de l’information de position et de temps des systèmes satellitaires.
Aide à la navigation : les applications des transports individuels qui ne recouvrent pas un aspect sécuritaire sont typiquement celles qui relèvent globalement de l’aide à la navigation. Elles visent à conseiller le conducteur notamment sur le choix de la route à suivre pour atteindre une destination déterminée ou pour faire face à une situation dégradée.
Utilisant une cartographie vectorisée, un module de localisation basé sur du map-matching, des capteurs d’estime et le GPS, le système calcule un itinéraire permettant de rejoindre une destination mise à jour sous forme
d’adresse, de point sur un fond de carte ou de service, évalue en temps réel la position du véhicule sur le réseau vectorisé, et fournit carrefour après carrefour les indications de guidage, avec une adaptation de l’itinéraire si le véhicule quitte le trajet calculé. Plusieurs fournisseurs en Europe proposent de tels systèmes mais leur coût les place encore au rang de l’usage confidentiel, contrairement au Japon, où une diffusion large de ces systèmes existe déjà, sans doute favorisée à la fois par la spécificité japonaise de la numérotation des rues et aussi par une intégration de ces systèmes en première monte.
Dans de tels systèmes, le GPS est utilisé pour initialiser ou réinitialiser la position du véhicule après une sortie du réseau, fournir des informations de localisation hors réseau (par exemple en cas de route non vectorisée) et éventuellement calibrer des paramètres de l’estime.
L’élément coût reste prépondérant pour ces applications grand public.
C’est donc la recherche de localisateurs à bas coût intégrés qui sera déterminante pour la diffusion de ces systèmes, ainsi que le maintien de la gratuité du signal, plus que l’amélioration de celui-ci.
On peut y rattacher l’information trafic, pour laquelle le système de localisation va permettre l’envoi d’informations personnalisées sur le trafic, et son corollaire éventuel, le renvoi par l’automobiliste d’informations de traçage, contribuant à rendre possible cette information.
Appel d’urgence ou télé-assistance : les systèmes de télé-assistance connaissent déjà des premières mises en service aux Etats-Unis et répondent à une forte demande sécuritaire de la population; ils mettent en jeu des techniques nouvelles de télécommunication. Ce concept de télé-assistance est développé en France en particulier par Peugeot/CGEA (Stacad) ou déjà commercialisé par Renault sous le nom de Odysline.
Le cœur du produit est constitué autour de quatre éléments : le GSM, qui va permettre la transmission de la voix ou des données ; les moyens de déclenchement améliorés, volontaire ou automatique (liaison avec un capteur de choc) ; le GPS dont les points GPS récents vont servir à localiser précisément le véhicule ; le quatrième est constitué par le ou les centre(s) de réception des appels. La base du concept est de lier plusieurs besoins, et ainsi de créer une valeur suffisante pour déclencher l’achat du système et de l’abonnement au service.
Les bénéfices attendus sont un appel plus rapide et plus sûr des secours, sachant que la rapidité d’intervention est déterminante, un meilleur dimensionnement possible des moyens, une alerte plus rapide des véhicules en amont de l’accident afin d’éviter les suraccidents.
D’autres services pourraient se trouver dans les possibilités de guidage fin à distance du véhicule (ouverture ou verrouillage à distance du véhicule sans clés, aides à la maintenance…). La difficulté réside dans l’organisation du service qui recevra les appels et la nécessité, pour garantir la qualité du service, que les conditions de traitement et de transmission des appels et des données sachent dispatcher de façon pertinente les appels de « service » de ceux de « sécurité » ; c’est à cette condition que ces systèmes pourront utilement compléter les systèmes publics d’appel d’urgence.
Automatisation de la conduite : les applications de guidage automatique visent à une automatisation de la conduite, que ce soit dans une première version avec les aides à la vigilance, ou dans des visions plus futuristes, comme la route automatisée.
Les exigences des applications de guidage automatique demandent encore à être précisées, en dépit de premières expérimentations qui laissent à penser que la précision sera de l’ordre du décimètre; en tout état de cause, l’aspect sécuritaire des concepts les plus poussés risque d’entraîner une évolution de la responsabilité de la tâche de conduite, et exiger des performances du niveau de celles de l’aérien.
Localisation de véhicules volés : l’enjeu économique associé au vol de véhicule, au-delà des aspects techniques et de la nécessaire volonté politique au niveau européen, demande la mise en œuvre de moyens complexes relevant tant d’une nécessaire organisation transfrontière vers les pays de l’Est, que de moyens techniques, acteurs ou contraintes multiples à prendre en compte (sécuritaire, législative, économique), problèmes de fiabilité et sécurité ; néanmoins, parmi les nombreux systèmes de détection électronique après-vol, mêlant divers moyens de communication et localisation, le GPS figure dans la majorité d’entre eux.
Gestion du trafic : l’équipement de flottes de véhicules en équipements de localisation par satellite permet de fournir un certain nombre de services à valeur ajoutée dont on n’entrevoit que partiellement les potentialités, mais où la gestion de trafic est souvent mentionnée.
L’émergence de capteurs décentralisés par rapport à des systèmes de recueil attachés à l’infrastructure et plus centralisés va nécessiter de chercher des complémentarités et des partenariats entre les différentes sources de recueil. Ainsi, le service Visionaute va utiliser des informations de trafic qui émanent d’une part des gestionnaires de voirie de Paris et du SIER (service interdépartemental d’exploitation routière), et d’autre part de la détermination des temps de parcours d’une flotte de véhicules traceurs.
C’est la fusion de ces données qui va être l’élément important et va
permettre l’existence d’une base de données étoffée sur l’Ile-de-France, mise à jour plus fréquemment et plus fiable.
De même, les données GPS hybridées recueillies depuis les bus toulousains sont transmises et réinjectées dans le système global des données circulation de la ville.
L’intégration de données de sources de caractéristiques différentes nécessitera l’introduction de filtres de cohérence à tous les niveaux du traitement. Ainsi, ces nouvelles technologies de positionnement permettent de déconcentrer les capteurs, et ainsi d’économiser sur l’investissement en stations de recueil.
L’enjeu est de savoir quelle va être la pertinence de ces données provenant de nouvelles sources et comment elles vont pouvoir s’intégrer dans des systèmes de gestion de trafic et d’information à l’usager, alimentées habituellement par des systèmes de recueil publics plus attachés à l’infrastructure ; il va falloir prévoir les évolutions fonctionnelles mais aussi organisationnelles que l’émergence et l’intégration de ces nouvelles sources et ces nouveaux acteurs risquent d’entraîner.
Système de péage : les systèmes de positionnement par satellite peuvent aussi ouvrir une nouvelle voie pour l’imputation des externalités des transports, et contribuer aux exigences d’une politique de développement durable. Les performances spécifiées pour Galileo pourraient contribuer à une telle orientation.
On peut en effet envisager de calculer le montant du droit d’usage des autoroutes ou d’autres infrastructures par certains types de véhicules au moyen d’un système de positionnement par satellite ; ce concept semble en particulier adapté au péage multivoies sans affectation des voies et sans arrêt spécifique ; il demande de qualifier néanmoins la communication.
Les applications des transports guidés
Contrairement à l’analyse des fonctionnalités potentielles menée dans les autres secteurs des transports, le caractère monodimensionnel du mouvement des véhicules a pour effet que les processus de décision mis en jeu par le conducteur de la locomotive diffèrent de ceux de ses homologues des autres modes de transport.
Cette situation jointe à la concentration des entreprises de transport ferroviaire fera qu’ il n’y aura pas un réel besoin d’aide à la navigation dans les transports guidés, au sens donné à ce terme jusqu’à présent ; en
revanche, les systèmes qualifiés jusqu’ici d’aide à la gestion de flottes et du trafic vont jouer un rôle primordial.
Gestion des véhicules et de l’infrastructure
Le positionnement par satellite peut permettre de transformer radicalement la gestion des véhicules qui en sont équipés dans le monde ferroviaire, un peu à l’image de ce qui se passe dans le routier.
Tout comme pour le monde automobile, en équipant un véhicule ferroviaire d’un récepteur GPS et d’un lien radio avec le sol, il est possible de centraliser les positions de toute la flotte ainsi équipée, dans un centre de dispatching, et de mettre en œuvre des applications de gestion de flotte et de suivi. Cette localisation pourra concerner soit des trains entiers, soit des véhicules isolés (locomotives ou wagons). Concernant la gestion de trains entiers de fret, elle a été la première application mise en œuvre aussi bien par la SNCF que par la Deutsche Bahn.
En ce qui concerne les trains de voyageurs, ce n’est qu’après la grave crise de janvier 1997 qui, avec une conjonction d’éléments météorologiques indésirables, avait entraîné une situation difficile au cours de laquelle la SNCF ne savait plus elle-même où étaient ses trains, que la direction Grandes Lignes a demandé aux chercheurs de la SNCF de développer « Lotus » (localisation des rames TGV par utilisation du satellite), afin de pouvoir réagir plus vite en situation perturbée.
Ce système tout d’abord expérimental a pour but de localiser les TGV (de façon plus souple que le système de balises au sol actuel), d’identifier leur utilisation et de suivre le trafic en temps réel. Le GPS sera couplé à un lien GSM, ces deux technologies ayant été jugées en l’état actuel les plus fiables et les moins « gourmandes » en investissements.
Le dispositif permettra de localiser une rame en cinq minutes et l’ensemble du parc en dix minutes ; en outre, le géoréférencement permettra d’identifier le lieu exact où se trouve l’engin, même si c’est à l’étranger. En interrogeant le système, il sera également possible de connaître l’orientation de la rame et la numérotation commerciale des voitures et tout élément important pour réutiliser le matériel dans de bonnes conditions.
Le positionnement par satellite peut être aussi employé pour localiser l’infrastructure ferroviaire, que ce soit les matériels de signalisation, les ouvrages d’art ou la voie de chemin de fer elle-même, afin d’en relever les défauts. La localisation des objets ponctuels avec une plus grande précision que par le bornage kilométrique actuel, peut déjà être une aide considérable pour le travail des équipes de maintenance.
Figure 4. Architecture générale de Lotus, en test sur 24 TGV
Les applications sécuritaires
Ce sont essentiellement les applications de contrôle-commande qui vont être concernées. On peut distinguer les applications relatives aux grandes liaisons, à trafic dense et dont le projet européen Ertms (European Rail Transport Management) est l’illustration majeure, le contrôle de l’exploitation des lignes à faible trafic et les applications liées à la pendulation.
Les applications du transport intermodal
Par transport intermodal, il faut entendre la suite des opérations de transport qui mettent en jeu plusieurs modes de transport et conduisent les passagers et/ou les marchandises de leur point de départ à leur destination.
Par définition, les passagers ou marchandises impliqués dans un transport intermodal utilisent des itinéraires appropriés, un mode déterminé de transport, et transitent, aux points de rupture de charge, par des terminaux de plus en plus spécialisés. L’exemple le plus typique de transport intermodal est celui du transport par conteneur.
Les principaux types d’application seront le suivi du trajet de point à point des conteneurs et l’aide aux opérations d’empilage et désempilage des conteneurs sur les terminaux portuaires, ferroviaires ou autres.
Le développement de méthodes de gestion industrielle à flux tendus exige de plus en plus d’informations précises sur les délais de fourniture et de livraison, de même que le transport de conteneurs réfrigérés ou de matières dangereuses se développe et requiert un suivi. Les améliorations de la logistique que ces techniques favorisent sont un atout dans la concurrence internationale.
De même, avec le développement de la mobilité, le chaînage de plusieurs modes de transport devient de plus en plus fréquent dans le déplacement des voyageurs, et les systèmes de positionnement sont un atout qui peut, à la fois du côté des transporteurs, favoriser le chaînage sans attente de différents modes dans les pôles d’échange, et en même temps, du côté du voyageur, ouvrir la possibilité d’une information personnalisée qui prendra en considération les informations temps réel issues des systèmes d’aide à l’information des voyageurs ; on a donc bien là des potentialités nouvelles à chaque bout de la chaîne du transport de voyageurs, qui constitue un formidable outil d’aide au déplacement, comme d’aide à la politique des transports.
Conclusion
Impulsés à des fins militaires, les systèmes de localisation par stellites sont maintenant partie prenante des applications civiles et constituent un progrès sans précédent dans l’histoire du développement des moyens de distribution de cette information.
Si les transports terrestres ne se sont intéressés que récemment à cette technologie, le GPS disparaît désormais dans nombre d’applications, où il n’est qu’un élément associé à d’autres technologies. Néanmoins, les données qu’il fournit sont indispensables au fonctionnement des systèmes et la garantie de leur maintien demeure une exigence pour l’avenir. Au travers des services nouveaux développés, les organisations sont entrées dans l’ère du temps réel et de profonds changements dans les métiers ou les structures ont souvent accompagné ces nouvelles applications. En particulier, ils permettent au transporteur de devenir logisticien et de répondre aux nouveaux besoins des entreprises. De même, ils contribuent à la fidélisation d’une clientèle dans les transports publics.
Un effort pour le développement de l’utilisation de la localisation par satellite pour les usages sécuritaires reste encore à faire, il participe à l’intérêt d’une stratégie européenne propre pour l’application des technologies satellitaires.
Tous ces usages demandent des spécifications en termes de disponibilité, intégrité et fiabilité du signal qui sont incompatibles avec les caractéristiques des signaux GPS actuels.
Bibliographie
BORIE A., « Galileo, la navigation européenne par satellite », Revue Navigation, avril 2000.
INSTITUT FRANÇAIS DE NAVIGATION, « Etude de développement des systèmes satellitaires européens satisfaisant aux besoins des usagers civils », Predit 1996.
Communication de la commission au Parlement européen et au Conseil sur Galileo, novembre 2000.
