Estimation circulaire multi-mod`eles appliquée au Map matching en environnement contraint

190 Pages·2014·6.82 MB·French

CGR de Calais Universit(cid:19)e Abdelmalek Essa^adi
E(cid:19)cole Doctorale Sciences pour l’Ing(cid:19)enieur Facult(cid:19)e des Sciences et Techniques
Num(cid:19)ero d’ordre : ....... Tanger - Maroc
(cid:18)
THESE EN COTUTELLE
pr(cid:19)esent(cid:19)ee et soutenue publiquement le 08 janvier 2015
pour l’obtention du grade de
Docteur de l’Universit(cid:19)e du Littoral C^ote d’Opale
et Docteur de l’Universit(cid:19)e Abdelmalek Essa^adi
(Discipline : G(cid:19)enie Informatique, Automatique et Traitement du Signal)
par
Karim EL MOKHTARI
Titre :
Estimation circulaire multi-mod(cid:18)eles
appliqu(cid:19)ee au Map matching en
environnement contraint
Composition du jury
Pr(cid:19)esident : Mohammed BENJELLOUN
Professeur (cid:18)a l’Universit(cid:19)e du Littoral C^ote d’Opale, Calais, France
Rapporteurs : Mohamed ESSAAIDI
Professeur (cid:18)a l’ENSIAS, Universit(cid:19)e Mohammed V, Rabat, Maroc
Roland CHAPUIS
Professeur (cid:18)a l’Universit(cid:19)e Blaise-Pascal de Clermont-Ferrand, France
Salaheddine HAMDOUNE
Professeur habilit(cid:19)e (cid:18)a la Facult(cid:19)e des Sciences et Techniques, Tanger, Maroc
Directeurs de Th(cid:18)ese : Serge REBOUL
Ma^(cid:16)tre de Conf(cid:19)erences HDR (cid:18)a l’Universit(cid:19)e du Littoral C^ote d’Opale, Calais, France
Benaissa AMAMI
Professeur (cid:18)a la Facult(cid:19)e des Sciences et Techniques, Tanger, Maroc
LIST
Laboratoire d’Informatique, Signal Laboratoire d’Informatique,
Image de la C^ote d’Opale { EA 4491 Syst(cid:18)emes et T(cid:19)el(cid:19)ecommunications

Àlamémoiredemonpèrequiafaitdemoil’hommequejesuis,
Àlapersonnequim’adonnélavieetl’amourinconditionnel,mamère,
Àlafemmequirègnesurmoncœur,monépouse,
Auxtroispetitesétoilesquiilluminentmonciel,mesenfants.
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ii
Remerciements
JevoudraisadressermespremiersremerciementsàmonencadrantMonsieurSergeReboul.
Je ne saurais trouver les mots pour vous remercier de votre dévouement, votre disponibilité et
votresupportsanslimite.Vousavezsumeredonner"l’envied’avoirenvie",etrendrecetravail
du vrai plaisir au lieu d’un lourd devoir. Vous avez ravivé en moi l’esprit de défi, de courage et
decuriositémalgrélalonguedistancequinoussépareauquotidien.
En ce même instant, je me rappelle du mois de juin 2006 et d’un grand nom dans l’histoire
decettethèse,MonsieurMohammedBenjellounquim’avaitinvitéàl’ULCOetétaitàl’origine
de mon premier contact avec le monde de la recherche. Vous êtes aussi le Directeur de mes
travauxenFrancependantlespremièreannéesdecettethèse.Nulmotnepourraitexprimerma
gratitudepourtousvosefforts,votregentillesseinégaléeetpourlegrandhonneurquevousme
faitesenprésidantmonjury.
J’adressemessincèresremerciementsàMonsieurBenaissaAmami,monDirecteurdethèse
au Maroc. Vous n’avez épargné aucun effort bien avant de commencer cette thèse pour m’en-
courager à me lancer dans ce domaine. Merci pour vos suggestions pertinentes, votre suivi et
votresoutienquej’aibeaucoupappréciélelongdecesannées.
Jetiensàremercierl’ensembledesmembresdemonjurydethèse,jepenseàMessieursMo-
hamedEssaaidi,RolandChapuisetSalaheddineHamdouneparleurtravailprécisetconstructif
derapporteurs.Jevousremerciepouravoirutilisévosconnaissancesdanslalecturefinedemon
manuscrit.
Je ne pourrais terminer cette page de remerciements sans citer plusieurs noms, je pense
notamment à Jean-Bernard Choquel pour sa collaboration enrichissante et ses retouches minu-
tieuses,àFlorianBeauboispoursonaidedanslesexpérimentations.Unremerciementfraternel
àdesnomsquimesontchersMonirAzmani,GeorgesStienneetAbderrahimBourkane.Merci
pour les excellents moments partagés à Calais et au Maroc. J’adresse aussi ma reconnaissance
àl’ensembledespersonnesquiontcontribuédeloinoudeprèsàlaréussitedecetravail.
Je n’oublie pas dans les dernières lignes de cette page d’adresser mon remerciement et
mon amour à mon épouse pour son affection, son soutien inconditionnel et surtout sa patience
pendantmeslonguesheuresdetravail.Merciàmeschersparentspourl’éducationqu’ilsm’ont
apportéeetl’amouretl’affectionqu’ilsm’ontoffert.
KarimElmokhtari
iii
iv
Table des matières
Remerciements iii
Glossaire ix
Abréviations xiii
Introductiongénérale 1
Chapitre1 - Mapmatching 5
1.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.2 Positionduproblème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.3 Analysegéométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.1 Mapmatching«point-to-point» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.2 Mapmatching«point-to-curve» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.3.3 Mapmatching«curve-to-curve» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
1.3.4 Matchingdesurface(«Areamatching») . . . . . . . . . . . . . . . . 13
1.4 Analysetopologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.1 Algorithmetopologique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.4.2 Algorithmetopologiqueamélioré . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
1.5 Analyseprobabiliste . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.5.1 Déterminationdelazonedeconfianceautourd’unpointGPS . . . . . 26
1.5.2 Déroulementdel’algorithmedeMapmatchingprobabiliste . . . . . . 28
1.5.3 Déterminationdelapositionduvéhiculesurlelien . . . . . . . . . . . 29
1.5.4 Calculdelavariancedeserreurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.5.5 AlgorithmedétaillédeMapmatchingreposantsurl’approcheprobabiliste 34
1.6 Autresapprochesd’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6.1 Analyseparlogiquefloue . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.6.2 Analyseparlathéoriedescroyances . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
v
Tabledesmatières
1.6.3 Analyseparl’utilisationd’unecarteprécise . . . . . . . . . . . . . . . 39
1.6.4 Analyselocaleetglobale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
1.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
Chapitre2 - Filtragemulti-modèles 43
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.2 Estimationetfiltraged’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
2.2.1 Estimateursdumaximumdevraisemblanceetdumaximumaposteriori 46
2.2.2 Estimateursdesmoindrescarrésetausensdesmoindrescarrés . . . . . 48
2.2.3 LefiltredeKalman . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2.4 MéthodesdeMonteCarlo:lefiltreparticulaire . . . . . . . . . . . . . 54
2.3 Principedel’approchemulti-modèles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.4 L’estimateurmulti-modèlesstatiqueouautonome . . . . . . . . . . . . . . . . 61
2.5 Lesestimateursmulti-modèlesdynamiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.5.1 EstimateurPseudo-bayésiengénéralisédupremierordre(GPB1) . . . . 66
2.5.2 FiltrePseudo-bayésiengénéralisédusecondordre(GPB2) . . . . . . . 67
2.5.3 Filtremulti-modèlesinteractif(IMM) . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
2.6 Estimateurmulti-modèlesàstructurevariable(VSMM) . . . . . . . . . . . . . 75
2.6.1 L’approched’adaptationrécursivedel’ensembledesmodèles(RAMS) 76
2.6.2 Décisionsurunensembledemodèlescandidats . . . . . . . . . . . . . 77
2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
Chapitre3 - Mapmatchingparticulaire 81
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81
3.2 Positionduproblème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2.1 Leslimitesdesapprochesclassiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
3.2.2 Localisationparl’estimeouDeadReckoning . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.3 L’approcheproposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
3.3 MapmatchingcirculaireparfiltrageparticulaireSIR . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3.1 Modélisationd’état . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.3.2 Modélisationcirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.3.3 Implémentationparticulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.3.4 Fonctionnementdufiltre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
3.4 Pré-filtragecirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
3.4.1 Architecturedusystèmedepréfiltrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96
vi
Tabledesmatières
3.4.2 Pré-filtraged’étatcirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
3.4.3 Pré-filtrageparticulairecirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100
3.5 Évaluationdesméthodes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.5.2 Estimationdeladirection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102
3.5.3 Estimationdelaposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
3.5.4 Identificationdelaroute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 106
3.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
Chapitre4 - L’IMMcirculaire 113
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113
4.2 Positionduproblème . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2.1 Limitesdel’approcheparticulairecirculaire . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.2.2 L’approcheproposée . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2.3 Lesmodèlescirculaires . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118
4.3 L’IMMcirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3.1 L’estimationcirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
4.3.2 LefiltreIMMcirculaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.4 Mapmatchingcirculaireparticulaireavecpré-filtrageIMM . . . . . . . . . . . 129
4.4.1 Architecturedusystèmeavecpré-filtrageIMM . . . . . . . . . . . . . 129
4.4.2 Placementdesparticulesparlesprobabilitésdemodèle . . . . . . . . . 131
4.5 Évaluationdelaméthode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 132
4.5.2 Estimationdeladirection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
4.5.3 Estimationdelaposition . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
4.5.4 Identificationdelaroute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.5.5 Applicationauxdonnéesréelles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
4.6 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151
Conclusiongénérale 155
Listedestableaux 159
Tabledesfigures 161
Bibliographie 165
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