Géolocalisation de précision en intérieur : où en est-on vraiment ?

Lorsque l’on entend parler de géolocalisation on pense immédiatement au GPS et à tous les services qu’il rend depuis plus de 20 ans maintenant lorsque l’on cherche son chemin en extérieur. Et pourtant, le domaine de la géolocalisation de précision en intérieur n’a quasiment pas évolué et aucune des initiatives lancées ces dernières années n’a conduit à une solution efficiente et majoritairement adoptée.

Un fait d’autant plus surprenant que la digitalisation de notre mode de vie et l’émergence de technologies nouvelles et basses consommation telles que le Bluetooth Low Energy ont largement augmenté.

Il est ainsi naturel de nos jours de vouloir connaître sa position précise à tous moments, que l’on soit perdu en pleine nature, à la recherche de la meilleure offre dans un centre commercial, ou en train d’attendre patiemment l’arrivée de son groupe d’amis.

Pourquoi le GPS n’a donc t-il pas été adapté à un environnement intérieur ?

La réponse est simple : les lois de la physique l’en empêchent. Par nature, les signaux radios émis par les satellites ne sont pas faits pour passer au travers des murs et autres obstacles. Constat qu’il nous est facile de faire à chaque passage dans un tunnel…

Une multitude d’études et d’expérimentations ont cependant été menées au cours des années passées se basant sur différentes technologies et notamment le Wifi ou encore l’ultra-wide band (UWB), les ultrasons la lumière ou même le Bluetooth classique.

Ainsi, pour évaluer une solution de ce type, la précision doit être suffisamment élevée pour l’application désirée, que l’infrastructure déployée soit allégée au maximum et que l’utilisateur potentiel ait le moins d’effort à fournir lors de l’utilisation. En effet, chacune des technologies citées précédemment remplissent l’un ou l’autre de ces critères mais aucune n’a réussi à les concilier tous.

L’ultra-wide band, qui permet d’obtenir une précision de quelques centimètres, nécessiterait de posséder un appareil spécifique, la technologie n’étant pas encore embarquée dans nos smartphones. Cependant, une solution élaborée par Estimote pourrait favoriser des pistes prometteuses. Et, bien que le Wifi ait l’avantage d’être très largement disponible, il consomme beaucoup et l’infrastructure à déployer n’est pas négligeable économiquement.

Quelles avancées dans les systèmes de positionnement en intérieur ?

Il n’y a que depuis l’arrivée du Bluetooth Low Energy et des balises très low-cost de type iBeacon que l’on a pu espérer des avancements dans les systèmes de positionnement en intérieur, et cela a été le cas. Des entreprises comme PoleStar ou Insiteo ont ainsi été parmi les premières à se lancer sur ce marché, exploitant cette nouvelle technologie en combinaison avec le Wifi.

Ils ont été très vite suivis par les entreprises commercialisant ces balises, comme Kontakt ou bien Estimote mais la précision est restée relativement faible (5 mètres) pour des coûts d’installation et de maintenance très importants.

La notion de précision parfois très relative

Prenons un exemple concret tel que le déroulement d’un événement dans un parc des expositions de plusieurs milliers de mètres carrés. Les attentes d’un visiteur sont de pouvoir se positionner précisément au sein du salon tandis que les attentes d’un hébergeur, tel Viparis, vont être de pouvoir créer des cartographies de fréquentation précises, d’évaluer l’affluence stand par stand.

Or, dans ce type de contextes, plusieurs stands se partagent parfois quelques mètres carrés seulement. On se rend ainsi très vite compte que proposer une précision de 5m (soit une surface de plus de 75m2) peut être d’une utilité moyenne pour un visiteur qui saura se situer globalement. Surtout, elle n’apporte plus aucune information pertinente ni à l’exposant ni à l’hébergeur, puisqu’elle ne peut pas indiquer précisément le stand visité.

Si l’on considère maintenant un centre commercial ou une grande surface, la problématique reste la même. La quantité d’information utile passe d’une présence dans une zone large du magasin regroupant de nombreux produits différents avec une précision de 5m à une présence dans un rayon précis ne regroupant que des produits similaires si l’on offre une précision métrique.

Concilier contrainte utilisateur, coût d’installation et de maintenance ainsi que haute précision reste aujourd’hui encore un défi, et ce 5 ans après l’arrivée du protocole iBeacon et 8 ans après l’apparition du Bluetooth Low Energy.

Use Cases autour de la géolocalisation de précision

Dans le cadre de sa volonté forte d’innover et d’être à l’avant-garde des nouvelles technologies, que ce soit dans la data ou dans le digital et l’IoT avec son offre d’innovation OPEN.FACT, Business & Decision lance de nombreux projets de recherche dont certains tournent bien évidemment autours de cette problématique.

Le choix d’utiliser le Bluetooth Low Energy comme technologie s’est imposé de lui- même. Tout comme le Wifi et le Bluetooth classique, il est intégré à tous les Smartphones modernes. Sa conception fondamentalement orientée low-power et low-cost permet le déploiement d’une infrastructure dédiée bien moins onéreuse qu’avec n’importe quelle autre technologie. Elle permet également de se rapprocher le plus possible de la précision métrique.

De nombreuses méthodes existent pour exploiter une infrastructure de balises type iBeacon à des fins de positionnement. Certaines sont plus simples à mettre en œuvre que d’autres mais ne garantissent pas le même niveau de précision. Parmi ces méthodes, deux font partie des plus communes : la Trilatération et la Cartographie radio.

La méthode de la Trilatération

La Trilatération est la méthode la plus simple se basant sur les signaux radios émis par différents points d’accès mais elle se révèle très vite inefficace et très imprécise.

Pourquoi ? Parce que cette méthode s’appuie sur la puissance reçue au niveau d’un appareil du signal radio émis par un point d’accès (ici une balise iBeacon) et détermine la distance séparant ce point d’accès de l’appareil. Or, le calcul de cette distance est très vite faussé et l’erreur résultante importante. En cause : l’atténuation de ces signaux en traversant la matière (murs, personnes, etc.) et la superposition des signaux radios ayant emprunté un chemin différent pour atteindre l’appareil.

La cartographie Radio

Une autre méthode très utilisée consiste à créer une cartographie radio du lieu souhaité. Cette méthode fonctionne en deux étapes : la création de la carte et l’utilisation de la carte.

Durant la première phase, la carte radio est constituée en apposant un maillage au plan 2D choisi et en relevant en chaque nœud de ce maillage l’ensemble des signaux radios des différents points d’accès en corrélation avec la position géographique dans le plan.

Une fois cette récolte terminée, la seconde phase permet l’estimation de la position de l’utilisateur. Pour se faire, la mesure des signaux radios des points d’accès à portée est comparée à l’ensemble des mesures de la base de données au moyen de différentes méthodes de classifications. Le meilleur résultat correspond alors à l’estimation de la position de l’appareil.

Une fusion de plusieurs techniques

Il existe bien évidemment d’autres méthodes mais celle qui a été développée pour ce projet est une fusion de plusieurs techniques. A noter parmi ces techniques : l’utilisation de la cartographie radio, évoquée précédemment, et l’application d’un filtre bayésien récursif, aussi appelé filtre particulaire, le tout couplé aux mesures des capteurs inertiels présents dans nos smartphones.

La localisation à haute précision : la prochaine étape incontournable

Les résultats de cette recherche qui devraient faire prochainement l’objet d’une publication sont des plus positifs, avec une précision proche du mètre (1,4m) pour une infrastructure comportant une balise Bluetooth Low Energy pour 75m2.

Néanmoins, des améliorations possibles demeurent. Plusieurs d’entre elles sont toujours en cours de développement, telles l’implémentation d’une intelligence artificielle centralisée actualisant la cartographie dynamiquement ou encore une incorporation d’autres technologies telles que le Wifi en se basant sur une infrastructure existante en passant par une localisation collaborative.

La localisation de haute précision n’est donc plus très loin et la connaissance client (CRM) que ces systèmes vont apporter sont sans précédents notamment pour le retail, l’événementiel et tout business qui se joue en intérieur. La course à l’équipement en Bluetooth Low Energy ne fait que commencer.