En 2024, l’adoption d’un système de géolocalisation indoor en entreprise peut significativement améliorer l’efficacité opérationnelle, la sécurité au travail ou l’expérience collaborateur. Zoom sur l’une des multiples innovations liées à la transformation numérique.
Cet article examine les principaux cas d’utilisation, les contraintes et les critères de sélection pour les systèmes de géolocalisation intérieure dans les sites industriels, entrepôts, immeubles de bureaux ou encore les lieux ouverts au public. Nous examinerons ensuite les technologies disponibles et leur adéquation par rapport aux besoins spécifiques des différents environnements.
LES CAS D’USAGE DE LA GEOLOCALISATION INDOOR
Localisation des personnes et des biens sur les sites industriels
Cas d’utilisation
-Localisation des équipements et outils : La localisation précise des machines et outils contribue à réduire le temps de recherche et optimiser les opérations telles que la maintenance.
-Sécurité au travail : le monitoring de la localisation des employés en cas de déclenchement d’une alerte permet de prévenir les accidents, de porter secours rapidement et de garantir la conformité aux protocoles de sécurité.
-Optimisation des processus de production : un suivi en temps réel des flux de matériaux est un des moyens d’améliorer les processus de production, la gestion des pièces et la logistique.
Contraintes notables
-Environnement difficile : l’omniprésence de structures métalliques contribue aux interférences électromagnétiques et des conditions extrêmes peuvent être rencontrées, comme par exemple la présence de zones ATEX (atmosphère explosive) avec des contraintes particulières sur tous les équipements destinés à être placés ou utilisés dans ces zones.
-Besoins de fiabilité et précision : en fonction des cas d’usage, le besoin d’une haute précision peut être un prérequis, y compris en altitude pour les infrastructures complexes. Une disponibilité et une fiabilité constante seront en général attendues.
-Robustesse des équipements: Les équipements doivent être résistants aux chocs, aux vibrations, aux éclaboussures ou aux températures extrêmes, et dans certains cas conformes aux normes ATEX.
Critères de sélection
-Précision et fiabilité : l’exigence de précision métrique voire centimétrique dépend des cas d’usage, mais la conformité au degré de précision annoncé sera impérative dans tous les cas, ainsi que la non-sensibilité aux interférences possibles.
-Robustesse : la capacité à fonctionner dans des conditions industrielles difficiles, à être en conformité avec les normes ATEX et autres.
-Évolutivité : l’usage de systèmes de géolocalisation doit se rentabiliser dans la durée, aussi un tel système doit pouvoir évoluer avec les besoins de l’usine et s’interfacer par exemple avec de nouveaux systèmes de communication ou de supervision.
Localisation des marchandises ou des moyens mobiles dans les entrepôts
Cas d’utilisation
-Inventaire en temps réel : Suivi des mouvements des marchandises pour une gestion précise des inventaires.
-Optimisation des opérations logistiques : Amélioration des flux de travail pour réduire les temps de traitement.
-Sécurité : Surveillance des zones dangereuses et prévention des accidents (chutes, collisions etc.).
Contraintes
-Environnements vastes : la localisation exhaustive des matériaux, pièces unitaires ou lots, produits finis, colis nécessite une couverture étendue, précise et sans limitation de capacité.
-Moyens mobiles: le suivi en temps réel des moyens mobiles tels que chariots élévateurs et des palettes coexiste avec celui des assets stockés ou déplacés.
-Interopérabilité : le système de localisation n’a d’utilité que parfaitement intégré au système de gestion d’entrepôt (warehouse management system) en place. Cette intégration doit rester performante au fil des évolutions du WMS.
Critères de sélection
-Couverture et précision : Capable de couvrir de vastes zones avec une précision adéquate.
-Interopérabilité : Compatibilité avec les systèmes et équipements existants.
-Coût : Rentabilité à grande échelle.
Localisation indoor au service de l’expérience collaborateurs dans les immeubles de bureaux
Cas d’utilisation
-Gestion des espaces : Optimisation de l’utilisation des espaces de travail et des salles de réunion. Le premier niveau d’usage consiste à fournir une information de présence ou une jauge d’affluence.
-Navigation intérieure : Aide aux collaborateurs pour localiser une salle de réunion, ou un open space réservé ; De même une application peut répondre au besoin de guidage des visiteurs ou des utilisateurs occasionnels peu familiers des lieux (coworkings…).
-Sécurité et évacuation : la sécurité des travailleurs isolés, le monitoring de rondes de sécurité ou encore la gestion des évacuations d’urgence avec détection des présences sont des cas d’usage possible pour la localisation indoor dans les immeubles tertiaires.
Contraintes
-Environnements partagés : un bâtiment ou site peut être équipé dès sa construction, dans une logique de « smart building ». Néanmoins différents locataires peuvent avoir des cas d’usages variés et le système doit être compartimentable (multi-tenant).
-Confidentialité : le respect de la vie privée des utilisateurs et la transparence sur l’utilisation des données et leur conservation sont essentiels pour l’adoption de tout système de ce type.
-Esthétique et discrétion : Les dispositifs doivent être discrets et ne pas altérer l’esthétique des bureaux.
Critères de sélection
-Facilité d’installation : Doit pouvoir être installé sans travaux lourds.
-Esthétique : Dispositifs discrets et intégrés.
-Respect de la vie privée : Doit garantir la confidentialité des données collectées.
Localisation indoor pour les établissements recevant du public.
Cas d’utilisation
-Navigation et guidage : Aider les visiteurs à trouver leur chemin dans des environnements complexes et à gagner du temps.
-Gestion des flux de personnes : Analyse de l’affluence pour optimiser les flux de visiteurs, aide à la gestion de la sécurité par la localisation des personnels de sécurité les plus proches en cas d’incident, la supervision des équipes mobiles.
-Marketing ciblé : l’envoi de promotions personnalisées en fonction de la localisation des utilisateurs a été historiquement l’un des premiers cas d’usage dans les centres commerciaux.
Contraintes
-Haute densité : le système doit pouvoir gérer un grand nombre d’utilisateurs simultanément. Il doit être compatible avec les smartphones qui sont le vecteur de localisation pour le public.
-Intégration aux plans et aux moyens de supervision de la sécurité – sûreté : les informations doivent remonter en temps réel et être exploitables efficacement par les équipes de supervision.
-Ergonomie du guidage : le guidage navigation des visiteursnécessite des cartes ergonomiques facilement consultables sur smartphone.
-Sécurité des données : Protection des informations personnelles des utilisateurs et respect de la vie privée.
Critères de sélection
-Capacité et compatibilité : doit supporter un grand nombre d’utilisateurs simultanés et être compatible des capteurs présents sur les smartphones (Wifi, BLE, GPS).
-Facilité d’installation et de maintenance : le système doit pouvoir être installé sans travaux lourds et surtout maintenu en bon état de fonctionnement.
-Sécurité des données : Protection robuste des données des utilisateurs.
TOUR D’HORIZON DES TECHNOLOGIES DE LOCALISATION INDOOR
En regard des différents cas d’usage et typologies de sites évoqués, il existe différentes technologies permettant la localisation indoor de personnes, de biens ou de marchandises. Evoquons leurs principales caractéristiques.
Wifi
Les signaux Wifi fonctionnent sur les bandes de fréquences 2,4Ghz, 5Ghz, ainsi que 6Ghz pour la dernière génération. La détection par un appareil des points d’accès Wifi à proximité, et la force relative du signal correspondant pour chaque point d’accès, permettent d’obtenir par trilatération une localisation au sein d’un bâtiment équipé de tels points d’accès. Un prérequis est que la localisation de chaque point d’accès soit dûment enregistrée, publiée et à jour.
Avantages
-Infrastructure existante : Utilisation des réseaux Wifi déjà présents.
-Couverture étendue : Bonne couverture dans les bâtiments.
Inconvénients
-Précision limitée : la précision est de l’ordre de 5 à15 mètres et dépend de la densité des points d’accès Wifi. La détection de l’étage exact n’est pas garantie.
-Interférences : Sensible aux interférences d’autres dispositifs Wifi.
BLE (Bluetooth Low Energy)
Le BLE émet dans la bande de fréquences des 2,4Ghz. Il fonctionne par trilatération comme le Wifi. 2 possibilités existent : un tag BLE mobile peut émettre un signal capté par des ancres BLE fixes et connectées à un réseau, et la position du tag est calculée côté serveur en fonction de la puissance du signal perçu par chacune des ancres. Ou inversement, le calcul de position est effectué par le capteur en fonction de la puissance de signal des ancres qu’il perçoit, et dont la position est connue par le capteur.
Avantages
-Compatibilité large : des tags mais aussi des smartphones peuvent être aisément localisés.
-Faible coût : les balises sont généralement peu coûteuses et faciles à installer.
Inconvénients
-Maintenance des balises : Nécessite une maintenance régulière des balises, notamment un changement des piles si elles ne sont pas alimentées sur secteur.
-Couverture limitée et perturbations possibles : la portée des balises est limitée, généralement à chaque pièce ou bureau, ce qui nécessite un grand nombre de dispositifs pour une couverture complète. Les systèmes BLE sont facilement sujets aux interférences et tout changement d’aménagement de l’espace intérieur peut nécessiter une recalibration du système.
RFID (Radio-Frequency Identification)
Il existe des systèmes RFID à base de portiques qui détectent le passage de tags passifs en leur fournissant l’énergie nécessaire à leur réponse. Cela est fréquemment utilisé pour la localisation dans les entrepôts. D’autres systèmes dits de RFID actif permettent d’avoir des tags qui émettent de manière autonome et peuvent être captés par un maillage d’antennes situées jusqu’à quelques dizaines de mètres.
Avantages
-Faible coût unitaire des tags : les tags RFID passifs ne nécessitent pas d’alimentation et ont un coût unitaire très faible.
-Haute capacité : convient pour le suivi d’objets ou marchandises à fort volume ou forte fréquence de passage.
Inconvénients
-Portée limitée : Portée de lecture limitée à quelques mètres pour les tags passifs.
-Interférences : très sensible aux interférences métalliques.
-Coût de mise en œuvre élevés pour les portiques de détection
UWB (Ultra-Wideband)
L’UWB fonctionne dans une large gamme de fréquences multiples allant de 3.1 GHz à 10.6 GHz. Il utilise le principe du temps de vol (time of flight) pour offrir une haute précision de localisation sur des distances relativement grandes. En général, les ancres UWB synchronisent leur horloge via une connection réseau et transmettent chacune l’horaire de leur détection du signal à un serveur qui en déduit la position précise de l’émetteur.
Avantages
-Haute précision : Précision de l’ordre de quelques dizaines de centimètres voire centimétrique.
-Faible latence : Réactivité immédiate.
-Faible sensibilité aux interférences : du fait du recours à des bandes de fréquences multiples.
Inconvénients
-Infrastructure dédiée et complexité: un système de localisation UWB nécessite une infrastructure spécifique, avec une intégration plus complexe que le BLE.
-Coût élevé: les équipements sont plus coûteux que d’autres technologies, néanmoins depuis l’introduction de chips UWB sur les smartphones, les coûts suivent une tendance baissière.
Systèmes Inertiels
Dérivés des centrales inertielles utilisées pour le guidage navigation des avions, sous-marins ou missiles, les systèmes de localisation inertiels s’appuient sur des capteurs MEMS miniaturisés de type gyroscope, accéléromètre et magnétomètre. Ils fonctionnent par mesure du mouvement dans les 9 axes possibles à partir d’un point de départ connu. A l’opposé des autres systèmes, ils n’ont besoin d’aucun type de fréquence pour calculer leur position, néanmoins ils ont besoin d’un réseau pour la transmettre.
Avantages
-Indépendance des infrastructures : Ne nécessite pas d’infrastructure dédiée.
-Suivi continu et sans interférence possible: Fonctionne de manière autonome et n’est donc en aucun cas sujet aux interférences ou interruptions éventuelles de signal.
Inconvénients
-Dérive des capteurs : la précision diminue avec le temps et la distance parcourue en l’absence de recalibrage.
-Rapport coût /précision des capteurs : Les capteurs inertiels de haute précision peuvent être extrêmement coûteux et réservés aux applications militaires et aéronautiques. Seul l’essor des MEMS a permis l’arrivée des capteurs inertiels sur le marché de la localisation indoor.
5G
La localisation indoor par la 5G est une technologie émergente. Elle utilise des techniques de triangulation et de trilatération basées sur les signaux d’antennes relais miniaturisées (small cells). En mesurant le temps de trajet des signaux (Time of Flight, ToF) entre un dispositif et plusieurs small cells, il devient possible de calculer la position précise de ce dispositif. La disponibilité de plateformes complètes de 5G privée assorties de tags 5G et de serveur de calcul de position reste encore à venir.
Avantages
-Haute capacité et très faible latence : Supporte théoriquement une haute densité de connexions avec des temps de réponse très courts.
-Couverture intérieure et extérieure : par différence avec le Wifi, la 5G offre une couverture complète sur un site à l’intérieur et à l’extérieur des bâtiments.
-Sécurité : par différence avec les réseaux 4G privés ou Wifi, la 5G offre un niveau de sécurité et de confidentialité très élévé.
Inconvénients
-Déploiement limité de la 5G : peu d’infrastructures 5G privées sont déjà opérationnelles.
-Coût et complexité : Installation et gestion plus complexes et coûteuses.
-Absence de retour d’expérience : en 2024, la capacité de localisation par 5G reste cantonnée aux déploiements en laboratoire. Les versions IoT de la 5G (RedCap) sortent à peine des labos.
CRITERES D’EVALUATION DES TECHNOLOGIES
Lors de l’évaluation de technologies de localisation indoor, il est crucial de considérer les critères spécifiques à l’environnement cible et les cas d’usages envisagés, qui seuls permettent d’évaluer le retour sur investissement de tel ou tel choix.
Parmi les critères de sélection généraux on retiendra notamment :
-la précision de localisation : l’UWB offre la meilleure précision actuelle.
–le coût de déploiement et d’entretien : les systèmes à base de Wifi et de BLE sont réputés les moins coûteux. L’UWB et la 5G demandent le plus d’investissements.
–La facilité d’installation et les besoins en infrastructure : les systèmes inertiels autonomes ne nécessitant aucune infrastructure sont simples à mettre en place, de même que les systèmes à base de Wifi déjà déployé. A l’opposé, UWB, 5G et dans une moindre mesure RFID demandent des infrastructures spécifiques.
CONCLUSION
Le choix d’un système de géolocalisation indoor en 2024 dépend fortement des cas d’usage spécifiques et des contraintes de l’environnement concerné. Les sites industriels peuvent tirer parti de la précision des systèmes UWB ou de systèmes inertiels à infrastructure légère, tandis que les entrepôts privilégient souvent le RFID. Les immeubles de bureaux s’orienteront davantage vers le BLE, tandis que les lieux ouverts au public devant gérer une grande densité d’utilisateurs considèreront le Wifi et demain la 5G.
De plus en plus apparaissent des systèmes hybrides qui tirent parti des avantages de plusieurs technologies complémentaires. C’est le cas de SYSNAV qui a choisi de compléter sa localisation inertielle avec du recalage par UWB. Plus d’informations sur cette page.