Un système de positionnement en intérieur ou système de géolocalisation en intérieur permet de trouver la position d'objets ou de personnes dans un espace interne à une structure (bâtiments, maisons...).

La localisation joue un rôle essentiel dans la vie de tous les jours. Alors que la localisation basée sur les GPS est populaire, sa prolifération dans les environnements intérieurs est limitée. Cela est dû à la mauvaise pénétration des signaux GPS à l’intérieur des bâtiments et à l'absence fréquente de systèmes de localisation intérieure.

L'adoption du système du GPS par les téléphones mobiles, combinée avec le Wi-Fi et les réseaux de téléphonie mobile, a en grande partie permis de résoudre le problème de la géolocalisation en extérieur. Cependant, ce type de système ne peut pas servir à la géolocalisation dans les espaces intérieurs car cela demande une prise en compte de certaines particularités comme les étages d'un bâtiment. Néanmoins, la localisation reste depuis toujours un domaine actif de la recherche ce qui a abouti à l'émergence de nombreuses solutions de localisation interne qui requièrent du matériel informatique avec un coût parfois important.

Dans les espaces comme les aéroports, les centres commerciaux et les hôpitaux, avec les réseaux de données devenant de plus en plus accessibles et l'augmentation du nombre d'applications nécessitant une géolocalisation, la localisation en intérieur est devenue un véritable enjeu.

Critères importants La cartographie La localisation ou le positionnement d'un objet ou d'une personne détermine son emplacement dans un certain système de référence. Dans les environnements extérieurs, à l'aide du GPS, les coordonnées sur un plan ou une carte sont représentées en 2D : la longitude et la latitude. Cependant, ce type de référence ne peut être utilisé pour les espaces intérieurs où il peut exister une connectivité irrégulière entre les pièces, les escaliers, les murs, les portes et les différents niveaux.

La navigation dans les environnements intérieurs nécessite alors l'utilisation d'une représentation appropriée. En général, la topographie des espaces en 3D représente un aspect fondamental de la navigation en intérieur.

La navigation implique plusieurs concepts:

La localisation La planification d'itinéraires : Des algorithmes sont nécessaires pour trouver les chemins appropriés entre le point de départ et la destination en fonction de la distance, du temps ou d'autres critères comme la rapidité. Ces algorithmes dépendent du type de modèle choisi, du contexte ou encore du profil de l'utilisateur. Des informations comme l'existence de portes, passages ou escaliers sont essentielles pour la planification d'itinéraires. L'orientation : L'utilisateur doit être assisté par l'application tout au long du parcours qu'il a choisi.

Précision du positionnement La précision du positionnement est l'un des critères les plus importants pour la géolocalisation intérieure. En effet, à la différence de la géolocalisation extérieure, la géolocalisation interne à un bâtiment doit intégrer la dimension de l'espace (c'est-à-dire les étages, les escaliers...) mais aussi la taille de l'espace. S'il y a plusieurs petits espaces, le système permettant la géolocalisation interne doit permettre une localisation fine pour pouvoir distinguer aisément les différents espaces.

Aujourd'hui différentes technologies offrent des précisions plus ou moins importantes allant de à (en utilisant le Bluetooth et l'ultra wideband par exemple).

Chacune de ces technologies et leur architecture respective correspondent à des besoins et ont des caractéristiques différentes qui elles-mêmes imposent des contraintes. Par exemple le Bluetooth est moins précis que l'UWB mais a une autonomie plus longue car l'UWB a une intensité d’émission beaucoup plus importante ce qui consomme davantage d'énergie.

Infrastructures Certains systèmes de géolocalisation intérieure ont besoin d'infrastructures et d'équipements tandis que d'autres s'appuient sur des technologies plus accessibles.

Les systèmes avec infrastructures bien que précis (par exemple le système Cricket) sont souvent très coûteux et difficiles à mettre en place.

Il existe cependant des infrastructures plus abordables et plus faciles à maitriser qui utilisent des technologies déjà existantes. Cela permet de réduire les coûts aussi bien pour les entreprises vendant ce genre de solutions que pour les clients qui ont intérêt à minimiser leurs dépenses.

Généralement l'infrastructure comprend au minimum : Un objet muni d'une puce (téléphone, tag Bluetooth ou UWB par exemple). Une balise qui va permettre de couvrir une zone géographique et ainsi capter le signal de l'objet contenant la puce (tag BLE ou ancre UWB par exemple). Une ancre qui capte l'information et la transmet au gateway. Un gateway qui va transmettre l'information aux outils de calculs et d’interprétations (software). Un terminal qui permet à l'utilisateur d'avoir accès aux informations et de les interpréter. (tablette, laptop, smartphone, etc)

Modélisation de l’espace interne Une modélisation d'un espace en intérieur doit représenter une vision de l'essentiel des informations spatiales de l'environnement. Il existe plusieurs types de modèles (listés ci-dessous) pouvant représenter les structures des différents éléments d'un environnement intérieur (construction, design...) ou des visions graphiques via un support de navigation. Les modèles et IFC (Industry Foundation Classes) proposent des représentations topographiques d'environnements en intérieur. Ils fournissent, en grande partie, les informations nécessaires pour connaitre les environnements intérieurs. Cependant, ils ne proposent pas de modèles standards pour tous les types d'environnement puisque des informations importantes ne sont pas forcément décrites comme les passages entre les escaliers et les différentes zones d'un espace intérieur.

Modèles sémantiques Les modèles sémantiques décrivent les différents types d'entités présents dans un environnement intérieur en termes de propriétés et de relations. On peut ainsi faire une distinction entre les structures dites "fixes" (les murs, les portes, les fenêtres...) et les éléments mobiles (les meubles, les personnes...). Ce modèle joue un rôle important dans la localisation et la navigation.

Modèles topologiques Les modèles topologiques représentent les propriétés des connectivités dans un espace intérieur. Il existe deux aspects de l'environnement en intérieur que ce modèle prend en compte : Les espaces topographiques : espaces contenant les espaces constituant un bâtiment (pièces, couloirs, portes, etc.). Les "Dual space" : espaces décrivant les chemins parcourus dans un espace topologique. Ces espaces sont modélisés en graphes souvent appelés "routing graph".

Modèles hybrides Des modèles géométriques sont parfois nécessaires pour la modélisation d'un bâtiment ou sa construction. De nombreux modèles peuvent être hybrides tout en étant topologiques mais aussi géométriques. La géométrie ajoute des valeurs précises concernant les distances et les angles des connectivités entre les entités fournis par la topologie. D'autres modèles hybrides peuvent également établir des liaisons entre la topographie, la dualité, la topologie et la géométrie.

Technologies Radio FM Les recherches du centre create-net. qui ont exploité cette technologie illustrent cette approche. Les avantages des ondes radio FM sont multiples. Entre autres, les stations FM fournissent une couverture mondiale, tandis que les tuners FM sont facilement disponibles dans de nombreux appareils mobiles. De plus, ils ont une faible consommation d'énergie et ils n’interfèrent pas avec d'autres équipements sensibles ou sans fil, ce qui fait des radios FM une alternative prometteuse pour la géolocalisation interne. Pourtant, il y a eu peu de recherches exploitant cette technologie, dû au fait que les recherches sur la géolocalisation dans les milieux extérieurs n'ont pas donné de très bons résultats.

Propriétés des signaux FM Les signaux FM sont peu affectés par les conditions météo (pluie...), contrairement au Wi-Fi et au GSM. Les ondes radio de basse fréquence sont moins sensibles aux conditions du terrain, tels que les bois et le feuillage des arbres. Les signaux FM pénètrent les murs plus facilement par rapport à une connexion Wi-Fi ou GSM.

Approche L'approche est basée sur une méthode de localisation par empreinte radio (fingerprinting signal). Elle comprend deux étapes: l’étalonnage et la localisation.

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Résultats Les résultats des expérimentations ont montré que les variations à grande échelle des signaux de radio FM ambiants sont minimes à des distances de plusieurs mètres dans un espace externe. En revanche, les variations à petite échelle jouent un rôle important dans de petits espaces intérieurs, tels que des pièces fermées, en raison de la grande longueur d'onde des ondes radio FM (~ ). De plus, les ondes FM montrent une efficacité énergétique supérieure, offrant 2,6 à 5,5 fois plus d'autonomie qu'une connexion Wi-Fi. Cependant l'utilisation des ondes FM pour la localisation nécessite un casque ou une oreillette faisant antenne. Ce frein est facilement surmontable car l'utilisation de casques est devenue très répandue du fait de la présence de lecteurs MP3 dans les téléphones mobiles. De même, il existe maintenant des mobiles avec des antennes internes (comme le NOKIA 5030).

Signal TV Le signal émit par les émetteurs de télévisions peut permettre de positionner un terminal à l'intérieur d'un bâtiment..

Bluetooth Un réseau de balises Bluetooth low energy peut permettre de localiser un smartphonehttp://www.cl.cam.ac.uk/~rmf25/papers/BLE.pdf ou bien même un Tag Bluetooth qui est lui-même attaché à un objet afin d'avoir une traçabilité au sein d'une usine par exemple. La précision du Bluetooth est comprise entre 10 et selon la qualité du signal.

L'intensité des ondes Bluetooth est trop faible pour représenter un quelconque danger pour la santé ou des interférences, c'est pour cela qu'aucun encadrement n'est nécessaire.

Ultra Wide Band La technologie UWB ou Ultra Wide Band est en pleine expansion. Elle permet de géolocaliser à près dans des milieux très denses et métalliques. Grâce à son protocole de communication, elle permet de se prémunir d'une série de problèmes liés au Bluetooth ou au WiFi.

De nombreuses applications sont possibles : musées, agriculture, centres commerciaux, sites industriels, complexes hospitaliers ou militaires, etc..

Concernant la loi Française et Européenne, les fréquences UWB comprennent deux parties : de à et de à . Dans ces bandes de fréquences aucune déclaration ne doit être faites dans le cas contraire des démarches administratives doivent être faites.

LoRaWAN Le LoRaWAN est un protocole de télécommunication permettant la communication à bas débit, par radio, d'objets à faible consommation électrique communiquant selon la technologie LoRa et connectés à l'Internet via des passerelles, participant ainsi à l'Internet des objets. Ce protocole est utilisé dans le cadre des villes intelligentes, le monitoring industriel ou encore l'agriculture. La technologie de modulation liée à LoRaWAN est LoRa, créée en 2009 par la start-up grenobloise Cycléo et rachetée par Semtech en 2012. Semtech promeut sa plateforme LoRa grâce à la LoRa Alliance, dont elle fait partie. Le protocole LoRaWAN sur la couche physique LoRa permet de connecter des capteurs ou des objets nécessitant une longue autonomie de batterie (comptée en années), dans un volume (taille d'une boite d'allumettes ou d'un paquet de cigarettes) et un coût réduit. Ce protocole peut être couplé avec des technologies existantes telles que le BLE ou l'UWB afin de faciliter la transmission de donnée et sa portée.

Combinaison des technologies RFID et WLAN