Autonomous integrity monitoring of navigation maps on board intelligent vehicles

par Clément Zinoune

Thèse de doctorat en Technologies de l'Information et des Systèmes : Unité de recherche Heudyasic (UMR-7253)

Sous la direction de Philippe Bonnifait et de Javier Ibanez-Guzman.

Soutenue le 11-09-2014

à Compiègne , dans le cadre de École doctorale 71, Sciences pour l'ingénieur (Compiègne) , en partenariat avec Heuristique et Diagnostic des Systèmes Complexes [Compiègne] / Heudiasyc (laboratoire) .

  • Titre traduit

    Intégrité des bases de données navigables pour le véhicule intelligent


  • Résumé

    Les véhicules dits intelligents actuellement développés par la plupart des constructeurs automobiles, ainsi que les véhicules autonomes nécessitent des informations sur le contexte dans lequel ils évoluent. Certaines de ces informations (par exemple la courbure de la route, la forme des intersections, les limitations de vitesses) sont fournies en temps réel par le système de navigation qui exploite les données de cartes routières numériques. Des défauts résultant de l’évolution du réseau routier ou d’imprécisions lors de la collecte de données peuvent être contenus dans ces cartes numériques et entraîner le dysfonctionnement des systèmes d’aide à la conduite. Les recherches menées dans cette thèse visent à rendre le véhicule capable d’évaluer, de manière autonome et en temps réel, l’intégrité des informations fournies par son système de navigation. Les véhicules de série sont désormais équipés d’un grand nombre de capteurs qui transmettent leurs mesures sur le réseau central interne du véhicule. Ces données sont donc facilement accessibles mais de faible précision. Le défi de cette thèse réside donc dans l’évaluation de l’intégrité des informations cartographiques malgré un faible degré de redondance et l’absence de données fiables. On s’adresse à deux types de défauts cartographiques : les défauts structurels et les défauts géométriques. Les défauts structurels concernent les connections entre les routes (intersections). Un cas particulier de défaut structurel est traité : la détection de ronds-points qui n’apparaissent pas dans la carte numérique. Ce défaut est essentiel car il est fréquent (surtout en Europe) et perturbe le fonctionnement des aides à la conduite. Les ronds-points sont détectés à partir de la forme typique de la trajectoire du véhicule lorsqu’il les traverse, puis sont mémorisés pour avertir les aides à la conduite aux prochains passages du véhicule sur la zone. Les imprécisions de représentation du tracé des routes dans la carte numérique sont quant à elles désignées comme défauts géométriques. Un formalisme mathématique est développé pour détecter ces défauts en comparant l’estimation de la position du véhicule d’après la carte à une autre estimation indépendante de la carte. Cette seconde estimation pouvant elle aussi être affectée par un défaut, les anciens trajetsdu véhicule sur la même zone sont utilisés. Un test statistique est finalement utilisé pour améliorer la méthode de détection de défauts géométriques dans des conditions de mesures bruitées. Toutes les méthodes développées dans le cadre de cette thèse sont évaluées à l’aide de données réelles.


  • Résumé

    Several Intelligent Vehicles capabilities from Advanced Driving Assistance Systems (ADAS) to Autonomous Driving functions depend on a priori information provided by navigation maps. Whilst these were intended for driver guidance as they store road network information, today they are even used in applications that control vehicle motion. In general, the vehicle position is projected onto the map to relate with links in the stored road network. However, maps might contain faults, leading to navigation and situation understanding errors. Therefore, the integrity of the map-matched estimates must be monitored to avoid failures that can lead to hazardous situations. The main focus of this research is the real-time autonomous evaluation of faults in navigation maps used in intelligent vehicles. Current passenger vehicles are equipped with proprioceptive sensors that allow estimating accurately the vehicle state over short periods of time rather than long trajectories. They include receiver for Global Navigation Satellite System (GNSS) and are also increasingly equipped with exteroceptive sensors like radar or smart camera systems. The challenge resides on evaluating the integrity of the navigation maps using vehicle on board sensors. Two types of map faults are considered: Structural Faults, addressing connectivity (e.g., intersections). Geometric Faults, addressing geographic location and road geometry (i.e. shape). Initially, a particular structural navigation map fault is addressed: the detection of roundabouts absent in the navigation map. This structural fault is problematic for ADAS and Autonomous Driving. The roundabouts are detected by classifying the shape of the vehicle trajectory. This is stored for use in ADAS and Autonomous Driving functions on future vehicle trips on the same area. Next, the geometry of the map is addressed. The main difficulties to do the autonomous integrity monitoring are the lack of reliable information and the low level of redundancy. This thesis introduces a mathematical framework based on the use of repeated vehicle trips to assess the integrity of map information. A sequential test is then developed to make it robust to noisy sensor data. The mathematical framework is demonstrated theoretically including the derivation of definitions and associated properties. Experiments using data acquired in real traffic conditions illustrate the performance of the proposed approaches.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université de Technologie de Compiègne. Service Commun de la Documentation.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.