La présente étude porte sur la capacité d'améliorer la détection des Activités de la Vie Quotidienne, AVQ (ou ADL :"Activity of Daily Life") par l'utilisation de capteur [i.e. capteurs] de mouvements portés par l'occupant d'un habitat intelligent. Les données provenant de ces capteurs devraient fusionner avec les informations issues de l'appartement pour donner une information plus pertinente par le principe de synergie [21]. La solution choisie pour le dispositif porté par la personne est l'innovation principale du projet : un réseau de capteurs disposés à plusieurs endroits sur le corps, communicant sans fil entre eux et avec le contrôle de l'appartement. Les données extraites sont le mouvement relatif du corps, et plus spécifiquement des mains et du tronc, par rapport à la verticale. De par les propriétés de ces éléments - nécessairement petits, discrets - des MEMS seront utilisés pour satisfaire ces critères. Le projet repose sur la conception des dispositifs embarqués sur l'occupant dans l'optique d'en étendre les fonctionnalités à d'autres analyses tels [i.e. telles] que le son, la position dans l'environnement, le statut médical, etc. Pour prouver la faisabilité, des capteurs externes seront ajoutés pour compléter les informations de base et donc étendre la qualité des inférences sur les activités en cours. Le mouvement est une donnée facilement détectable de par sa relative simplicité de mise en oeuvre et il fournit une bonne base de travail pour étudier de façon systématique les différents points clés de l'étude : la communication, la synergie des informations, l'analyse des activités, etc.

Avec la demande croissante d'espace urbain, de plus en plus de parkings à plusieurs étages sont nécessaires. Bien que ces parkings contribuent à une utilisation plus efficace de l'espace urbain, ils introduisent également un nouveau problème. Les rapports suggèrent environ 70 millions d'heures de recherche d'emplacements de stationnement chaque année, soit une perte équivalente de 700 millions d'euros pour la seule France. En outre, les utilisations des parkings vont au-delà de leurs objectifs initiaux. Des fonctionnalités exigeantes telles que le chargeur électrique, la réservation en ligne de places de stationnement, le guidage dynamique ou le paiement mobile, etc. transforment un parking en un environnement intelligent et compétitif. Une solution à ce problème consiste à développer un système de navigation autonome pour les véhicules intelligents en situation de parking. La thèse identifiera une de ces sous-tâches, à savoir la localisation dans des environnements non autorisés par GPS. Cette thèse présentera une nouvelle méthode pour résoudre le problème indiqué tout en maintenant le système en respectant quatre critères: disponibilité, évolutivité, universalité et précision. Il y a deux étapes principales: (1) une solution permettant de reproduire le comportement du GPS pour un environnement refusé par GPS, et (2) un cadre permettant la fusion de systèmes de type GPS avec d'autres méthodes de localisation pour obtenir une précision de localisation élevée. Tout d'abord, un système de localisation Wi-Fi Fingerprinting est utilisé. Une approche utilisant un réseau de neurones d'ensemble sur une base de données d'empreintes hybrides Wi-Fi est proposée dans cette thèse. Des expériences menées sur une durée d'un an montrent que ce système est capable de localiser des véhicules présentant une erreur moyenne de 2,25 m dans le repère global (WGS84). Deuxièmement, une solution de localisation complète doit être une fusion de plusieurs techniques. Cela permet aux niveaux de localisation global et local de fonctionner ensemble. Parallèlement, la redondance dans le système améliore la précision et la fiabilité. Dans cette thèse, un cadre de fusion flexible pour plusieurs capteurs de localisation est proposé. Ce cadre de fusion traitera non seulement de l'environnement refusé par le GPS, mais pourrait également être utilisé dans l'environnement assisté par GPS et assurer une transition en douceur entre les deux zones. Pour accomplir cette tâche exigeante, un filtre à particules modèle de mélange gaussien est développé. Alors que le modèle de mouvement de ce filtre à particules intègre des données provenant de l'IMU (unité de mesure inertielle) ou du laser-SLAM, le modèle de correction est un modèle de mélange gaussien de plusieurs observations obtenues à partir du système de localisation d'empreintes digitales Wi-Fi. Avec deux véhicules intelligents (une Cybercar et une Citroen C1), 64 expériences ont été réalisées pour valider le cadre. Une erreur de localisation moyenne de 0,5 m est obtenue dans un cadre de coordonnées global. Comparez avec d'autres solutions avec une erreur de localisation moyenne de 0,2 m dans les cadres de coordonnées locales; Cette solution proposée présente également des avantages en termes d'évolutivité, de disponibilité et d'universalité. / With the increasing demand for urban space, more and more multistory carparks are needed. Although these carparks help to utilize urban space more efficient, they also introduce a new problem. Reports suggest approximately 70 million hours of parking slot searching each year, equivalently 700 million euros loss for France alone. In addition, carparks uses are exceeding their original purposes. Demanding features such as electric charger, online booking of parking spaces, dynamic guidance or mobile payment etc. turn a carpark into a competitive smart environment. One solution to this problem is to develop an autonomous navigation system for intelligent vehicles in the carpark situation. The thesis will identify one of these sub-tasks namely localization in GPS-denied environments. This thesis will present a novel method to solve the indicated problem while keeping the system follows four criteria: availability, scalability, universality and accuracy. There are two main steps: (1) a solution to replicate the GPS behaviour for the GPS-denied environment, and (2) a framework that allows the fusion of GPS-like systems with other localization methods to achieve a high localization accuracy. First, a Wi-Fi Fingerprinting localization system is employed. An approach using an ensemble neural network on a hybrid Wi-Fi fingerprinting database is proposed in this thesis. Experiments in a year-long duration show that this system is capable of localizing vehicles with 2.25m of mean error in the global coordinate frame (WGS84). Second, a complete localization solution must be a fusion of multiple techniques. This allows global as well as local levels of localization to function together. At the same time, having redundancy in the system boosts accuracy and reliability. In this thesis, a flexible fusion framework for multiple localization sensors is proposed. This fusion framework will not only deal with the GPS-denied environment but could be potentially used in the GPS-aided environment and provide a smooth transition between the two areas. To accomplish this demanding task, a Gaussian Mixture Model Particle Filter is developed. While the motion model of this particle filter incorporates data from the IMU (Inertial Measurement Unit) or laser-SLAM, the correction model is a Gaussian mixture model of multiple observations obtained from the Wi-Fi fingerprinting localization system. With two intelligent vehicles (a Cybercar and a Citroen C1 car), 64 experiments were carried out to validate the framework. A mean localization error of 0.5m is achieved in a global coordinate frame. Compare to other solutions with 0.2m of mean localization error in local coordinate frames; this proposed solution has advantages in terms of scalability, availability and universality as well.

Mes travaux de recherches en thèse s’inscrivent dans le cadre du projet FUIE-monitorâge. L’objectif du projet, réunissant de nombreux partenaires industriels et universitaires, est d’améliorer la prise en charge individualisée et la sécurité du résident dans les établissements d’hébergement pour personnes âgées dépendantes(EHPAD). Dans ce travail, nous avons élaboré une méthode de fusion de données multimodales issues des différents capteurs installés dans un smart home. Ces informations sont utilisées pour la localisation intérieure des personnes afin de surveiller leurs activités journalières. Généralement, les mesures issues des capteurs sont soumises à des incertitudes. Dans nos travaux, ces erreurs sont supposées inconnues mais bornées. En tenant compte de cette hypothèse, une méthode de résolution d’un problème d’estimation d’état est élaborée en se basant sur des calculs ensemblistes. Notre algorithme de filtrage ensembliste comporte deux étapes. La première, dite de prédiction, est basée sur l’utilisation d’un modèle de marche aléatoire avec des hypothèses minimales (vitesse de déplacement maximale) pour prédire la zone où se trouve la personne. La deuxième étape, dite de correction, consiste à utiliser la mesure pour affiner cette zone. Cette étape utilise une technique de propagation de contraintes relâchée, q-relaxed intersection, pour permettre une meilleure robustesse par rapport aux données aberrantes. Notre algorithme est capable de quantifier, par un intervalle, l’incertitude commise sur les positions de cibles en mouvement tout en détectant les défauts de capteurs. / Our research work is a part of the project FUI 14 FEDER Collectivités E-monitor’âge. This project takes place within the framework of Ambient Assisted Living (AAL) which aims to improve the safety and the comfort of elderly people living in smart nursing homes. This work aims to monitor the activities of elderly persons using information from different sensors. The ADL (Activities of Daily Living) are used to evaluate the ability of the person to perform on their own a selection of the activities which are essential for an independent living in the everyday life. Generally, process knowledge and measurements coming from sensors are prone to indeterminable noise. In our work, we suppose that these errors are unknown but bounded. Taking into account this hypothesis, we show how to solve the estimation issue using set-membership computations techniques. Our algorithm, based on set-membership approach, consists of two steps. The prediction step, based on the use of a random walk mobility with minimum assumptions (maximum speed of moving), employs the previous state estimate to provide the prediction zone where the person may be located. The correction step uses the informations coming from the sensors to refine this predicted zone. This step uses a relaxed constraints propagation technique, q-relaxed intersection, to deal with faulty measurements. This proposed method allows us to compute the uncertainty domain for the reconstructed localization of moving targets as dealing with outliers.

Dans le cadre d'un suivi régulier de patients âgés pouvant souffrir de maladie d'Alzheimer, de nombreuses applications, dont leur localisation, s'avèrent utiles. Un système de localisation compact dédié à un environnement en intérieure est nécessaire. Cette thèse est dédiée à la réalisation d'un système de localisation pouvant répondre à cette attente. Le système développé (Indoor Localisation System, ILS) permet la localisation en trois dimensions d'un badge actif (Active Tag, AT) relativement à une ancre unique (Localisation Base Station, LBS). Le système utilise le principe de radar monopulse multistatique FMCW(Frequency Modulation Continuos Wave) et exploite la bande de fréquence Européenne ULB (6-8.5 GHz). La méthode employée pour l'ILS est une méthode goniométrique se basant sur la mesure conjointe de la différence de fréquence d'arrivée (FDoA) et la différence de phase d'arrivée (PDoA) pour l'estimation de la distance radiale et des angles de direction (azimut et élévation) de l'AT relativement au plan formé par l'ILS. Afin de valider ce système, un prototype d'ILS a été réalisé à Télécom ParisTech.L'objectif de cette thèse est d'obtenir un système de localisation compact permettant de localiser un badge actif avec une précision submétrique dédié pour les environnements en intérieurs exposés aux problèmes de multi-trajets. / Regular and accurate position monitoring of elderly suffering from dementia related problems (Alzheimer) may be required. To assist their monitoring a compact and a less complex indoor localization system is compulsary. This thesis is dedicated to design a Line-of-Sight (LoS) system to allow the indoor localization. The thesis aims to develop an Indoor Localization System (ILS) for three-dimension position estimates with respect to single Localization Base Station as an anchor. The designed ILS uses an Active-Tag (AT) as remote targel. The system uses the monopulse multistatic FMCW radar principle and covers the European UWB (6-8.5 GHz) frequency band. The designed ILS is based on the frequency-difference of arrival (FDoA) and the phase-difference-of-arrival (POoA) techniques for the radial-distance and the angles (azimuth and elevation) estimates. In order to validate this system, a prototype of the ILS is designed at Telecom ParisTech, France.The objective of the designed ILS is to have a localization system with an accuracy in few centimeters in Line-of-Sight condition. The system is designed to need a single anchor, and simultaneously addressing the indoor challenges such as multipaths, strong signal attenuations, reflections, etc.

Comme les gens vieillissent, ils sont souvent confrontés à un certain degré de diminution des capacités cognitives ou de la force physique. Isolement de la vie sociale, mauvaise qualité de la vie, et risque accru de blessures en sont les principales conséquences. Ambient Assisted Living (AAL) est une vision de la façon dont les gens vivent leur vie dans leur propre maison, à mesure qu'ils vieillissent : handicaps ou limitations sont compensées par la technologie, là où le personnel de prestation de soins est rare ou des proches ne sont pas en mesure d'aider. Les personnes concernées sont assistés par la technologie. Le terme "ambiante" en AAL exprime, ce que cette technologie doit être, au- delà de l’assistance. Elle doit être intégrée dans l’environnement de manière à ce qu'elle ne soit pas reconnue en tant que tel. L'interaction avec les résidents doit être intuitive et naturelle. L'équipement technique doit être discret ct bien intégré. Les domaines d'application ciblés dans cette thèse sont le suivi de l’activité et la recherche de profils d'activités dans des appartements ou des petites maisons. L'acquisition d’informations concernant l’activité des résidents est vitale pour le succès de toute la technologie d’assistance. Dans de nombreux domaines de la vie quotidienne, ceci est déjà de la routine. L’état de l’art en matière de technologie de détection comprend des caméras, des barrières lumineuses, des capteurs RFID, la radiolocalisation de signal en utilisant des transpondeurs et des planchers sensibles à la pression. En raison de leurs principes de fonctionnement, ils ont malheureusement un impact important sur les environnements domestiques et de vie. Par conséquent, cette thèse est consacrée à la recherche de technologies d’acquisition d’informations de l’activité non-intrusive ayant un impact minimal sur la vie quotidienne. Deux technologies de base, la détection de présence passive sans dispositif et le suivi de charges de manière non-intrusive, sont prises en compte dans cette thèse. / As people grow older, they are often faced with some degree of decreasing cognitive abilities or physical strength. Isolation from social life, poor quality of life, and increased risk or injuries are the consequence. Ambient Assisted Living (AAL) is a vision for the way people live their life in their own home, as they grow older: disabilities or limitations are compensated for by technology, where care-giving personnel is scarce or relatives are unable to help. Affected people are assisted by technology. The term "Ambient" in AAL expresses, what this technology needs to be, beyond assistive. It needs to integrate into the living environment in such a way that it is not recognized as such any more. Interaction with residents needs to be intuitive and natural. Technical equipment should be unobtrusive and well integrated. The areas of application targeted in this thesis are activity monitoring and activity pattern discovery in apartments or small houses. The acquisition of information regarding the residents' activity is vital for the success of any assistive technology. In many areas of daily life, this is routine already. State-of-the-art sensing technology includes cameras, light barriers, RFID sensors, radio signal localization using transponders, and pressure sensitive Floors. Due to their operating principles, they have a big impact on home and living environments. Therefore, this thesis is dedicated to research for non-intrusive activity information acquisition technology, that has minimal impact on daily life. Two base technologies are taken into account in this thesis.