Secouristes connectés : les Systèmes Embarqués au sommet

IOT & embarqué

Olivier DESMAISONS

Par Olivier DESMAISONS

24.02.2022

Présentation du projet

Le Peloton de Gendarmerie de Haute-Montagne (PGHM) effectue quotidiennement des missions de secours en montagne sur l’ensemble des massifs montagneux du territoire français. Ses activités englobent la centralisation des alertes, l’organisation des liaisons opérationnelles, la réalisation des secours et la diligence des enquêtes relatives aux accidents de montagne. Dans ce cadre, le PGHM effectue plus de 8000 interventions par an.

Par ailleurs, le PGHM intervient dans les missions de recherche de personnes en s’appuyant sur des maitres-chiens (aussi utilisés pour la recherche de victimes d’avalanches). Dans ce contexte, l’enregistrement des mouvements du chien ainsi que les statuts des étapes de recherche par le maitre-chien sont recherchés pour la rédaction de procès-verbaux ou documents d’enquête d’une part et pour l’entrainement du binôme (chien et maître-chien) via l’analyse des traces et prises de décisions d’autre part.

Besoin

Au travers de sa cellule « Innovation Montagne Sécurité Intérieure », le PGHM souhaite développer une balise innovante permettant de :

S’affranchir des problématiques de couverture réseau mobile en montagne par l’utilisation d’une alternative technologique, afin de compléter les solutions actuelles (réseaux radio montagne analogiques et réseaux satellitaires),
Envoyer des messages personnalisés au QG ou des messages prédéfinis et géolocalisés,
Enregistrer la position GPS de la balise pour garder un historique du parcours effectué en intervention,
Archiver les différents statuts de la mission en permettant au secouriste d’associer en temps-réel un label à une position GPS.

Exigences

Les principales exigences concernant la balise sont :

L’intégration d’un traceur GPS
Une autonomie d’une journée minimum et un encombrement faible (la balise doit pouvoir être portée par le secouriste sans le gêner dans son intervention)
La possibilité de transférer les données stockées par la balise sur une application mobile
L’envoi de message prédéfinis
La customisation des messages échangés entre le secouriste et son QG
L’association de statuts à des positions GPS

Analyse du marché

Le marché du GPS Tracking est en forte croissance depuis ces dernières années, atteignant aujourd’hui un chiffre d’affaires d’environ 1.78Md$ en 2020 (lien). D’ailleurs, les prévisions annoncent un seuil de 5.0Md$ franchi en 2028, soit une croissance d’environ 13% par an.

La taille du marché et sa croissance s’expliquent dans l’ensemble par une explosion des objets connectés (IoT) tant pour une utilisation grand public (dont l’outdoor) que pour une utilisation industrielle (logistique, grands travaux, armées et sécurité civile, énergie, transport, médical, etc.). L’Alliance LoRa s’appuie sur cette dynamique pour développer à la fois son réseau d’antennes mais aussi les technologies associées pour l’exploiter.

A ce jour, les solutions existantes pour répondre aux besoins d’acteurs évoluant dans des milieux périlleux à faible connexion sont limitées. Si une traçabilité en temps réel de la position GPS est possible, les produits commerciaux n’intègrent pas de fonctionnalités propres à la communication (via des messages localisés, prédéfinis ou non). Cependant c’est bien cette customisation que le PGHM recherche au travers de son initiative à développer une nouvelle solution innovante.

Collaboration avec Kaizen Solutions

La collaboration entre Kaizen Solutions et le PGHM naît de la rencontre entre Olivier Favre, responsable R&D de la cellule « Innovation Montagne Sécurité Intérieure » du PGHM, et le Kaizen Lab, l’entité R&D de Kaizen Solutions. Cette cellule IMSI axe son travail sur des collaborations à forte valeur ajoutée, au vue de la criticité des sujets qu’elle traite quotidiennement. Du côté du Kaizen Lab, constitué d’une équipe de passionnés, le projet est accepté comme une évidence en considérant le challenge technique et le sujet d’intérêt public.

Ce sont donc les compétences de 3 ingénieurs systèmes embarqués qui sont mises au travail. Comme tout nouveau projet, avant de s’atteler à une mise en production, il y a bien sûr un travail de recherche conséquent à fournir, qu’elle soit technologique, technique, logistique ou matérielle.

Solution

Veille technologique

Une première veille technologique menée par les ingénieurs du Kaizen LAB (entité dédiée à la recherche & développement et l’innovation au sein de de Kaizen Solutions) en collaboration avec la cellule « Innovation Montagne Sécurité Intérieure » du PGHM a été faite sur les types de balises déjà commercialisées sur le marché. Une synthèse est proposée dans le tableau ci-dessous, basée sur les critères suivants : le type de réseau, la couverture, le type de données échangées, l’autonomie, le coût (à l’achat et abonnement).

balise	type de réseau	couverture réseau	Données	Autonomie	Coûts
Balise de détresse	COSPAS-SARSAT	Maximale	GPS + Alerte uniquement	Faible	Moyen
Balise GSM	GSM	Limitée dans les zones hors urbaines	GPS + Data + SMS + Appel	Faible	Faible
Balises Satellite	Iridium ou Global Star	Maximale	GPS + Data + Appel	Moyenne	Elevé
Balises LPWAN (Low-Power Wide-Area Networks)	Sigfox ou LoRaWAN	Bonne dans les zones hors urbaines	GPS + Data	Elevée	Faible - moyen

Au regard des balises existantes et de leurs avantages et inconvénients, il a été décidé de développer une nouvelle balise LPWAN basée sur le réseau Sigfox ou le réseau LoRaWAN, deux réseaux initialement dédiés aux objets connectés. La quantité de données transférée par ces réseaux est suffisante pour l’utilisation souhaitée. A autonomie maximale et coût moindre cette solution technique semble la plus adaptée aux exigences du PGHM.

Une seconde étude a été faite afin de mieux différencier les deux réseaux Sigfox et LoRaWAN utilisés par les balises LPWAN. La synthèse présentée dans le tableau ci-dessous a orienté le choix technologique sur le réseau LoRa au regard d’une meilleure couverture dans les zones reculées et d’une quantité de données échangeables plus importante.

Distinction	Sigfox	LoRaWAN
Opérateur réseau	Unique par pays	Chaque membre de l’alliance LoRa peut opérer son propre réseau
Matériel nécessaire	Agnostique = Forte compatibilité (STMicro, Texas-Instr. Wisol, OnSemi, etc.)	Semtech est propriétaire de la technologie radio Récentes évolutions par exemple STMicro vend une chip qui intègre une IP radio Semtech (brique hardware)
Technologie	Ultra Narrow Band	Etalement de spectre
Données	Faible consommation à l’envoi des données	Plus de données transférable et dialogue natif sur les 2 sens Moins sensible aux interférences radio
Couverture	Un seul réseau. Couverture connue (sigfox.com/coverage). Roaming facilité : pas de différence quel que soit le pays traversé (continuité de service)	Plus importante, mais dépend de l’implantation des nouvelles antennes par les partenaires de la LoRa Alliance. Roaming plus compliqué à gérer.
Couts	Abonnement par chip et par an	Nécessite de trouver un partenariat avec un opérateur de la LoRa Alliance ou de développer son propre réseau privé

Etat d’avancement

A ce jour, KAIZEN Solutions a développé en 2021 deux premiers démonstrateurs de balise pour secouriste afin de répondre aux besoins du PGHM :

Démonstrateur Fipy :
- Basé sur une plateforme de prototypage rapide mais difficilement industrialisable
- Ce démonstrateur a permis de valider la faisabilité du développement de toutes les fonctions attendues par le PGHM : suivi GPS, envoi de messages prédéfinis, connexion à une application mobile, etc.
- Cependant le prix d’acquisition de cette plateforme (environ 100€ pour seulement le processeur, le gps et le module radio) couplé à une capacité d’évolutivité des fonctionnalités restreinte ont poussé KAIZEN à arrêter les développements sur cette plateforme et à développer un second démonstrateur.
Démonstrateur T-beam :
- Basé sur une plateforme plus généraliste qui donne accès à des outils de développement facilitant le déploiement et l’industrialisation de la balise.
- Les mêmes fonctionnalités que celles du démonstrateur Fipy pourront être développées. Certaines le sont déjà (suivi GPS et envoi de message) d’autres sont en cours.
- Avec un prix d’achat de 25€ et une plus grande facilité à intégrer les composants hardware de la balise (boutons et coque), cette plateforme a été retenu pour la suite du projet.

Le niveau de maturité technologique (dont la maitrise du protocole LoRaWAN) est estimé à 4 sur l’échelle TRL pour le démonstrateur T-beam, un test dans un environnement terrain simplifié étant prévu dans les prochaines semaines.

Reste à faire

Au-delà du développement hardware (à ce jour basé sur l’intégration de composants du commerce), la couche software doit être complétée pour intégrer l’archivage de la position, la communication avec une application mobile et certaines fonctionnalités propres à l’utilisation par le PGHM. Dans un premier temps, un second prototype basé sur la plateforme T-beam pourrait être développé pour couvrir le périmètre initial (avec l’ambition d’atteindre un TRL de 6). Un test plus étendu serait alors réalisé par les équipes du PGHM.

Afin de pouvoir réaliser la transition entre le démonstrateur développé à ce jour (TRL 4) et un prototype répondant au besoin du PGHM et testable dans un environnement réel à grande échelle (TRL 6), des développements sont nécessaires au niveau :

Logiciel embarqué, compétence détenue par KAIZEN
Hardware embarqué, compétence à chercher auprès d’un nouveau partenaire
Application mobi le, compétence détenue par KAIZEN

Au printemps 2022, les secouristes du PGHM seront équipés pour effectuer un test grandeur nature lors d’une session d’entrainement.

L’industrialisation de la solution consistera en une seconde étape du projet pour laquelle KAIZEN Solutions devra s’entourer de partenaires possédant un savoir-faire reconnu dans le développement et la fabrication de balise (aspect matériel).