IN THE FIELD
Maintenance Magazine 138 – décembre 2017
« Il faut faire la corrélation entre le smartphone et les phénomènes spécifiques à mesurer », déclare le Dr. Ing. Fatjon Seraj qui fait partie du Pervasive Systems research group à l’Université de Twente. (Photo : LDS)
Un smartphone typique avec une App particulière mesure l’état de la route alors que l’utilisateur conduit tout simplement sa voiture. (Photo : LDS)
« L’utilisation des smartphones pour les mesures s’intensifie », selon Henk Akkermans, Président du World Class Maintenance et membre du jury qui décernait fin octobre le prix WCM pour la meilleure thèse de doctorat en 2017 au Dr. Ing. Fatjon Seraj. (*)
Fin juin, l’albanais de 40 ans défendait sa thèse de doctorat en sciences informatiques à l’Université de Twente : « Rolling Vibes, continuous transport infrastructure monitoring.» Il y développait un concept de « crowd sensing » faisant usage d’un smartphone comme capteur pour la détection de défauts dans les infrastructures (routes, voies ferrées, pistes cyclables et piétonniers...) Mais l’on peut également détecter des situations dangereuses en mesurant et en analysant le comportement des chauffeurs.
Les smartphones sont équipés de différents capteurs comme par exemple les capteurs de vibration, les gyroscopes, microphones et GPS. Ils n’ont pas seulement des capteurs mais disposent également de la puissance de calcul capable de transformer les données brutes en information tangible analysable par la suite. « De cette façon, il est possible de réduire drastiquement la quantité de données et la consommation d’énergie. » Et simultanément, réduire la facture d’Amazon ou de Google pour le stockage de données.
Il y a divers systèmes de mesure pour la détection de l’état des infrastructures. Pour les routes, il s’agit par exemple du soi-disant ARAN (Automatic Road Analyzer). Il s’agit d’une camionnette chargée de l’équipement de mesure de la qualité du revêtement routier. « L’administration des ponts et chaussée utilise ce genre de systèmes sur des tronçons routiers particuliers pour vérifier la pertinence d’un entretien. Cela ne se fait souvent qu’une seule fois par an. Généralement lorsque le revêtement est déjà fort endommagé comme p. ex. après un hiver rigoureux. Notre solution fait usage d’un smartphone standard avec une App spéciale capable de mesurer l’état des routes alors que l’utilisateur est simplement au volant de sa voiture. En combinant de façon intelligente plusieurs mesures sur quelques petits trajets, il est possible de déterminer en permanence l’état de la route, permettant de réparer le revêtement routier avant que les dégâts ne s’amplifient. Imaginons qu’une société de taxis fasse usage du smartphone des chauffeurs afin de faire ces mesures. Une ville disposerait de cette manière d’une vue en « live » de l’état de toutes ses routes.
Le concept innovant de « crowd sensing » détecte les défauts d’infrastructures avec des smartphones
Outre les routes, l’App est capable de mesurer d’autres types d’infrastructure, comme les voies ferroviaires. EURailscout est le système de l’état de l’art pour monitorer la géométrie des voies. Ce train de mesures roule la nuit sur des trajets ferroviaires et mesure la qualité des voies avec un jeu de capteurs sophistiqués et spéciaux. « Bien souvent, cette précision ne s’impose pas pour savoir qu’il y a des problèmes à un certain endroit », explique Seraj. « La détection précoce de “variations” dans la qualité est en fait beaucoup plus importante. Cela peut se faire plus rapidement et plus économiquement en faisant usage des smartphones des voyageurs lambdas en train. »
Divers composants ferroviaires peuvent faire défaut : les roues, les roulements à billes des wagons, les rails, les traverses, les caténaires... « La détection du type de défaut n’est pas simple. En outre, le smartphone enregistre beaucoup de “parasites”, de vibrations, de mouvements alternés... Le signal doit d’abord être filtré. Le bruit éliminé. » Cela se passe dans le smartphone lui-même. « Il ne serait pas possible de gérer la masse de données brutes en central », selon Seraj.
De plus, votre smartphone pourrait aussi « sonder » les smartphones d’autres passagers et communiquer avec eux via un « opportunistic beacon networking ». « Les appareils sont mieux à même de décider si une anomalie se présente à un certain endroit. Ensemble, ils diminuent l’incertitude de mesure et accroisse la précision. Ces données “agrégées” sont ensuite envoyées à un ordinateur central. »
L’idée lui est venue en Albanie lors de ses navettes vers la capitale alors qu’il s’irritait de l’état lamentable des voies de communication. « Pourquoi ce peu d’entretien, se demandait-il ? L’idée lui est alors venue. Si je sens moi-même les trépidations, mon smartphone aussi. Il rejoignait l’Université de Twente aux Pays-Bas il y a six ans. « Cette technique permet à quiconque de développer un système de monitoring sur le smartphone », souligne Seraj. Le challenge ? « Il faut faire la corrélation entre le smartphone et les phénomènes spécifiques à mesurer. »
Avec l’aide d’« advanced signal processing » et de « machine learning », il a pu lisser les imprécisions des mesures et déterminer assez précisément la qualité et les dégâts aux routes et au rail. L’information des capteurs du smartphone est d’abord traitée localement via des méthodes de « wavelet decomposition », du calcul des caractéristiques utiles et du clustering. Une compensation ultérieure s’effectue encore de différentes manières. « De même, un algorithme détecte automatiquement le type de transport utilisé. Il s’agit finalement d’un produit relativement complexe avec de nombreux modules... mais cela marche bien. »
Seraj, de cette façon, membre du Pervasive Systems research group à l’Université de Twente, passait finalement au département « dynamic maintenance ». Il participe actuellement à divers projets. Pour la province de Noord-Holland, il travaille à une solution recourant à sa technologie pour l’affichage routier de « situations dangereuses ». Il travaille aussi conjointement avec l’entreprise de construction et de travaux ferroviaires Strukton pour mesurer en temps réel, avec cette méthode alternative, la qualité des chemins de fer. <<
Par Luc De Smet
(*) World Class Maintenance primait ex aequo la PhD Minou Olde Keizer avec sa thèse à la Rijksuniversiteit Groningen : « Condition-based maintenance for complex systems. Coordinating maintenance and logistics planning for the process industries. »
