Brevet FR2578669A1 — publié le 19860912

PROCEDE DE TRAITEMENT DE DONNEES ENREGISTREES SUR L'ACTIVITE y D'UNE ZONE SURVOLEE, PERMETTANT D'OBTENIR DES CARTES DE CETTE ACTIVITE ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCEDE La présente invention concerne un procédé de traitement de données enregistrées sur l'activité y d'une zone survolée, permettant d'obtenir des cartes de cette activité. Elle concerne aussi un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention s'applique à la localisation de sources radioactives, notamment dans des zones géogra- phiques contaminées. On sait acquérir des données représentant l'activité y d'une zone survolée, grâce à des moyens d'acquisition embarqués sur un appareil de locomotion aérienne tel qu'un hélicoptère ou un avion. L'appareil survole une zone déterminée, selon une trajectoire préalablement définie permettant de balayer l'ensem- ble de cette zone, par exemple suivant des directions parallèles et équidistantes, à une altitude prédéter- minée. Ainsi, pour une altitude de consigne de 40 m on choisit généralement une distance de 60 m à 80 m entre les différentes directions d'une trajectoire, cette distance étant ramenée à 25 m ou 30 m lors d'une analyse plus précise de la zone survolée. A bord de cet appareil, les moyens d'acqui- sition permettent de mesurer et d'enregistrer, environ toutes les secondes, en des points d'acquisition ou de mesure répartis sur l'ensemble de la trajectoire suivie par l'appareil, les positions de l'appareil dans un repère X,Y lié à la surface du sol, l'altitude Z de l'appareil, et l'activité y de n'importe quel radioélément émetteur y en ces points. Les données de positionnement en X et Y sont obtenues à partir de moyens permettant d'interroger au moins trois balises, celles-ci étant disposées dans la zone survolée, en des points dont on connaît les coor- données dans un système de référence quelconque, tel qu'en coordonnées Lambert ou U.T.M. (Universal Trans- verse Mercator). Ces moyens comprennent notamment un récepteur de mesure à bord de l'appareil, ce récepteur permet de mesurer les distances entre les balises et l'appareil. Ces mesures sont traitées en temps réel, par un calculateur à bord de l'appareil, de façon à obtenir les coordonnées de l'appareil dans le système de coordonnées choisi. Dans le même temps, à partir des coordonnées caLculées, le calculateur commande un boîtier de navi- gation placé devant le pilote; ce boîtier indique l'écart entre la trajectoire suivie et la trajectoire prédéterminée. Le pilote peut ainsi corriger en perma- nence la trajectoire suivie de façon à survoler la zone à étudier suivant des directions pratiquement pa- rallèles et équidistantes. L'altitude de l'appareil est indiquée en permanence au pilote, par un altimètre radar par exem- ple; l'appareil doit en effet survoler la zone étu- diée à une altitude prédéterminée. Cet altimètre est connecté au calculateur qui enregistre pour chaque point de mesure, l'altitude réelle de l'appareil, afin de disposer des coordonnées en X, Y et Z, en temps réels, pour l'ensemble des points de mesure. Les mesures d'activité y sont effectuées en chaque point de mesure par un détecteur disposé sous l'appareil; ce détecteur est relié à des moyens em- barqués permettant de recevoir les impulsions électri- ques qu'il fournit et de coder et classer ces impul- sions selon un spectre de 256 canaux par exemple. L'acquisition de données de position et de données spectrométriques est donc effectuée par Le calculateur qui recueille, pour chaque point de mesu- re, les valeurs pour Les 256 canaux constituant Le spectre y de ce point, ainsi que ses coordonnées en X, Y et Z. Le calculateur enregistre l'ensemble de ces données dans une mémoire, notamment de masse, telle qu'une cassette, une disquette ou une bande magnéti- que, pour avoir une totale disponibilité de ces don- nées pour des traitements ultérieurs. De façon connue, le traitement des données enregistrées est généralement effectué au sol par un calculateur, à partir d'un logiciel de traitement per- mettant par des moyens de visualisation connectés au calculateur, l'obtention de cartes représentant l'ac- tivité y de la zone survolée. Le traitement des don- nées est très long à cause de leur nombre très impor- tant. Ainsi pour une zone survolée de quelques kilomè- tres carrés, le traitement des données dure plusieurs heures. L'invention a pour but de remédier à cet inconvénient et notamment de traiter les données enre- gistrées, après extraction des données les plus signi- ficatives, afin d'obtenir des résultats beaucoup plus rapidement. De façon plus précise, l'invention vise tout d'abord un procédé de traitement de données enregis- trées sur l'activité y d'une zone.géographique, acqui- ses par des moyens d'acquisition à bord d'un appareil de locomotion aérienne, pour différents points d'une trajectoire de l'appareil décrivant cette zone, ces données comprenant pour chaque point, des données re- latives aux coordonnées de positionnement et à l'alti- tude de l'appareil dans-un repère de référence (X, Y, Z) et des données de mesures spectrométriques de l'acti- vité y, procédé caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes: lecture des données et visualisation sur un écran vidéo des données spectrométriques constituées de spectres représentant chacun la quantité d'impul- sions en fonction de l'énergie de rayonnement pour chaque point d'acquisition; l'étude visuelle des spectres sur cet écran pour choisir un nombre prédéterminé de fenêtres d'énergies différentes, chaque fenêtre correspondant au plus au rayonnement y d'un radioélément; - extraction des données de position et extraction des données spectrométriques uniquement dans ces fenê- tres d'énergie prédéterminées; - comptage des impulsions dans chaque fenêtre d'éner- gie pour chaque point d'acquisition et enregistre- ment des résultats de ce comptage; - positionnement des points d'acquisition sur l'écran video par leurs coordonnées en X et Y dans le repère de référence, chaque point étant affecté de la va- leur du comptage pour chaque fenêtre; - interpolation linéaire entre deux points d'acquisi- tion sur l'écran,-pour obtenir une image continue de l'activité y de la zone survolée, pour chaque fenê- tre d'énergie; - correction des valeurs affectées aux points de l'image, en fonction des variations d'altitude Z de l'appareil, du bruit de fond, et lissage de ces va- leurs. Selon une autre caractéristique du procédé, on compte le nombre d'impulsions total dans l'ensemble des fenêtres pour chaque point d'acquisition, afin d'obtenir une carte de l'activité y totale de la zone survolée. Selon une autre caractéristique du procédé, la correction d'altitude est effectuée à partir d'une loi donnant l'atténuation de l'activité y en fonction de l'altitude. L'invention a également pour objet un dispo- sitif permettant la mise en oeuvre du procédé, com- prenant: - des moyens de traitement de données enre- gistrées sur l'activité y d'une zone géographique, acquises par des moyens d'acquisition à bord d'un ap- pareiL de locomotion aérienne, pour différents points de la trajectoire de l'appareil, ces données compre- nant pour chaque point, des données correspondant aux coordonnées de positionnement et à l'altitude de l'appareil dans un repèrede référence (X,Y,Z) desdonnées spectrométriques de l'activité y, ces moyens permet- tant d'obtenir la répartition de l'activité y de la zone survolée pour une fenêtre d'énergie donnée; - des moyens pour Lire les données enregis- trées et enregistrer des données traitées, ces moyens étant connectés auxmoyens de traitement; - des moyens de visualisation vidéo pour visualiser les données spectrométriques et pour affi- cher des cartes de l'activité y de la zone survoLée, ces moyens étant connectés aux moyens de traitement. Selon une caractéristique du dispositif au moins une imprimante est connectée aux moyens de trai- tement pour tracer des cartes de l'activité y de la zone survolée. Selon une autre caractéristique du disposi- tif, une caméra vidéo est reliée aux moyens de traite- ment pour saisir l'image d'une carte topographique de la zone survolée et pour superposer cette carte aux cartes de l'activité y de La zone survoLée, sur l'écran des moyens de visualisation vidéo, et/ou sur l'imprimante. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et non limitatif en référence aux figures annexées 1 à 2c dans lesquelles: - la figure 1 représente schématiquement un dispositif de traitement permettant la mise en oeuvre du procédé de traitement conforme à l'invention; - la figure 2a représente, pour une zone survolée par un appareil de locomotion aérienne, le positionnement sur un écran, des différents points de mesure relevés sur la trajectoire de l'appareil; - la figure 2b représente L'affectation d'une valeur d'intensité pour une fenêtre d'énergie donnée pour chaque point de mesure puis pour l'ensem- ble des points de l'écran situés sur la trajectoire; - la figure 2c représente la carte complète de l'intensité des rayonnements pour cette fenêtre d'énergie, cette carte étant obtenue par interpola- tion. La figure 1 représente le dispositif de traitement de données de positions et de données spec- trométriques acquises à partir d'un appareil de loco- motion aérienne, en des points de mesure répartis sur sa trajectoire, ces données étant enregistrées dans une mémoire, par exemple une mémoire de masse. On distingue sur cette figure, un lecteur- enregistreur 3, connecté à un calculateur 1, permet- tant de lire et d'enregistrer des données, un écran vidéo 5 et une imprimante 7 également connectés au calculateur 1 et permettant de visualiser des résul- tats, et enfin une caméra 9 connectée au calculateur 1 et permettant la saisie d'une carte topographique 11 de la zone survolée pour sa superposition avec une carte de l'activité y de la zone survolée. Le calculateur 1 permet de commander ces différents éléments et de gérer Les différentes étapes du procédé de traitement. Le lecteur-enregistreur 3 utilisé est bien entendu de même type que celui ayant permis d'enre- gistrer les données à bord de l'appareil de locomotion aérienne. Ainsi, si les données ont été enregistrées sur des bandes magnétiques, le dispositif de traite- ment comprend un lecteur-enregistreur de bandes magné- tiques. Comme indiqué plus haut, ces enregistre- ments comprennent des données spectrométriques pour les différents points d'acquisition ou de mesure et, des données relatives aux coordonnées de positions et à l'altitude, relevées pour chacun de ces points dans un repère (X, Y, Z). Les données spectrométriques, pour chaque point de mesure, sont enregistrées sous la forme d'un spectre de rayonnement y, c'est-à-dire sous forme d'un nombre d'impulsions ou coups par seconde, en fonction de l'énergie du rayonnement. Cette énergie de rayonnement est répartie en 256 canaux, chaque canal représentant un intervalle d'énergie prédéter- minée. Ainsi, pour des spectres dont l'énergie varie de 0 à 2,5 MeV, chaque canal présente une énergie voi- sine de 10 KeV. Les données enregistrées sont lues par le lecteur-enregistreur 3 et les données spectrométri- ques sont visualisées sur l'écran 5 sous forme de spectres. Ces spectres permettent à un opérateur d'étudier les énergies des différents radioéléments émetteurs y présents dans la zone étudiée, chaque spectre présentant des pics caractéristiques dépas- sant le niveau du bruit de fond, un pic représentant une certaine quantité d'impulsions pour un radioélé- ment d'énergie déterminée. Après avoir visualisé sur l'écran 5 quelques spectres obtenus en des points de mesure quelconques, l'opérateur définit des fenêtres d'énergie comprenant les pics les plus significatifs de ces spectres, chaque fenêtre comportant au plus un pic correspondant à un seul radioélément. Généralement, on choisit un nombre de fenêtres égal à huit. Pour étudier le niveau du bruit de fond, c'est-à-dire la radioactivité natu- relLe de la zone survolée, l'opérateur peut également choisir des fenêtres n'ayant pas de pic. Pour tenir compte d'une dérive éventuelle des pics lors de l'acquisition des données spectromé- triques, une fenêtre d'énergie est choisie de façon à englober plusieurs canaux, afin que le pic d'un radio- élément donné soit toujours compris dans la fenêtre lui correspondant. Ainsi, pour le radioélément Cs137 (césium) dont l'énergie de rayonnement est de l'ordre de 660 KeV, on choisit par exemple une fenêtre compri- se entre 640 et 680 KeV comportant donc quatre canaux de 10 KeV. Si la dérive des pics est très importante, on effectue ce traitement de façon répétée en dépla- çant successivement les fenêtres pour encadrer entié- rement chaque pic par une fenêtre. Après avoir défini les fenêtres et fourni au calculateur 1 les valeurs d'énergie qui leur corres- pondent, l'opérateur commande ce calculateur pour que celui-ci lise les données enregistrées dans le lecteur enregistreur 3 Dour en extraire les données de posi- tion et d'altitude des points de mesure et les données spectrométriques pour chaque point, uniquement dans les fenêtres d'énergie. Les données ainsi extraites sont alors enregistrées dans une mémoire vive du cal- culateur I ou éventuellement dans une mémoire de masse. Cette méthode dite "de compactage des don- nées" permet d'éviter un accès et un traitement d'une grande quantité de données disponibles, qui nécessite- raient une mémoire de masse à accès rapide et une puissance de calcul importante. Ainsi, par exemple pour une opération d'acquisition durant 1h30 pour 5000 points de mesure comprenant chacun 640 octets d'infor- mations, la masse totale de données à traiter est de 3,2.106 octets. Par la méthode de compactage selon l'invention, on extrait uniquement pour chaque point de mesure, les données correspondant aux coordonnées en X, Y et Z et les données spectrométriques corres- pondant aux fenêtres choisies. On peut donc ramener les 640 octets d'informations, à 32 octets par exem- ple, soit un compactage d'un facteur 20. Les données correspondant aux différentes fenêtres ayant été enregistrées en mémoire vive du calculateur 1, celui-ci calcule la somme des valeurs correspondant aux canaux de chaque fenêtre, pour cha- que point de mesure, cette somme représentant l'acti- vité en coups/seconde, d'un seul radioélément en ce point. A chaque point de mesure correspond donc une seule valeur de comptage pour une fenêtre choisie, chaque fenêtre correspondant au plus à un radioélé- ment. On peut également faire la somme totale des valeurs correspondant aux canaux de l'ensemble des fenêtres, pour étudier la totalité de l'activité y mesurée en chaque point, et étudier ainsi les varia- tions de la radioactivité naturelle. Ces comptages ayant été effectués pour chaque point de mesure, les résultats sont enregistrés dans la mémoire vive du calculateur 1; ceux-ci peu- vent également être enregistrés par le lecteur-enre- gistreur 3. A partir de ces résultats, le calculateur 1 commande l'appareil à écran vidéo 5, pour faire appa- raître sur cet écran les cartes de l'activité y de la zone survolée, chaque carte correspondant à une fenê- tre d'énergie. Pour une fenêtre d'énergie donnée, chaque point de mesure est visualisé sur l'écran 5, en fonc- tion de ses coordonnées X et Y; cette visualisation est effectuée dans l'ordre o ces points de mesure ont été relevés, c'est-à-dire suivant la trajectoire de l'appareil de locomotion aérienne; chaque point est affecté de la valeur de comptage correspondante. Pour un écran vidéo 5 polychrome, on distin- gue les différentes valeurs de comptage correspondant à différentes intensités de l'activité y, d'un radio- élément, par une couleur; chaque couleur représente un nombre prédéterminé d'impulsions de comptage. Pour un écran vidéo 5 noir et blanc, on fait de même en remplaçant les couleurs par des caractères alphanumériques ou par différents niveaux de gris. Pour obtenir une carte de l'activité y pour une fenêtre d'énergie donnée, le calculateur 1 comman- de une interpolation linéaire entre deux points de mesure. L'obtention d'une carte sur l'écran vidéo 5 sera décrite plus en détail à l'aide des figures 2a, 2b et 2c. Divers traitements sont ensuite effectués pour corriger l'image de la carte obtenue à partir des résultats bruts. On effectue tout d'abord un lissage de tout ou partie des points de l'image résultant de l'exploitation brute des données, puis une correction en fonction de l'altitude, et enfin une soustraction du bruit de fond. Le lissage des points de l'image peut être effectué par diverses méthodes classiques de filtrage matriciel par exempte. La correction d'altitude est effectuée par le calcuLateur 1 à partir d'une loi d'atténuation déduite de données spectrométriques acquises au-des- sus d'une zone non contaminée; à cet effet L'appareil de Locomotion aérienne s'élève par exemple de 20 à m et les données spectrométriques et d'altitude sont enregistrées chaque seconde environ. La loi d'atténuation du bruit de fond en fonction de l'aLti- tude est de la forme: A (E) = A (E) e-k(h-ho) h h0 o E est l'énergie du rayonnement, h: l'altitude de référence choisie, o h: l'altitude réelle de l'appareil de locomotion, Ah: le résultat du comptage à l'altitude ho, Ah: le résultat du comptage à l'altitude h, et k: le coefficient d'atténuation calculée. A partir de cette loi, on obtient une table de coefficients d'atténuation permettant de ramener chaque valeur brute correspondant à un point de la carte, à la valeur correspondant à l'altitude de réfé- rence choisie. La soustraction du bruit de fond est effec- tuée pour chaque valeur d'un point de la carte, en soustrayant soit une valeur moyenne correspondant à l'activité naturelle moyenne de L'ensemble de la zone survolée, soit une valeur calculée à partir du compta- ge total effectué pour l'ensemble des fenêtres ou pour des fenêtres de référence ne comportant pas de pics de radioéléments. Le rapport des valeurs de comptage entre des fenêtres choisies et des fenêtres de référence doit être pratiquement constant; le calcul de ce rapport permet également de connaître les variations du spec- tre de bruit de fond et ainsi de s'en affranchir. D'autres traitements classiques peuvent être également effectués sur les résultats bruts pour affiner ces résultats, sans sortir du cadre de l'invention. Une imprimante 7 couleur ou noir et blanc, connectée au calculateur 1, permet de tracer, notam- ment sur papier, des cartes de l'activité y, pour des fenêtres d'énergie donnée, à partir des résultats bruts ou des résultats corrigés. Cette imprimante peut bien entendu être également connectée à l'appareil de l'écran vidéo 5. A chaque carte d'activité, il est possible de superposer sur l'écran 5 ou sur le papier de l'im- primante 7, une carte topographique 11 de la zone sur- volée, par l'intermédiaire d'une caméra video 9 qui saisit l'image de cette carte; le calculateur 1 superpose la carte topographique 11 à la carte d'acti- vité y, sur l'écran 5 ou sur le papier, avec les mêmes échelles. Les figures -2a, 2b et 2c représentent les différentes étapes permettant l'affichage sur l'écran vidéo 5 d'une carte de l'activité y pour une fenêtre d'énergie donnée. La première étape représentée par la figure 2a, consiste à faire apparaître sur cet écran, les différents points de mesure 15, en fonction de leurs coordonnées en X et Y, selon l'ordre dans lequel les mesures ont été effectuées, c'est-à-dire suivant la trajectoire 17 suivie par l'appareil de locomotion aérienne, au-dessus de la zone 19 à contrôler. L'en- semble des points 15 permet de visualiser ainsi la trajectoire effectivement suivie par l'appareil; celle-ci présente des directions de parcours 20 prati- quement parallèles. Les coordonnées en X et Y ont été mesurées à partir d'une zone d'initialisation 21 qui est prise comme point de départ de la trajectoire 17. La deuxième étape représentée par la figure 2b, consiste à affecter à chacun des points de mesure apparaissant sur l'écran video, pour une fenêtre d'énergie donnée, la valeur de comptage correspondant à chaque point, puis à réaliser une interpolation Linéaire entre chaque couple de points de mesure suc- * cessifs pour une même direction de parcours 20 sur la trajectoire 17; on affecte ainsi des vaLeurs respec- tives aux points images élémentaires de l'écran, placés entre ces points de mesure. On obtient alors, sur l'écran, une visualisation de l'activité y, sui- vant la trajectoire 17 suivie, pour la fen$tre d'éner- gie donnée. Cette visualisation peut être faite en noir et blanc par différents niveaux de gris, par des caractères comme représenté sur cette figure, ou en couleur. La figure 2c représente La dernière étape permettant la visualisation d'une carte de l'activité y, pour une fenêtre d'énergie donnée. Elle consiste à effectuer une interpolation linéaire entre deux points de la trajectoire appartenant à deux directions de parcours 20 successives, de façon à affecter des va- leurs respectives aux points images élémentaires de l'écran qui ne se trouvent pas sur le tracé de la trajectoire 17. On obtient ainsi une image continue 25 de l'activité y de la zone survolée, pour la fenêtre d'énergie donnée. Ainsi, le procédé de traitement conforme à l'invention permet d'obtenir des cartes de l'activité y d'une zone survolée très rapidement c'est-àdire de l'ordre de 1 à 2 heures pour une zone de quelques km2, tout en utilisant un dispositif facile à mettre en oeuvre et à transporter. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement de données enregis- trées sur L'activité y d'une zone géographique (19), acquises par des moyens d'acquisition à bord d'un appareil de locomotion aérienne, pour différents points (15) d'une trajectoire (17) de l'appareil dé- crivant cette zone, ces données comprenant pour chaque point, des données relatives aux coordonnées de posi- tionnement et à L'altitude de l'appareil dans un repère de référence (X, Y, Z) et des données de mesu- res spectrométriques de l'activité y, procédé caracté- risé en ce qu'il comprend Les étapes suivantes: - lecture (3) des données et visualisation sur un écran vidéo (5) des données spectrométriques consti- tuées de spectres représentant chacun la quantité d'impulsions en fonction de l'énergie de rayonnement y pour chaque point d'acquisition (15); étude visuelle des spectres sur cet écran.(5) pour choisir un nombre prédéterminé de fenêtres d'énergie différentes, chaque fenêtre correspondant au plus au rayonnement y d'un radioélément; - extraction des données de position et extraction des données spectrométriques uniquement dans ces fenê- tres d'énergies prédéterminées; - comptage des impulsions dans chaque fenêtre d'éner- gie pour chaque point d'acquisition (15) et enregis- trement des résultats de ce comptage; - positionnement des points d'acquisition (15) sur l'écran vidéo (5), par leurs coordonnées en X et Y dans le repère de référence, chaque point étant af- fecté de la valeur du comptage pour chaque fenêtre; - interpolation linéaire entre deux points d'acquisi- tion sur l'écran (5), pour obtenir une image conti- nue (25) de l'activité y de la zone survolée, pour chaque fenêtre d'énergie; - correction des valeurs affectées aux points de l'image, en fonction des variations d'altitude Z de l'appareil, du bruit de fond, et lissage de ces va- Leurs. 2. Procédé de traitement selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'on compte le nombre d'impulsions totales dans L'ensemble des fenêtres pour chaque point d'acquisition (15), afin d'obtenir une carte de l'activité y totale de la zone survolée. 3. Procédé de traitement selon La revendica- tion 1, caractérisé en ce que la correction d'altitude est effectuée à partir d'une loi donnant l'atténuation de l'activité y en fonction de l'altitude. 4. Dispositif pour La mise en oeuvre du pro- cédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'iL comprend: - des moyens de traitement (1) de données enregistrées sur l'activité y d'une zone géographique (19), acquises par des moyens d'acquisition à bord d'un appareil de locomotion aérienne, pour différents points (15) de la trajectoire (17) de l'appareil, ces données comprenant pour chaque point, des données correspondant aux coordonnées de positionnement et à l'altitude de l'appareil dans un repère de référence (X, Y, Z) et des données spectrométriques de L'activi- té y, ces moyens (1) permettant d'obtenir La réparti- tion de l'activité y de la zone (19) survolée pour une fenêtre d'énergie donnée; - des moyens (3) pour Lire Les données enre- gistrées et enregistrer des données traitées, ces moyens (3) étant connectés aux moyens de traitement (1); - des moyens de visualisation vidéo (5) pour visualiser Les données spectrométriques et pour affi- cher des cartes de l'activité y de la zone survolée, ces moyens (5) étant connectés aux moyens de traite- ment (1). 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend en outre au moins une imprimante (7) connectée aux moyens de traitement (1) pour tracer des cartes de l'activité y de la zone (19) survoLée. 6. Dispositif selon la revendication 5, ca- ractérisé en ce qu'il comprend en outre une caméra vidéo (9) reliée aux moyens de traitement (1) pour saisir l'image d'une carte topographique (11) de la zone -(19) survolée et pour superposer cette carte (11) aux cartes de l'activité y de La zone (19) survolée, sur l'écran (5) des moyens de visualisation vidéo, et/ou sur l'imprimante (7).