Brevet FR3003356A1 — publié le 20140919

PROCÉDÉ D'OBSERVATION D'UNE ZONE AU MOYEN D'UN DRONE [001] L'invention concerne un procédé d'observation d'une zone au moyen d'un d ro ne. [002] II est connu d'utiliser des drones pour des missions d'observation et de surveillance. Les drones possèdent généralement des petites dimensions et une grande maniabilité, et peuvent effectuer des observations détaillées en volant à proximité d'objets d'intérêt que l'on souhaite observer. C'est par exemple le cas des drones à voilure tournante. [003] Ces drones sont typiquement aptes à se déplacer de façon autonome, en suivant un plan de vol prédéfini à partir de bases de données contenant des informations topographiques. Il arrive cependant que de telles bases de données présentent des manquements dans les informations qu'elles contiennent. La hauteur et/ou la position de certains objets peut y être inexacte, comme par exemple lorsqu'un arbre a grandi ou qu'une structure a été érigée depuis la dernière mise à jour de la base de données. De tels manquements conduisent alors à la définition d'un plan de vol erroné, augmentant le risque de collision du drone lors de son déplacement. Il est souhaitable d'éviter toute collision du drone avec son environnement, car cela peut conduire à la destruction du drone et des équipements embarqués, et peut occasionner des dommages inacceptables à des personnes. [4] II existe donc un besoin pour un procédé d'observation d'une zone au moyen d'un drone présentant une sécurité et une fiabilité accrues. [5] L'invention concerne donc un procédé d'observation d'une zone au moyen de drones, comportant : -l'acquisition d'une topographie d'une zone à observer au moyen d'un premier drone, ce premier drone comportant un dispositif d'acquisition de topographie ; -la détermination d'un plan de vol d'un second drone à partir de la topographie acquise ; -l'observation détaillée de la zone à observer, au moyen d'un second drone 30 comportant un dispositif d'imagerie, ce second drone se déplaçant suivant le plan de vol déterminé. [006] Le premier drone est utilisé comme drone de repérage, pour relever rapidement la topographie de la zone à observer, préalablement à l'observation détaillée de la zone à observer. Cette topographie relevée permet de définir un plan 35 de vol pour le second drone avec une fiabilité accrue par rapport à un plan de vol - défini uniquement à partir d'une,topographie prédéfinie de la zone à observer. Ainsi, le risque que le sacond drone subisse une collision lors de son déplacement dans la zone à observer est réduit. [007] Les modes de réalisation de l'invention peuvent présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : -le premier drone est un drone à voilure fixe ; -le second drone est un drone à voilure tournante ; -le > dispositif d'acquisition de topographie comporte une caméra optique stéréoscopique ; -l'acquisition d'une topographie de la zone à observer comporte : - l'acquisition d'images stéréoscopiques de la zone à observer ; - la génération d'une topographie, au moyen d'un procédé de photogrammétrie, 10 à partir des images stéréoscopiques acquises ; -le dispositif d'acquisition de topographie comporte un télémètre ; -le télémètre est un télémètre à télédétection par laser ; -le télémètre est un radar ; -l'observation détaillée de la zone à observer comporte l'acquisition d'au moins une 15 image de la zone à observer par le dispositif d'observation ; -lequel le dispositif d'observation comporte un dispositif d'imagerie optique. [008] Ces modes de réalisation présentent en outre les avantages suivants : -le drone à voilure tournante est apte à se maintenir en vol stationnaire et à basse altitude, ce qui permet d'acquérir des images détaillées à l'intérieur de la zone à 20 observer ; -la caméra optique stéréoscopique permet d'acquérir une topographie de la zone à observer tout en présentant un coût réduit. [009] L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins 25 sur lesquels : la figure 1 une illustration schématique, selon une vue en perspective, d'une zone terrestre devant faire l'objet d'une observation à l'aide d'un drone ; la figure 2 est une représentation schématique de drones aptes à être 30 utilisés pour l'observation de la zone de la figure 1 ; la figure 3 est un organigramme d'un procédé d'observation de la zone de la figure 1 à l'aide des drones de la figure 2 ; les figures 4 et 6 sont des organigrammes détaillant chacun une étape du procédé de la figure 3.; 35 la figure 5 est une illustration schématique, selon une vue du dessus, d'une topographie de la zone de la figure 1 acquise lors du procédé de la figure 3. [0olo] Dans ces figures, les mêmes références sont utilisées pour désigner les mêmes éléments. 3003 3 56 3 [0011] Dans la suite de cette description, les caractéristiques et fonctions bien connues de l'homme du métier ne sont pas décrites en détails. [0012] La figure 1 représente une zone à observer 2 devant faire l'objet d'une observation au moyen d'un drone. Cette zone 2 est ici un terrain 4, comportant : 5 -un objet 6 à observer, et -un obstacle 8. [0013] Dans cet exemple, le terrain 4 présente une forme plane et forme un quadrilatère. L'objet 6 est, par exemple, une parcelle végétale cultivée. L'obstacle 8 est ici un arbre. Cet obstacle 8 présente ici une hauteur trois ou cinq ou dix fois 10 supérieure à la hauteur maximale de l'objet 6. [0014] La figure 2 représente des drones 10 et 12 aptes à être utilisés pour observer la zone 2, et une unité de commande 14 de ces drones. Par drone (« Unmanned Aerial Vehicle » en langue anglaise), on désigne un aéronef de dimensions réduites et pouvant circuler sans pilote humain à son bord, par exemple de façon autonome à 15 partir d'un plan de vol prédéfini. [0015] Dans cet exemple, le drone 10 est un drone à voilure fixe. Ce drone 10 comporte un dispositif d'imagerie optique 16. Le drone 10 est apte à se déplacer à une altitude supérieure ou égale à 5m ou à 10m ou à 20m. L'altitude est ici mesurée par rapport au niveau du sol. 20 [0016] Dans cet exemple, le drone 12 est un drone à voilure tournante, par exemple à quadrirotor. Le drone 12 est ainsi apte à se maintenir en vol stationnaire. Ce drone 12 comporte un dispositif d'observation 18, tel qu'un dispositif d'imagerie optique. Le drone 12 est apte à de déplacer à une altitude inférieure à l'altitude minimale du drone 10. Par exemple, le drone 12 est apte à se déplacer à une altitude inférieure ou 25 égale à 3m ou à 7m ou à 15m. [0017] Chacun de ces drones 10 et 12 présente une masse inférieure à 10kg ou à 5kg et une envergure inférieure à 3m ou à 2,5m ou à 2m. Les drones 10 et 12 sont notamment aptes à transmettre des données, telles que des données acquises par les dispositifs 16 et 18, vers l'unité 14. Ces drones 10 et 12 sont également aptes à 30 décoller et à se déplacer de façon autonome, par exemple en suivant un plan de vol transmis par l'unité 14. Chacun de ces drones 10 et 12 comporte avantageusement un dispositif de géolocalisation. Un tel dispositif de géolocalisation est apte à fournir des coordonnées géographiques de la position occupée par le drone respectif. Cette localisation géographique est ici exprimée sous la forme de coordonnées d'un 35 système de localisation par satellite, comme par exemple des coordonnées GPS (« Global Positioning System » en langue anglaise). Un tel dispositif comporte donc ici un récepteur GPS. [0018] L'unité 14 est apte : -à transmettre des instructions, comme un plan de vol ou un ordre de décoller, aux 40 drones 10 et 12, et -à recevoir des données venant des drones 10 et 12, comme par exemple des données issues des dispositifs 16 et 18. Cette unité 14 comporte ici un micro-ordinateur équipé d'une interface de communication et d'un logiciel de contrôle des drones 10 et 12. [0019] Le dispositif 16 est apte à acquérir une topographie d'un terrain. Par topographie d'un terrain, on désigne ici un ensemble de données représentant, en tout point du terrain, l'élévation géographique du terrain ainsi que d'objets compris sur ce terrain. Cette topographie est, par exemple, un modèle numérique de terrain « digital elevation model » en langue anglaise). Un tel modèle numérique de terrain présente par exemple la forme d'une image numérique du terrain formée d'une pluralité de pixels. La valeur d'intensité de chacun de ces pixels correspond à l'altitude moyenne du terrain sur la portion du terrain correspondant à ce pixel. Ici, le dispositif 16 comporte une caméra optique stéréoscopique. [0020] Le dispositif 18 est ici une caméra optique à haute résolution. [0021] Un exemple d'un procédé d'observation de la zone 2 va maintenant être décrit, en référence à l'organigramme de la figure 3 et à l'aide des figures 1, 2 et 4 à 6. [0022] Lors d'une étape 30, une topographie de la zone 2 est acquise au moyen du dispositif 16 du drone 10. La figure 4 représente plus en détail un exemple de cette 20 étape 30. [0023] Lors d'une opération 32, des caractéristiques géographiques de la zone 2 sont automatiquement acquises, par exemple par l'unité 14, à partir d'une base de données. Ces caractéristiques géométriques incluent notamment les dimensions de la zone 2, ainsi que sa localisation géographique et une topographie estimée. Cette 25 localisation géographique est ici exprimée sous la forme de coordonnées GPS. [0024] Puis, lors d'une opération 34, un plan de vol du drone 10 est défini automatiquement, par exemple par l'unité 14, à partir des caractéristiques géométriques acquises lors de l'opération 32. Ce plan de vol définit notamment la trajectoire que doit suivre le drone 10 pour accéder à la zone 2 et survoler cette zone 30 2. Par exemple, on définit une pluralité de points de passage, par lesquels le drone 10 doit passer. Chaque point de passage est identifié par ses coordonnées géographiques et par son altitude. Le plan de vol est ainsi défini pour que le drone 10 passe successivement par chacun de ces points de passage, en suivant de préférence une trajectoire de longueur réduite. 35 [0025] Lors d'une opération 36, le plan de vol déterminé lors de l'opération 34 est automatiquement transmis au drone 10, par exemple à l'aide de l'unité 14. [0026] Ensuite, ici, lors d'une opération 38, un ordre de décollage est automatiquement transmis au drone 10. Puis, lors d'une opération 40, ce drone 10 survole automatiquement la zone 2 suivant le plan de vol défini, puis acquiert des 40 portions de topographie de cette zone 2. Par exemple, des images stéréoscopiques de portions de la zone 2 sont automatiquement acquises par le dispositif 16 lorsque le drone 10 survole la zone 2. Par exemple, une telle image stéréoscopique est acquise toutes les 0,5s ou toutes les 0,1s. Avantageusement, des coordonnées géographiques associées à la position du drone 10 lors de chacune des acquisitions d'images sont enregistrées. De préférence, ces images stéréoscopiques sont acquises de façon à former une vue en perspective de la zone 2, avec un angle d'incidence supérieur à 5° ou à 100 par rapport à la direction de la pesanteur terrestre. Dans la suite de cette description, cette direction de la pesanteur terrestre sera nommée direction verticale. [0027] Puis, lors d'une opération 42, les images stéréoscopiques acquises par le dispositif 16 sont automatiquement reçues par l'unité 14. Puis, lors d'une opération 44, une topographie de la zone 2 est générée à partir de ces images stéréoscopiques acquises. Par exemple, ces images stéréoscopiques acquises sont automatiquement combinées au moyen d'un procédé connu de photogrammétrie, à l'aide notamment des coordonnées géographiques associées à chacune de ces images stéréoscopiques. [0028] A l'issue de l'étape 30, dans cet exemple, on dispose ainsi d'une topographie de la zone 2. La figure 5 représente un exemple d'une telle cartographie 50 de la zone 2. Cette cartographie 50 est ici formée : -d'une zone 52 de faible altitude, correspondant à l'objet 6, et -d'une zone 54 d'altitude élevée, correspondant à l'obstacle 8. [0029] Lors d'une étape 60 (figure 3), un plan de vol du drone 12 est déterminé automatiquement, à l'aide notamment de la topographie 50 acquise. Ce plan de vol du drone 12 est déterminé pour que le drone 12 survole la zone 2 à observer et, avantageusement, s'approche plus en détail de certaines portions de la zone 2 devant être observées plus en détail. Ce plan de vol est par exemple défini par l'unité 14, de la même façon que ce qui a été décrit en référence à l'opération 34, sauf que la topographie 50 est prise en compte pour déterminer ce plan de vol. L'utilisation de la topographie 50 permet de détecter la présence d'obstacles potentiels ne figurant pas dans la base de données. Dans cette description, c'est par exemple le cas de l'obstacle 8, qui ne figure pas dans la base de données. Le plan de vol est alors déterminé en tenant compte de cet obstacle 8, pour éviter que la trajectoire du drone 12 ne passe trop près de cet obstacle 8, de façon à éviter que le drone 12 ne percute cet obstacle 8. Par exemple, un périmètre de sécurité est défini autour de cet obstacle 8, à une distance prédéfinie du pourtour extérieur de cet obstacle 8. Cette distance prédéfinie est, par exemple, supérieure ou égale à 0,5m ou à 1m. Le plan de vol est déterminé pour ne pas passer à l'intérieur de ce périmètre de sécurité. tooao] Ensuite, lors d'une étape 70, une observation détaillée de la zone 2 est réalisée au moyen du drone 12. La figure 5 représente plus en détail un exemple de 40 cette étape 70. [0031] Par exemple, lors d'opérations 72 et 74, ici identiques aux opérations 36 et 38, le plan de vol déterminé lors de l'étape 60 et un ordre de décollage sont successivement transmis au drone 12. [0032] Puis, lors d'une opération 76, le drone 12 survole automatiquement la zone 2 suivant le plan de vol déterminé. Une observation détaillée de la zone 2 est alors réalisée, au moyen du dispositif 18. Par exemple, ici, des images détaillées de l'objet 6 sont acquises, en vue d'une analyse ultérieure de l'état de croissance de la parcelle végétale. Avantageusement, des coordonnées géographiques associées à la position du drone 12 lors de chacune de ces acquisitions d'images détaillées sont 10 enregistrées par le dispositif de géolocalisation du drone 12. [0033] Enfin, lors d'une opération 78, les images acquises par le dispositif 18 sont automatiquement reçues par l'unité 14, ici accompagnées de leurs coordonnées géographiques respectives. Ces images forment ici les résultats de l'étape 70. [0034] De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. 15 [0035] La zone 2 peut être différente. Il en va de même pour l'objet 6 et/ou l'obstacle 8. Par exemple, l'objet 6 est une infrastructure telle qu'une ligne électrique aérienne. L'obstacle 8 peut être un pylône, ou un bâtiment, ou encore un arbre endommagé qui présente une inclinaison à la suite d'une tempête. [0036] Le dispositif 16 peut être réalisé différemment. Par exemple, la caméra 20 stéréoscopique du dispositif 16 est remplacée par une caméra optique non stéréoscopique. Chaque image stéréoscopique est alors acquise, lors de l'opération 40, en enregistrant successivement deux images à une même altitude et à une position décalée, de façon à ce que le décalage entre les positions géographiques auxquelles sont acquises ces deux images soit égal à l'écartement de la caméra 25 stéréoscopique. [0037] Cette topographie peut ne pas être acquise au moyen d'images stéréoscopiques. Le dispositif 16 peut alors, par exemple, comporter un télémètre, tel qu'un télémètre à télédétection par laser (connu sous l'acronyme LIDAR pour « light detection and ranging » en langue anglaise). Dans ce cas, l'étape 30 est réalisée 30 différemment. Par exemple, l'acquisition d'images stéréoscopiques de portions de la zone 2 est remplacée par l'acquisition d'un relevé topographique de ces portions de zone 2 respectives. L'opération 44 est alors différente : le procédé de photogrammétrie est remplacé par un assemblage des relevés topographiques de ces portions de zone 2 pour former la topographie de la zone 2. 35 [0038] En variante, le dispositif 16 comporte un radar. [0039] La topographie de la zone 2 peut être réalisée différemment. [0040] La périodicité d'acquisition des images stéréoscopiques lors de l'opération 40 peut être différente. Cette périodicité peut par exemple être définie par rapport à la distance parcourue par le drone 10 : une image peut ainsi être acquise tous les 2m 40 ou tous les mètres. [0041] Le plan de vol du drone 12 peut être défini de façon différente au cours de l'étape 60. [0042] L'étape 70 peut être différente, selon le type d'observation qui doit être réalisée sur la zone 2. Par exemple, cette étape 70 peut inclure l'enregistrement d'images hyperspectrales, ou de séquences vidéo, ou encore le prélèvement d'échantillons d'objets situés à l'intérieur de la zone 2. Dans ce cas, le dispositif 18 est différent de celui décrit. REVENDICATIONS1. Procédé d'observation d'une zone au moyen de drones, caractérisé en ce que ce procédé comporte : -l'acquisition (30) d'une topographie d'une zone (2) à observer au moyen d'un premier drone (10), ce premier drone comportant un dispositif (16) d'acquisition de topographie ; -la détermination (60) d'un plan de vol d'un second drone à partir de la topographie acquise ; -l'observation détaillée (70) de la zone à observer, au moyen d'un second drone (12) comportant un dispositif d'observation (18), ce second drone se déplaçant suivant le plan de vol déterminé. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le premier drone (10) est un drone 15 à voilure fixe. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le second drone (12) est un drone à voilure tournante. 20 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (16) d'acquisition de topographie comporte une caméra optique stéréoscopique. 5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel l'acquisition (30) d'une topographie 25 de la zone (2) à observer comporte : -l'acquisition (40) d'images stéréoscopiques de la zone à observer ; -la génération (44) d'une topographie, au moyen d'un procédé de photogrammétrie, à partir des images stéréoscopiques acquises. 30 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif (16) d'acquisition de topographie comporte un télémètre. 7. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le télémètre est un télémètre à télédétection par laser. 35 8. Procédé selon la revendication 6, dans lequel le télémètre est un radar. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'observation détaillée de la zone à observer comporte l'acquisition d'au moins une image de la zone à observer par le dispositif d'observation (18). 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif d'observation (18) comporte un dispositif d'imagerie optique.