Brevet FR3078170A1 — publié le 20190823

Procédé de positionnement d'un véhicule par rapport à une structure. La présente invention concerne un procédé de positionnement d'un véhicule par rapport à une structure. Le véhicule a pour objectif d'effectuer une opération sur celle-ci, par exemple une opération de nettoyage ou d'inspection. Traditionnellement, les structures telles que les bâtiments ou les ponts sont inspectées par des personnes appelées habituellement inspecteurs. Elles observent et inspectent les éléments de ces structures afin d'en vérifier l'intégrité. Ces structures peuvent être également des éoliennes, des pylônes pour les lignes électriques à haute tension, des avions ou des cheminées d'unités flottantes de production, de stockage et de déchargement appelées également FPSO (en anglais, Floating Production Storage and Offloading) habituellement mises en oeuvre dans l'industrie pétrolière et gazière. Ces structures sont souvent difficiles d'accès, voire dangereuses car étant situées en hauteur. Depuis quelques années, il est apparu des solutions mettant en oeuvre des drones aériens afin d'effectuer ces opérations d'inspection délicates et dangereuses. Ces drones sont pilotés à distance par un pilote qualifié et expérimenté. Par conséquent les risques sont considérablement réduits, mais ces opérations restent longues à réaliser et induisent des coûts élevés. En outre, elles ne peuvent pas être effectuées de nuit, ni par temps de brouillard car le pilote n'a pas la visibilité suffisante pour piloter correctement le drone. Il est également mis en oeuvre des drones dans le domaine des panneaux solaires. Ces panneaux solaires sont installés en grand nombre afin de former un champ et ainsi produire une quantité d'électricité importante. Ces panneaux peuvent être également installés sur le toit d'un immeuble ou d'une maison. Au fur et à mesure du temps, ces panneaux ont tendance à accumuler de la poussière et diverses salissures telles que des déjections d'oiseaux et par conséquent leur rendement photovoltaïque diminue. Il est alors nécessaire de les nettoyer afin qu'ils conservent un rendement maximal. Dans l'art antérieur, il est employé un ou plusieurs drones comportant des moyens de nettoyage afin de nettoyer ces panneaux photovoltaïques. Dans le cas de panneaux 2 photovoltaïques disposés sur le toit d'un immeuble ou d'une maison, le drone est piloté depuis le sol par une personne qualifiée évitant ainsi de monter sur le toit à l'aide d'une échelle ou d'un échafaudage afin d'effectuer l'opération de nettoyage. 5 L'inconvénient principal de ces diverses solutions est qu'il est nécessaire de piloter le drone manuellement. Ces opérations nécessitent un pilote qualifié et expérimenté afin de les réaliser correctement c'est-à-dire sans détériorer le drone tout en les réalisant de manière rapprochée. En outre, le drone ne peut pas être piloté de nuit ou, d'une manière plus générale, 10 quand la visibilité est moindre. Afin de résoudre ce problème, il a été proposé dans l'art antérieur de mettre en oeuvre un drone autonome. Le drone comporte un capteur GPS (en anglais Global Positioning System) pour se positionner par rapport à une structure à inspecter. Les informations provenant du capteur GPS sont combinées avec un modèle en trois dimensions 15 de la structure sur laquelle l'opération doit être réalisée. Cette solution présente l'inconvénient qu'elle est peu précise. Cette grande imprécision oblige l'opérateur à programmer le drone avec des marges de sécurité importante. Par conséquent, l'opération ne peut pas être effectuée au plus près de la structure. Par exemple, lors d'une inspection portant sur l'intégrité d'une 20 structure métallique comportant des éléments de fixation de petites dimensions, certains de ces éléments peuvent ne pas être inspectés correctement. L'objectif de la présente invention est donc d'améliorer le 25 positionnement des véhicules, notamment aériens, destinés à réaliser des opérations nécessitant une grande précision de positionnement. Pour ce faire, l'invention a notamment pour objet un procédé de positionnement d'un véhicule par rapport à une structure destiné à réaliser 30 une opération sur ladite structure comportant elle-même au moins un élément comportant ou émettant une caractéristique physique, le procédé comprenant : 3 - Une étape d'obtention d'un premier modèle physique prédéterminé de ladite structure dans lequel la localisation dudit au moins élément est connue ; - Une étape d'acquisition d'un second modèle physique de 5 ladite structure par au moins un capteur dudit véhicule pendant laquelle il est acquis la caractéristique physique dudit au moins élément ; - Une étape de mise en correspondance de la localisation dudit au moins élément dans le premier modèle physique et 10 de sa caractéristique physique dans le second modèle physique afin de positionner le véhicule par rapport à ladite structure. Outre les caractéristiques principales mentionnées au paragraphe 15 précédent, le procédé selon l'invention peut présenter une ou plusieurs caractéristiques complémentaires parmi les suivantes: De préférence, le procédé comporte en outre une étape de réalisation d'une opération par ledit véhicule sur ladite structure. 20 De préférence, le premier modèle physique prédéterminé est acquis par ledit véhicule ou un autre véhicule. De manière préférée, le premier modèle physique prédéterminé est un modèle en trois dimensions de ladite structure. De manière préférée, au moins un élément émet un codage. 25 De préférence, au moins un élément est ajouté à ladite structure. Selon un aspect préféré, le véhicule comporte en outre un positionnement GPS. De manière préférée, le premier modèle physique prédéterminé est mise à jour lors de l'étape d'acquisition ou lors de l'étape de réalisation de 30 ladite opération. De préférence, il est mis en oeuvre une pluralité de véhicules s'échangeant entre eux des informations. 4 De préférence, les informations sont les localisations de chaque véhicule ou les modèles physiques acquis par chaque véhicule. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, 5 faite en référence aux figures annexées, dans lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique d'un navire illustrant un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; - la figure 2 est une représentation schématique d'un ensemble de panneaux photovoltaïques illustrant un autre mode de mise en oeuvre du 10 procédé selon l'invention. Il est représenté sur la figure 1 un navire 1 appelé ordinairement Unité Flottante de Production, de Stockage et de Déchargement ou FPSO fréquemment mis en oeuvre dans le domaine de l'industrie pétrolière et 15 gazière. Un tel navire comprend des moyens de traitement du pétrole et du gaz consistant traditionnellement à retirer et à traiter les gaz, séparer le pétrole de l'eau, traiter l'eau, comprimer le gaz et générer et distribuer de l'énergie. Ces moyens sont en général constitués en modules et placés sur le pont principal du navire. Un navire FPSO est conçu pour recevoir des 20 hydrocarbures produits à partir de plateformes ou d'installations sous-marines. Il permet de les traiter et les stocker jusqu'à ce qu'ils puissent être déchargés sur des tankers. Afin d'évacuer les gaz excédentaires lors de la production, et également les gaz provenant du moteur, ces navires comportent une ou plusieurs cheminées à l'extrémité desquelles sont brûlés ces gaz. Il est 25 régulièrement nécessaire d'inspecter ces cheminées afin de vérifier le niveau de corrosion de leur structure, leurs fixations, les fissures éventuelles ou les zones de surchauffe. Classiquement, elles sont contrôlées à l'aide d'une grue, mais cette opération présente des risques. En effet, il peut arriver que le mât de la grue entre en contact avec la cheminée à inspecter et détériore cette 30 dernière ainsi que la grue. Il est également possible de les inspecter directement en grimpant le long de la cheminée, mais cela présente également des risques importants pour la personne en charge de l'inspection. Afin de résoudre ces problèmes, il est proposé dans un exemple de réalisation 5 de l'invention de mettre en oeuvre un procédé de positionnement d'un véhicule aérien 7, appelé communément drone, par rapport à la cheminée à inspecter. L'avantage du procédé proposé par l'invention est d'atteindre une précision de positionnement de l'ordre de quelques centimètres. Cette précision permet 5 d'inspecter de manière très rapprochée la cheminée 2 du navire 1 et ainsi de détecter, par exemple, des fissures qui ne sont pas visibles habituellement lorsque l'on est un peu plus éloigné de la structure. Il existe dans l'art antérieur des drones équipés de GPS afin de tenter de se positionner précisément, mais l'inconvénient majeur de ces drones est que leur précision 10 est de l'ordre de plusieurs mètres. Par conséquent, ils ne permettent pas une inspection rapprochée. Le véhicule aérien 7 selon l'invention peut comporter, par exemple, un capteur GPS et d'autres éléments tels qu'un laser pour la télédétection, connu également sous le nom de Lidar, des caméras, un capteur infrarouge ou un capteur d'ondes radioélectriques du type UWB (Ultra Wide 15 Band). Classiquement, un navire 1 comporte des éléments pouvant émettre des caractéristiques physiques telles que des ondes radioélectriques, des infrarouges, des couleurs ou des ondes électromagnétiques. Par exemple, l'antenne radioélectrique 3 du navire 1 reçoit et émet des ondes radioélectriques. Le véhicule aérien 7 est également équipé d'un 20 émetteur/récepteur d'ondes radioélectriques. Cette antenne 3 constitue ainsi un élément émettant une caractéristique physique. Par ailleurs, le navire 1 comporte également un radar naval 4. Ce radar 4 a notamment pour rôle de détecter les obstacles se présentant dans l'environnement du navire 1 afin de prévenir l'équipage et de prendre des mesures pour les éviter. Ces obstacles 25 peuvent être, par exemple, un autre navire, des objets dérivants ou des embarcations de plus petites tailles. Il est bien connu qu'un tel radar 4 émet des ondes électromagnétiques avec des caractéristiques physiques propres à un usage marin. Le véhicule aérien 7 comporte également un capteur permettant de recevoir les ondes électromagnétiques émises par le radar 30 naval 4. Le radar 4 constitue un deuxième élément émettant sa propre caractéristique physique. En outre, le navire 1 peut comporter un phare émettant un rayonnement infrarouge et le véhicule aérien 7 peut comporter un capteur infrarouge. Ce phare infrarouge est détecté par le capteur 6 infrarouge du véhicule 7 lorsqu'il est à une distance de l'ordre de 50 à 100 m du phare. Les localisations de ce phare infrarouge, ainsi que de l'antenne 3 et du radar 4, par rapport au navire 1, sont parfaitement connues. En effet, il existe un modèle en trois dimensions du navire 1 qui indique de manière très 5 précise les emplacements de ces éléments. Lorsque le véhicule aérien 7 détecte le faisceau infrarouge du phare, il peut se guider par rapport à celui-ci et ainsi se positionner très précisément par rapport au navire 1. Il existe également des zones chaudes sur le navire 1 comme par exemple celles que l'on peut trouver sur la cheminée 2 permettant de brûler les gaz, comme 10 discuté précédemment. On peut apercevoir sur la figure 1 une flamme 5 à l'extrémité de la cheminée 2. Il s'agit d'une zone chaude émettant un rayonnement infrarouge et sa localisation est connue par rapport au modèle en trois dimensions du navire 1. Le capteur infrarouge du véhicule aérien 7 détecte le rayonnement infrarouge provenant de la flamme 5 et peut ainsi se 15 positionner par rapport au navire 1. Le navire 1 comporte par ailleurs des éléments fixes ayant une géométrie particulière tels que la cheminée 2 avec sa structure en treillis, le radar naval 4 et sa forme quasi sphérique ou le pont arrière 6, formant un plan, permettant à un hélicoptère de se poser ou de décoller. Ces divers éléments ont des dimensions et des localisations connues 20 dans le modèle en trois dimensions du navire 1. Dans cet exemple de réalisation de l'invention, ce modèle est un premier modèle physique prédéterminé qui est enregistré dans la mémoire de l'ordinateur du véhicule aérien 7. Ce premier modèle physique peut être fourni par l'équipage du navire 1 ou il peut également être acquis par le véhicule aérien 7 ou un autre 25 véhicule du même type, à l'aide d'un lidar par exemple. Afin de se positionner par rapport au navire 1, le véhicule aérien 7 va ensuite scanner partiellement son environnement afin de capter les caractéristiques physiques des multiples éléments du navire 1. Ces caractéristiques physiques peuvent être des ondes radioélectriques, des infrarouges, des signaux lumineux, des couleurs ou des 30 formes géométriques particulières. Dans une alternative de l'invention, il est mis en place de manière artificielle des balises 8 émettant le même type de caractéristiques physiques que les éléments cités précédemment. Ces balises 8 peuvent également émettre, par exemple, des ondes radioélectriques, des 7 ondes électromagnétiques ou un rayonnement infrarouge. Dans une alternative préférée de l'invention, au moins une balise émet une onde courte, ayant une fréquence de l'ordre de 60 GHz, afin d'améliorer la précision du positionnement du drone. Ces balises 8 sont intégrées au modèle en trois 5 dimensions du navire 1. Ainsi, la localisation de chacune de ces balises 8, par rapport au navire 1, est connue avec une grande précision, de l'ordre de quelques millimètres. Le véhicule aérien 7, par l'intermédiaire de ces divers capteurs, détecte ces caractéristiques physiques lorsqu'il scanne le navire 1. Par exemple, il va reconnaître la forme en treillis de la cheminée 2 au moyen 10 de sa caméra embarquée ou les ondes radioélectriques émises par l'antenne 3 avec son capteur d'ondes radioélectriques. Le véhicule aérien 7 acquiert ainsi un second modèle physique d'au moins une caractéristique physique de chaque élément au moyen de ses divers capteurs embarqués. Ces informations provenant du second modèle physique sont traitées et comparées 15 avec le modèle en trois dimensions enregistré dans la mémoire de l'ordinateur du véhicule aérien 7. Les emplacements de la cheminée 2 et de l'antenne 3 sont connus ainsi que leurs dimensions. Le véhicule aérien 7 peut ainsi se positionner par rapport au navire 1 avec une grande précision et effectuer l'inspection structurale de la cheminée 2 au moyen de sa caméra embarquée. 20 Le véhicule aérien 7 peut également comporter un lidar, c'est-à-dire un moyen de télédétection par laser. Lorsque le véhicule aérien 7 réalise son inspection, il mesure à l'aide du lidar la structure qu'il est en train d'inspecter afin de mettre à jour le modèle en trois dimensions enregistré dans la mémoire de son ordinateur. Dans un mode préféré de l'invention, le véhicule aérien 7 25 envoie directement par une liaison sans fil, de type Wi-Fi par exemple, le modèle mis à jour à un utilisateur. L'utilisateur peut également envoyer des mises à jour du modèle au véhicule aérien 7 par la même liaison sans fil. Le lidar peut également servir de capteur pour mesurer la réflectivité de certains éléments déjà intégrés au navire 1 ou sinon ajoutés. Cela peut par exemple 30 être des bornes réfléchissantes ou des diodes électroluminescentes. Avec des diodes électroluminescentes, il est possible d'avoir un codage. Par exemple, des diodes de couleur verte vont être placées sur le pont arrière 6. L'emplacement de chacune de ces diodes est intégré au modèle en trois 8 dimensions. Ainsi, lorsque le véhicule aérien 7 scanne le navire 1 au moyen de son lidar, il détecte le pont arrière 6 par l'intermédiaire des diodes de couleur verte et se positionne par rapport à celui-ci. Le modèle en trois dimensions du navire 1 peut également comporter des zones d'interdiction dans lesquelles le 5 véhicule aérien 7 ne doit pas circuler, et ceci par mesures de sécurité. Par exemple, l'antenne 3 ne doit pas être approchée par le véhicule aérien 7 afin de ne pas risquer sa détérioration ou sa destruction. Il en est de même pour le radar 4 ou d'autres équipements vitaux pour l'équipage du navire 1. Dans une alternative préférée de l'invention, le véhicule aérien 7 est équipé de capteurs 10 de vent. Lors de l'opération d'inspection, il enregistre des informations relatives à la vitesse et à la force du vent en divers emplacements. Si la vitesse ou la force du vent dépasse un certain seuil pour un emplacement donné, cela est enregistré dans le modèle en trois dimensions du navire 1. Lors d'une prochaine étape de positionnement ou lors d'une inspection, cette 15 zone dangereuse est évitée par le véhicule aérien 7. Le modèle en trois dimensions peut comporter certaines zones sans élément comportant ou émettant des caractéristiques physiques. Cela peut être par exemple le cas pour une grande surface complétement blanche. Il n'est alors pas possible d'y localiser un élément spécifique. Dans un mode préféré de l'invention, il peut 20 être directement projeté une image en couleur sur cette surface blanche afin que le véhicule aérien 7 puisse la détecter pour se positionner. La position de cette image en couleur est intégrée au modèle en trois dimensions du navire 1 et enregistrée dans l'ordinateur du véhicule aérien 7. Lors de l'acquisition du second modèle physique par le véhicule aérien 7, cette image en couleur est 25 détectée par sa caméra embarquée et il peut ainsi se positionner très précisément par rapport à cette surface initialement blanche. La figure 2 représente un autre mode de réalisation de l'invention. On peut apercevoir sur la figure un champ 20 de panneaux photovoltaïques 21 30 destiné à la production d'électricité. Chaque panneau photovoltaïque 21 doit être régulièrement nettoyé afin de conserver une efficacité maximale. Cette opération peut se faire manuellement, mais, étant donné qu'un champ 20 peut comporter plusieurs dizaines de panneaux photovoltaïques, voire plusieurs 9 centaines, cette opération est longue et fastidieuse. Afin de résoudre ce problème, il est connu de l'art antérieur d'utiliser des drones aériens afin d'effectuer cette opération de nettoyage. Ces drones utilisent un positionnement GPS, mais comme discuté précédemment, un tel dispositif 5 n'est pas assez précis pour réaliser une opération pour laquelle le drone doit pouvoir être positionné à quelques centimètres, voire millimètres, d'une structure sur laquelle une opération spécifique doit être réalisée. Par conséquent, les drones équipés d'un positionnement GPS ont tendance à venir en contact brutal avec les panneaux photovoltaïques 21 et à les détériorer. 10 Ainsi, il ne s'agit pas d'une solution satisfaisante d'un point de vue opérationnel. Dans un mode de mise en oeuvre du procédé selon l'invention, il est proposé une méthode de positionnement d'un drone 22 afin de réaliser un nettoyage précis des panneaux photovoltaïques 21 tout en évitant un contact brutal entre le panneau 21 et le drone 22 de nettoyage. Lors d'une première 15 étape, il est enregistré dans la mémoire de l'ordinateur du drone 22 le modèle en trois dimensions du champ 20 de panneaux photovoltaïques 21. Ce modèle en trois dimensions peut comporter des éléments émettant des ondes radioélectriques, des ondes électromagnétiques, des infrarouges, des couleurs, des diodes électroluminescentes ou tout autre élément décrit précédemment 20 dans le mode de réalisation concernant le navire 1. En effet, tous les panneaux photovoltaïques sont identiques ce qui ne permet pas de les différencier. Il est alors nécessaire d'ajouter des éléments comportant ou émettant chacun une ou plusieurs caractéristiques physiques. Dans une deuxième étape, le drone 22 va acquérir un second modèle physique du 25 champ 20 de panneaux photovoltaïques 21. Dans un mode préféré de réalisation de l'invention, il est positionné des balises 23 émettant des infrarouges sur une sélection de panneaux 21. La localisation de chacune des balises 23 est intégrée dans le modèle en trois dimensions du champ 20. Chaque balise va émettre un code infrarouge, permettant ainsi de les 30 différencier. Lors de l'acquisition du second modèle physique, ces codes infrarouges sont également acquis par le capteur infrarouge embarqué dans le drone 22. L'ordinateur du drone traite ensuite ces informations en mettant en correspondance le modèle en trois dimensions du champ 20 et le second 10 modèle physique acquis par le drone 22. Le drone 22 peut ainsi se positionner très précisément par rapport au champ 20 et effectuer l'opération de nettoyage des panneaux photovoltaïques 21. Le drone 22 peut également être équipé d'un lidar. Lors de l'opération de nettoyage, le drone 22 effectue des 5 mesures sur les panneaux 21 à l'aide du lidar afin de mettre à jour le modèle en trois dimensions du champ 20. La présente invention peut être appliquée sur d'autres structures telles qu'un immeuble dans le but de nettoyer ses fenêtres, un pont métallique afin 10 de vérifier son intégrité ou un avion afin de peindre son fuselage. Les modes de réalisation présentés sur les figures 1 et 2 font intervenir un drone aérien, mais il est également possible d'appliquer l'invention à un drone terrestre ou à tout autre type de véhicule ayant besoin de se positionner de manière très précise par rapport à une structure. En outre, l'invention peut également faire 15 intervenir plusieurs véhicules s'échangeant entre eux des informations telles que leur localisation ou les modèles physiques qu'ils REVENDICATIONS1. Procédé de positionnement d'un véhicule (7, 22) par rapport à une structure (1, 20) destiné à réaliser une opération sur ladite structure (1, 20) comportant elle-même au moins un élément (2, 3, 4, 5, 6, 8, 21, 23) comportant ou émettant une caractéristique physique, le procédé comprenant : - Une étape d'obtention d'un premier modèle physique prédéterminé de ladite structure (1, 20) dans lequel la localisation dudit au moins élément (2, 3, 4, 5, 6, 8, 21, 23) est connue ; - Une étape d'acquisition d'un second modèle physique de ladite structure (1, 20) par au moins un capteur dudit véhicule (7, 22) pendant laquelle il est acquis la caractéristique physique dudit au moins élément (2, 3, 4, 5, 6, 8, 21, 23); - Une étape de mise en correspondance de la localisation dudit au moins élément (2, 3, 4, 5, 6, 8, 21, 23) dans le premier modèle physique et de sa caractéristique physique dans le second modèle physique afin de positionner le véhicule (7, 22) par rapport à ladite structure (1, 20). 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte en outre une étape de réalisation d'une opération par ledit véhicule (7, 22) sur ladite structure (1, 20). 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le premier modèle physique prédéterminé est acquis par ledit véhicule (7, 22) ou un autre véhicule. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier modèle physique prédéterminé est un modèle en trois dimensions de ladite structure (1, 20). 12 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce qu'au moins un élément (2, 3, 4, 5, 6, 8, 21, 23) émet un codage. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 5 caractérisé en ce qu'au moins un élément (8, 23) est ajouté à ladite structure (1, 20). 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le véhicule (7, 22) comporte en outre un positionnement GPS. 10 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que le premier modèle physique prédéterminé est mise à jour lors de l'étape d'acquisition ou lors de l'étape de réalisation de ladite opération. 9. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes 15 caractérisé en ce qu'il est mis en oeuvre une pluralité de véhicules (7, 22) s'échangeant entre eux des informations. 10. Procédé selon la revendication 9 caractérisé en ce que les informations sont les localisations de chaque véhicule (7, 22) ou les modèles physiques acquis par chaque véhicule (7, 22). 20