Brevet FR3127834A1 — publié le 20230407

Procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire La présente invention concerne un procédé de détermination d’un arrangement (A) de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, dites zones cibles (Z C ), le procédé comprenant : la réception d’une image vue du ciel du territoire, la détection de chaque zone cible (Z C ) sur l’image de sorte à obtenir un masque de zones, l’application du masque de zones sur l’image pour obtenir une image cible, la détection de contours sur l’image cible pour obtenir un masque de contours, la combinaison du masque de zones et du masque de contours pour obtenir un masque d’obstacles, et la détermination d’un arrangement (A) de panneaux photovoltaïques sur chaque zone cible (Z C ) de l’image en fonction du masque d’obstacles de sorte que chaque panneau photovoltaïque recouvre une portion d’une zone cible (Z C ) dépourvue d’obstacles (O). Figure pour l'abrégé : 3 Procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire La présente invention concerne un procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire. La présente invention concerne aussi un produit programme d’ordinateur associé. La production d’électricité à partir d’énergies renouvelables est un enjeu pour nos sociétés. A cet effet, des installations dédiées ont été développées, et notamment des panneaux photovoltaïques qui permettent de produire de l’électricité à partir d’énergie solaire. Les panneaux photovoltaïques sont classiquement installés sur les toits des bâtiments pour maximiser l’énergie récupérée sur le site de consommation. Pour optimiser le déploiement des panneaux photovoltaïques, des outils ont été développés permettant d’estimer la production solaire d’une installation future, et évaluer ainsi sa rentabilité. Néanmoins, les estimations effectuées sont généralement basées sur une répartition grossière des panneaux photovoltaïques sur les surfaces d’intérêt. Or, certaines surfaces s’avèrent en réalité incompatibles avec l’installation de panneaux photovoltaïques, ce qui fausse les estimations. Il existe donc un besoin pour un outil permettant une détermination plus précise des possibilités d’installation de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire. A cet effet, la présente description a pour objet un procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, dites zones cibles, le procédé étant mis en œuvre par ordinateur et comprenant les étapes suivantes : la réception d’une image vue du ciel d’un territoire comprenant au moins une zone cible, la détection de chaque zone cible sur l’image par une segmentation de l’image de sorte à obtenir un masque des zones cibles de l’image, dit masque de zones, l’application du masque de zones sur l’image pour obtenir une image, dite image cible, sur laquelle seule(s) la ou les zones cibles de l’image sont représentées, la détection de contours sur l’image cible pour obtenir un masque de contours, les contours détectés matérialisant des obstacles sur la ou les zones cibles, la mise en évidence d’obstacles sur chaque zone cible de l’image par combinaison du masque de zones et du masque de contours pour obtenir un masque des obstacles présents sur la ou les zones cibles de l’image, dit masque d’obstacles, et la détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur chaque zone cible de l’image en fonction du masque d’obstacles de sorte à satisfaire au moins une contrainte de positionnement, la au moins une contrainte de positionnement stipulant que chaque panneau photovoltaïque recouvre une portion d’une zone cible dépourvue d’obstacles. Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prise(s) isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles : - le procédé comprend, à l’issue de l’étape de détermination, l’obtention d’une image résultante correspondant à l’image du territoire avec en superposition sur la ou les zones cibles de l’image de l’arrangement déterminé de panneaux photovoltaïques ; - l’étape de détermination comprend le positionnement de formes représentatives de panneaux photovoltaïques sur la surface de chaque zone cible du masque d’obstacles, suivi de l’élimination des formes au moins partiellement superposées à un obstacle, l’arrangement déterminé de panneaux photovoltaïques correspondant aux formes restantes ; - le positionnement de formes est réalisé sur des portions d’images extraites à partir du masque d’obstacles, les portions d’images extraites correspondant aux zones cibles, les portions d’images extraites ayant de préférence subies une rotation avant le positionnement de formes ; - l’étape de détection de contours est réalisée par application d’un filtre de Canny sur l’image cible ; - le procédé comprend une étape de détermination de caractéristiques relatives à la production solaire de l’arrangement déterminé de panneaux photovoltaïques ; - l’arrangement de panneaux photovoltaïques est déterminé de sorte à satisfaire au moins une autre contrainte de positionnement choisie dans le groupe constitué de : une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible correspondant à une irradiance supérieure à une irradiance prédéterminée sur une période temporelle donnée. une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible ombragée par des éventuels obstacles sur au plus un pourcentage prédéterminé de sa surface sur une période temporelle donnée. une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une zone cible de sorte à être à une distance supérieure à une distance minimale prédéterminée des éventuels obstacles et/ou des contours de la zone cible ; - la ou les zones cibles de l’image sont des surfaces de constructions humaines, telles que des toits ; - l’image est une image en deux dimensions, par exemple, une image aérienne ou satellite. La présente description se rapporte également à un produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur, pour l’exécution d’un procédé tel que décrit précédemment lorsque le programme d’ordinateur est exécuté sur un ordinateur. La présente description concerne aussi un support lisible d’informations sur lequel est mémorisé un produit programme d’ordinateur tel que précédemment décrit. D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation de l’invention, donnés à titre d’exemple uniquement et en référence aux dessins qui sont : , , une vue schématique d’un exemple d’ordinateur permettant la mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, , , un organigramme d’un exemple de mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un arrangement de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, et , , une représentation schématique illustrant des exemples d’images obtenues aux différentes étapes du procédé de la . Un calculateur 10 et un produit programme d’ordinateur 12 sont illustrés par la . Le calculateur 10, est de préférence, un ordinateur. Plus généralement, le calculateur 10 est un calculateur électronique propre à manipuler et/ou transformer des données représentées comme des quantités électroniques ou physiques dans des registres de calculateur 10 et/ou des mémoires en d’autres données similaires correspondant à des données physiques dans des mémoires, des registres ou d’autres types de dispositifs d’affichage, de transmission ou de mémorisation. Le calculateur 10 est en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12. Comme illustré par la , le calculateur 10 comporte un processeur 14 comprenant une unité de traitement de données 16, des mémoires 18 et un lecteur 20 de support d’informations. Dans l’exemple illustré par la , le calculateur 10 comprend un clavier 22 et une unité d’affichage 24. Le produit programme d’ordinateur 12 comporte un support d’informations 26. Le support d’information 26 est un support lisible par le calculateur 10, usuellement par l’unité de traitement de données 16. Le support lisible d’informations 26 est un médium adapté à mémoriser des instructions électroniques et capable d’être couplé à un bus d’un système informatique. A titre d’exemple, le support d’informations 26 est une disquette ou disque souple (de la dénomination anglaise « Floppy disc »), un disque optique, un CD-ROM, un disque magnéto-optique, une mémoire ROM, une mémoire RAM, une mémoire EPROM, une mémoire EEPROM, une carte magnétique ou une carte optique. Sur le support d’informations 26 est mémorisé le programme d’ordinateur 12 comprenant des instructions de programme. Le programme d’ordinateur 12 est chargeable sur l’unité de traitement de données 16 et est adapté pour entraîner la mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un arrangement A de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, lorsque le programme d’ordinateur 12 est mis en œuvre sur l’unité de traitement 16 du calculateur 10. Le fonctionnement du calculateur 10 va maintenant être décrit en référence à la , qui illustre schématiquement un exemple de mise en œuvre d’un procédé de détermination d’un arrangement A de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, et à la illustrant certaines étapes du procédé. Le procédé de détermination vise à déterminer un arrangement A de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, dites zones cibles. Par le terme « arrangement », il est entendu un nombre de panneaux photovoltaïques, et une disposition desdits panneaux photovoltaïques sur des zones cibles, à savoir une position et une orientation pour chaque panneau. Chaque zone cible Z C présente typiquement des dimensions et une forme permettant l’installation d’un ou plusieurs panneaux photovoltaïques sur la zone. Chaque zone cible Z C est une zone d’un territoire à ciel ouvert, c’est-à-dire recevant un rayonnement solaire direct. A titre d’exemple, une zone cible Z C est une surface d’une construction humaine. Une zone cible est donc une zone créée artificiellement par l’homme, aussi appelée zone entropisée. Par exemple, une zone cible Z C est un toit, une terrasse ou encore un parking. Les zones cibles sont susceptibles de comprendre des obstacles O sur leur surface (surface recevant le rayonnement solaire direct). Par le terme « obstacle », il est entendu un élément présent sur la surface de la zone cible Z C et incompatible avec la disposition d’un panneau photovoltaïque sur cet élément. Les obstacles O sont, par exemple, des cheminées, des fenêtres (velux), des systèmes de climatisation ou encore de la végétation (arbres, plantes). Le procédé de détermination comprend une étape 100 de réception d’une image IM vue du ciel d’un territoire comprenant au moins une zone cible Z C . L’étape 100 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. Par le terme « vue du ciel », il est entendu que l’image IM a été prise d’un point de vue élevé permettant, par exemple, d’imager les toits de bâtiments. L’image IM a, par exemple, été acquise par un système satellite. En variante, l’image IM a été acquise par un système d’acquisition (caméra) monté sur un aéronef. L’image IM est typiquement une image géoréférencée, c’est-à-dire que chaque pixel de l’image IM est associée à une latitude et une longitude. De préférence, l’image IM est une image en deux dimensions. Avantageusement, l’image IM est une image en couleur. La illustre un exemple d’une image IM d’un territoire comprenant trois zones cibles Z C . Chaque zone cible Z C comprend des obstacles O qui seront mis en évidence dans la suite du procédé. Le procédé de détermination comprend une étape 110 de détection de chaque zone cible Z C sur l’image IM par une segmentation de l’image IM de sorte à obtenir un masque des zones cibles Z C de l’image IM, dit masque de zones M_Z C . L’étape 110 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. La segmentation est, par exemple, réalisée via un algorithme de détection de bords (en anglais « edge detection »). Les zones cibles Z C détectées sont, par exemple, de même nature (exemple : seulement des toits). En variante, les zones cibles Z C peuvent être de natures différentes (exemple : toits et terrasses). La illustre un exemple d’un masque de zones M_Z C obtenu à partir d’une image IM. Le procédé de détermination comprend une étape 120 d’application du masque de zones M_Z C sur l’image IM pour obtenir une image, dite image cible IM_C, sur laquelle seule(s) la ou les zones cibles Z C de l’image IM sont représentées. L’étape 120 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. L’image cible IM_C correspond ainsi, par exemple, à l’image IM avec application d’un fond continu (noir par exemple) sur les portions de l’image IM différentes des zones cibles Z C . Les informations et détails des zones cibles Z C sont donc conservées sur l’image cible IM_C. La illustre un exemple d’une image cible IM_C obtenue à partir d’une image IM et d’un masque de zones M_Z C . Le procédé de détermination comprend une étape 130 de détection de contours sur l’image cible IM_C pour obtenir un masque de contours M_C. L’étape 130 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. Les contours détectés matérialisent des obstacles O sur la ou les zones cibles Z C . Les obstacles O sont en effet des discontinuités sur la surface d’une zone cible Z C . L’étape de détection de contours est, par exemple, réalisée par application d’un filtre de Canny sur l’image cible IM_C. En variante, le filtre appliqué est un autre filtre de détection de contours, tel que par exemple, un filtre de Prewitt ou de Sobel. La illustre un exemple d’un masque de contours M_C obtenu à partir d’une image cible IM_C. Le procédé de détermination comprend une étape 140 de mise en évidence d’obstacles O sur chaque zone cible Z C de l’image IM par combinaison du masque de zones M_Z C et du masque de contours M_C pour obtenir un masque des obstacles O présents sur la ou les zones cibles Z C de l’image IM, dit masque d’obstacles M_O. L’étape 140 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. Le masque d’obstacles M_O correspond ainsi au masque de zones M_Z C avec en superposition, sur les zones cibles Z C , des contours détectés matérialisant des obstacles O (c’est-à-dire du masque de contours M_C). La illustre un exemple d’un masque d’obstacles M_O obtenu à partir d’un masque de zones M_Z C et d’un masque de contours M_C. Le procédé de détermination comprend une étape 150 de détermination d’un arrangement A de panneaux photovoltaïques sur chaque zone cible Z C de l’image IM en fonction du masque d’obstacles M_O de sorte à satisfaire au moins une contrainte de positionnement. L’étape 150 est mise en œuvre par le calculateur 10 en interaction avec le produit programme d’ordinateur 12, c’est-à-dire est mise en œuvre par ordinateur. Au moins une contrainte de positionnement stipule que chaque panneau photovoltaïque recouvre une portion d’une zone cible Z C dépourvue d’obstacles O. Dans un exemple de mise en œuvre, l’étape de détermination 150 comprend, de préférence, l’extraction de portions d’images à partir du masque d’obstacles M_O. Les portions d’images extraites correspondent aux zones cibles Z C . Chaque portion d’images a, par exemple, une forme géométrique prédéfinie, telle qu’une forme rectangle. Les dimensions de chaque portion d’images sont par exemple choisies de sorte que la portion d’images encadre une zone cible Z C . Pour cela, le masque de contours M_C est, par exemple, utilisé pour obtenir les contours de la zone cible Z C considérée. L’étape de détermination comprend le positionnement de formes représentatives de panneaux photovoltaïques sur les portions d’images extraites à partir du masque d’obstacles M_O. Les formes représentatives sont, par exemple, des rectangles. Le positionnement est, par exemple, réalisé de sorte que les formes aient la même orientation et soient à une distance prédéterminée des autres formes. En variante, au moins une forme représentative présente une orientation différente des autres formes. De préférence, le positionnement est réalisé sur des portions d’images extraites ayant la même orientation. Pour cela, les portions d’images ont éventuellement subi une rotation avant le positionnement de formes. Lorsque les portions d’images sont des rectangles encadrant des zones cibles Z C , les portions d’images sont par exemple tournées pour que les rectangles soient à la verticale. Cela facilite la disposition de rectangles représentatifs de panneaux photovoltaïques sur les portion d’images. La illustre un exemple d’une portion d’images P1 tournée et sur laquelle ont été superposés des rectangles représentatifs de panneaux photovoltaïques. Dans cet exemple de mise en œuvre, les formes au moins partiellement superposées à un obstacle O sont éliminées. Sur l’exemple de la , la portion d’images obtenue suite à l’élimination est dénommée P2. L’arrangement A déterminé de panneaux photovoltaïques correspond aux formes restantes. En particulier, la position et l’orientation de chaque forme correspond à la position et à l’orientation d’un panneau photovoltaïque. De préférence, à l’issue de l’étape de détermination, il est obtenu une image résultante IM_R correspondant à l’image IM du territoire avec en superposition sur la ou les zones cibles Z C de l’image IM de l’arrangement A déterminé de panneaux photovoltaïques. L’image résultante IM_R est illustré sur la . L’image résultante IM_R est, par exemple, obtenue à partir des portions d’images sur lesquelles figurent les formes représentatives de panneaux photovoltaïques, et après une éventuelle rotation inverse de celles-ci (lorsqu’une rotation a été appliquée à ces portions d’images). Dans un autre exemple de mise en œuvre, les formes représentatives sont directement superposées sur le masque d’obstacles M_O, sans extraire de portions d’images. En complément facultatif, l’arrangement A de panneaux photovoltaïques est déterminé de sorte à satisfaire au moins une autre contrainte de positionnement choisie dans le groupe constitué de : - une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible Z C correspondant à une irradiance supérieure à une irradiance prédéterminée sur une période temporelle donnée. Dans ce cas, il est par exemple fourni une carte d’irradiance correspondant au territoire étudié. L’irradiance, exprimée en Watt par mètre carré (W/m²) est le flux rayonnant incident (puissance) reçu par une surface par unité de surface. L’irradiance est, par exemple, déterminée au moyen d’une cartographie d’irradiances du territoire considéré. - une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible Z C ombragée par des éventuels obstacles O sur au plus un pourcentage prédéterminé de sa surface sur une période temporelle donnée. Dans ce cas, il est par exemple fourni des informations relatives aux parties de la zone cible Z C ombragées au cours du temps. - une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une zone cible Z C de sorte à être à une distance supérieure à une distance minimale prédéterminée des éventuels obstacles et/ou des contours de la zone cible Z C . Cette contrainte permet, par exemple, de respecter des règles d’hygiène et de sécurité (règles HSE). Par exemple, dans le cas des toits, il est donné une distance minimale de chaque panneau photovoltaïque par rapport au bord du toit, ou par rapport à des obstacles sur le toit, tels que des cheminées ou des fenêtres. Optionnellement, le procédé de détermination comprend une étape 160 de détermination de caractéristiques relatives à la production solaire de l’arrangement A déterminé de panneaux photovoltaïques. De telles caractéristiques sont, par exemple, l’irradiance de l’arrangement A, le potentiel solaire ou le rendement de l’arrangement A. Le potentiel solaire est la puissance solaire reçue sur une zone en kilowatt par heure et par an (kW/h/an). Le rendement est le rapport entre l'énergie produite (kWh) et la puissance théorique (KWp) d’une installation. Optionnellement, le procédé comprend une étape de conception d’un arrangement A de panneaux photovoltaïques correspondant aux panneaux de l’arrangement A déterminé, suivi éventuellement du positionnement effectif des panneaux photovoltaïques sur les zones cibles Z C du territoire étudié. Ainsi, le présent procédé permet une détermination plus précise des possibilités d’installation de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire. En particulier, un tel procédé permet la prise en compte d’obstacles incompatibles avec l’installation effective de panneaux photovoltaïques sur des zones considérées. L’arrangement de panneaux obtenu est donc plus réaliste. Cela permet par ailleurs d’améliorer la précision dans les estimations de la production solaire d’une installation future. En outre, le présent procédé est simple à mettre en œuvre. L’homme du métier comprendra que les modes de réalisation et variantes précédemment décrits peuvent être combinés pour former de nouveaux modes de réalisation pourvu qu’ils soient compatibles techniquement. Procédé de détermination d’un arrangement (A) de panneaux photovoltaïques sur des zones d’un territoire, dites zones cibles (Z C ), le procédé étant mis en œuvre par ordinateur et comprenant les étapes suivantes : la réception d’une image (IM) vue du ciel d’un territoire comprenant au moins une zone cible (Z C ), la détection de chaque zone cible (Z C ) sur l’image (IM) par une segmentation de l’image (IM) de sorte à obtenir un masque des zones cibles (Z C ) de l’image (IM), dit masque de zones (M_Z C ), l’application du masque de zones (M_Z C ) sur l’image (IM) pour obtenir une image, dite image cible (IM_C), sur laquelle seule(s) la ou les zones cibles (Z C ) de l’image (IM) sont représentées, la détection de contours sur l’image cible (IM_C) pour obtenir un masque de contours (M_C), les contours détectés matérialisant des obstacles (O) sur la ou les zones cibles (Z C ), la mise en évidence d’obstacles (O) sur chaque zone cible (Z C ) de l’image (IM) par combinaison du masque de zones (M_Z C ) et du masque de contours (M_C) pour obtenir un masque des obstacles présents sur la ou les zones cibles (Z C ) de l’image (IM), dit masque d’obstacles (M_O), et la détermination d’un arrangement (A) de panneaux photovoltaïques sur chaque zone cible (Z C ) de l’image (IM) en fonction du masque d’obstacles (M_O) de sorte à satisfaire au moins une contrainte de positionnement, la au moins une contrainte de positionnement stipulant que chaque panneau photovoltaïque recouvre une portion d’une zone cible (Z C ) dépourvue d’obstacles (O). Procédé selon la revendication 1, dans lequel le procédé comprend, à l’issue de l’étape de détermination, l’obtention d’une image résultante (IM_R) correspondant à l’image (IM) du territoire avec en superposition sur la ou les zones cibles (Z C ) de l’image (IM) de l’arrangement (A) déterminé de panneaux photovoltaïques. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’étape de détermination comprend le positionnement de formes représentatives de panneaux photovoltaïques sur la surface de chaque zone cible (Z C ) du masque d’obstacles (M_O), suivi de l’élimination des formes au moins partiellement superposées à un obstacle (O), l’arrangement (A) déterminé de panneaux photovoltaïques correspondant aux formes restantes. Procédé selon la revendication 3, dans lequel le positionnement de formes est réalisé sur des portions d’images extraites à partir du masque d’obstacles (M_O), les portions d’images extraites correspondant aux zones cibles (Z C ), les portions d’images extraites ayant de préférence subies une rotation avant le positionnement de formes. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape de détection de contours est réalisée par application d’un filtre de Canny sur l’image cible (IM_C). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel le procédé comprend une étape de détermination de caractéristiques relatives à la production solaire de l’arrangement (A) déterminé de panneaux photovoltaïques. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’arrangement (A) de panneaux photovoltaïques est déterminé de sorte à satisfaire au moins une autre contrainte de positionnement choisie dans le groupe constitué de : une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible (Z C ) correspondant à une irradiance supérieure à une irradiance prédéterminée sur une période temporelle donnée, une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une portion d’une zone cible (Z C ) ombragée par des éventuels obstacles (O) sur au plus un pourcentage prédéterminé de sa surface sur une période temporelle donnée, et une contrainte stipulant que chaque panneau photovoltaïque est positionné sur une zone cible de sorte à être à une distance supérieure à une distance minimale prédéterminée des éventuels obstacles et/ou des contours de la zone cible. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel la ou les zones cibles (Z C ) de l’image (IM) sont des surfaces de constructions humaines, telles que des toits. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’image (IM) est une image en deux dimensions, par exemple, une image aérienne ou satellite. Produit programme d’ordinateur comprenant des instructions de programme enregistrées sur un support lisible par ordinateur, pour l’exécution d’un procédé de détermination selon l’une quelconque des revendications 1 à 9 lorsque le programme d’ordinateur est exécuté sur un ordinateur.