FR3071053A1 - CARTOGRAPHY METHOD IMPLEMENTED BY A DRONE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de cartographie d'une zone mis en uvre par un drone survolant la zone en suivant de manière automatique un plan de vol prédéterminé, le drone comportant des ailes, des ailerons, une gouverne de direction, le procédé comprenant, au cours du suivi du plan de vol, l'acquisition d'une multitude de clichés de la zone par un dispositif de prise de vue porté par le drone et présentant un axe optique fixe par rapport au drone, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, au cours du suivi du plan de vol, un asservissement du roulis à zéro pour maintenir l'axe optique à un angle prédéterminé par rapport à un axe vertical par rapport à la zone.The invention relates to a method for mapping an area implemented by a drone flying over the area by automatically following a predetermined flight plan, the drone comprising wings, ailerons, a rudder, the method comprising , during the monitoring of the flight plan, the acquisition of a multitude of shots of the zone by a shooting device carried by the drone and having a fixed optical axis with respect to the drone, the method being characterized in that that it includes, during flight plan tracking, zero roll control to maintain the optical axis at a predetermined angle with respect to a vertical axis with respect to the zone.
Description
PROCEDE DE CARTOGRAPHIE MIS EN ŒUVRE PAR UN PRONE DOMAINE TECHNIQUE GÉNÉRAL ET ART ANTÉRIEURMAPPING PROCESS IMPLEMENTED BY A PRONE GENERAL TECHNICAL AREA AND PRIOR ART
L'invention concerne l'acquisition de données numériques de cartographie (Geodata) par voie aérienne, utilisant un drone comme vecteur de support d'un dispositif de prise de vue.The invention relates to the acquisition of digital cartographic data (Geodata) by air, using a drone as a support vector for a shooting device.
La collecte de Geodata par drone sur des grandes surfaces est classiquement effectuée par des drones de type « avions - voilure fixe », car ces aéronefs bénéficient d'une vitesse de vol et d'une autonomie importantes, nécessaires à cette application. Ils ont aussi pour qualité de voler selon des trajectoires précises ce qui est important pour collecter de la Geodata de bonne qualité. Enfin ce type d'aéronef présente l'avantage de voler de manière stable et ainsi de conserver l'orientation du dispositif de prise de vue avec un minimum de variations angulaires par rapport à la verticale.Geodata collection by drone over large areas is conventionally carried out by drones of the "airplanes - fixed wing" type, since these aircraft benefit from the significant flight speed and autonomy necessary for this application. They also have the quality of flying according to precise trajectories which is important for collecting good quality Geodata. Finally, this type of aircraft has the advantage of flying stably and thus retaining the orientation of the shooting device with a minimum of angular variations relative to the vertical.
Le procédé de cartographie est simple : le drone survole la zone à cartographier en effectuant une multitude de clichés, qui seront ensuite assemblés par ordinateur pour reconstituer une image verticale de la zone.The mapping process is simple: the drone flies over the area to be mapped by taking a multitude of shots, which will then be assembled by computer to reconstruct a vertical image of the area.
Un cliché, pris à une altitude donnée couvre une parcelle de la zone à relever présentant des dimensions longitudinales et transversales. Il est nécessaire de maintenir une altitude constante pour éviter les disparités de résolution sur la carte constituée à l'issue du processus.A photograph taken at a given altitude covers a plot of the area to be surveyed with longitudinal and transverse dimensions. It is necessary to maintain a constant altitude to avoid disparities in resolution on the map created at the end of the process.
Les clichés sont déclenchés à positions géographiques définies en amont du vol, et présentent classiquement une zone de recouvrement entre clichés permettant ensuite de les assembler entre eux.The shots are triggered at defined geographic positions upstream of the flight, and conventionally have an overlap area between shots then allowing them to be assembled together.
En référence à la figure 1, en fonction de la surface de la zone à cartographier 1 et de la résolution désirée, il est nécessaire de diviser la zone à cartographier 1 en un certain nombre de bandes correspondant à la largeur capturable par le dispositif d'imagerie à l'altitude produisant des images respectant la résolution requise, et permettant un recouvrement défini entre les clichés.Referring to Figure 1, depending on the surface of the area to be mapped 1 and the desired resolution, it is necessary to divide the area to be mapped 1 into a number of bands corresponding to the width that can be captured by the recording device. altitude imagery producing images respecting the required resolution, and allowing a defined overlap between the shots.
Un plan de vol 2 est donc établi, comportant plusieurs segments le long desquels l'appareil va effectuer les clichés.A flight plan 2 is therefore established, comprising several segments along which the aircraft will take the pictures.
Pour couvrir la totalité de la zone le plus simplement possible d'un point de vue opérationnel, la subdivision de la zone est classiquement effectuée par des bandes parallèles entre elles, produisant de ce fait des segments d'échantillonnage parallèles entre eux.To cover the entire area as simply as possible from an operational point of view, the subdivision of the area is conventionally carried out by bands parallel to each other, thereby producing parallel sampling segments between them.
Le plan de vol 2 contient également des portions de trajectoire hors de la zone à cartographier permettant au drone, lorsqu'il arrive à une extrémité d'un segment d'échantillonnage 3, de se positionner par un demi-tour pour commencer le suivi d'un autre segment d'échantillonnage 3.The flight plan 2 also contains portions of the trajectory outside the area to be mapped allowing the drone, when it arrives at one end of a sampling segment 3, to position itself by a U-turn to begin the tracking of 'another sampling segment 3.
Ces segments hors champs 4 sont généralement générés de manière à minimiser le chemin total parcouru par le drone pour effectuer l'opération de cartographie de toute la zone 1, tout en tenant compte du rayon de virage du drone et de la distance espaçant les segments d'échantillonnage 3.These out-of-scope segments 4 are generally generated so as to minimize the total path traveled by the drone to perform the mapping operation of the entire area 1, while taking into account the turning radius of the drone and the distance separating the segments d '' sampling 3.
Le suivi des segments d'échantillonnage 3 génère cependant des perturbations pour l'acquisition d'imagerie. En effet, un écart de trajectoire latéral au segment d'échantillonnage 3 entraîne généralement un léger virage pour que l'aéronef revienne sur son segment d'échantillonnage 3.The monitoring of the sampling segments 3 however generates disturbances for the acquisition of imagery. In fact, a deviation from the trajectory lateral to the sampling segment 3 generally results in a slight turn so that the aircraft returns to its sampling segment 3.
Ce virage, effectué par inclinaison de l'aile (roulis), entraîne une inclinaison de l'axe optique du capteur d'imagerie, décalant de ce fait latéralement le cliché pris. Par ailleurs pour les clichés pris lors de ce virage, le sol sera vu « en biais » par rapport aux autres clichés qui seront bien droits.This turn, made by tilting the wing (roll), causes the optical axis of the imaging sensor to tilt, thereby shifting the snapshot laterally. In addition, for the shots taken during this turn, the ground will be seen "at an angle" compared to the other shots that will be straight.
L'obtention d'une carte en est alors fortement complexifiée, en plus de diminuer sa précision et sa résolution, cela implique parfois de reprendre l'intégralité du relevé cartographique car des « trous » de données peuvent être présents à cause du décalage du cliché par rapport à la position prévue.Obtaining a map is then highly complex, in addition to reducing its accuracy and resolution, this sometimes involves taking over the entire cartographic survey because "gaps" in data may be present due to the offset of the picture from the planned position.
Le phénomène de roulis lors des changements de direction est également particulièrement gênant pour suivre une trajectoire courbe, ou suivre deux segments d'échantillonnage 3 consécutifs décalés angulairement.The roll phenomenon during changes of direction is also particularly troublesome to follow a curved trajectory, or to follow two consecutive sampling segments 3 angularly offset.
Le vol d'un drone léger est particulièrement sensible aux turbulences et mouvements de la masse d'air dans laquelle il évolue. Ces écarts au segment d'échantillonnage 3 sont donc assez courants.The flight of a light drone is particularly sensitive to turbulence and movements of the air mass in which it evolves. These deviations from sampling segment 3 are therefore quite common.
PRÉSENTATION GÉNÉRALE DE L'INVENTIONOVERVIEW OF THE INVENTION
Un but de l'invention est d'améliorer la fiabilité de l'acquisition d'imagerie lors d'un procédé de cartographie.An object of the invention is to improve the reliability of imaging acquisition during a mapping process.
Un autre but est de simplifier la mise en œuvre du procédé de cartographie, et donc conséquemment d'optimiser en les réduisant la durée du procédé et son coût.Another aim is to simplify the implementation of the mapping process, and therefore consequently to optimize by reducing the duration of the process and its cost.
Un autre but est de permettre un suivi de plusieurs segments d'échantillonnage consécutifs.Another aim is to allow monitoring of several consecutive sampling segments.
Un autre but est de permettre le suivi de trajectoires courbes lors de l'échantillonnage.Another aim is to allow the tracking of curved trajectories during sampling.
Un autre but est de minimiser le nombre de segments hors champ dans le plan de vol.Another aim is to minimize the number of out-of-scope segments in the flight plan.
Un autre but est de réduire la distance de vol nécessaire à la cartographie d'une zone.Another aim is to reduce the flight distance necessary for mapping an area.
Un autre but est d'augmenter la taille des zones à cartographier et la rapidité d'acquisition grâce aux améliorations de performances du dispositif.Another goal is to increase the size of the areas to be mapped and the speed of acquisition thanks to improvements in device performance.
Selon un aspect, l'invention propose un procédé de cartographie d'une zone mis en œuvre par un drone survolant la zone en suivant de manière automatique un plan de vol préétabli, le drone comportant une paire d'ailes équipées d'ailerons et une gouverne de direction, le procédé comprenant, au cours du suivi du plan de vol, l'acquisition de plusieurs images de la zone par un dispositif de prise de vue porté par le drone et présentant un axe optique fixe par rapport au drone, le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend, au cours du suivi du plan de vol, un asservissement du roulis à zéro pour maintenir l'axe optique à un angle prédéterminé par rapport à un axe vertical par rapport à la zone.According to one aspect, the invention provides a method of mapping an area implemented by a drone flying over the area automatically following a pre-established flight plan, the drone comprising a pair of wings equipped with fins and a rudder, the method comprising, during the monitoring of the flight plan, the acquisition of several images of the area by a shooting device carried by the drone and having an optical axis fixed relative to the drone, the method being characterized in that it comprises, during the monitoring of the flight plan, a roll control at zero to maintain the optical axis at a predetermined angle with respect to a vertical axis with respect to the area.
Le maintien du roulis à zéro permet de maintenir l'axe optique du dispositif d'imagerie vertical lors de la prise de clichés, ce qui permet d'optimiser le taux de clichés exploitables pour réaliser une cartographie et qui améliore grandement la qualité de la cartographie obtenue.Keeping the roll at zero keeps the optical axis of the vertical imaging device when taking pictures, which optimizes the rate of pictures that can be used for mapping and which greatly improves the quality of the mapping. obtained.
Cela permet également de minimiser les risques de devoir recommencer le procédé de cartographie en raison d'une trop faible qualité des clichés obtenus.This also makes it possible to minimize the risks of having to start the mapping process again because of too low a quality of the photographs obtained.
Cela permet également de suivre des trajectoires comportant des potions de courbes tout en réalisant des clichés de qualité optimale, le suivi d'une trajectoire courbe n'entraînant plus de variation de roulis amenuisant la qualité des clichés.This also makes it possible to follow trajectories comprising potions of curves while taking photographs of optimal quality, the follow-up of a curved trajectory no longer causing any variation in roll reducing the quality of the photographs.
Cela permet également de réduire le chemin parcouru lors de la cartographie d'une zone, notamment en permettant de suivre deux segments d'échantillonnages consécutifs qui présentent un décalage angulaire.This also makes it possible to reduce the distance traveled during the mapping of an area, in particular by making it possible to follow two consecutive sampling segments which have an angular offset.
Cela permet de définir un plan de vol minimisant le trajet parcouru en dehors de la zone à cartographier, et donc d'accroître le temps disponible pour l'échantillonnage, ce qui permet d'augmenter la taille des zones à cartographier à l'aide du procédé.This makes it possible to define a flight plan minimizing the route traveled outside the area to be mapped, and therefore to increase the time available for sampling, which makes it possible to increase the size of the areas to be mapped using the process.
Un tel procédé est avantageusement complété par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison :Such a process is advantageously supplemented by the following characteristics, taken alone or in combination:
le plan de vol comprend des segments de trajectoire, les segments de trajectoire comportant au moins deux types :the flight plan comprises trajectory segments, the trajectory segments comprising at least two types:
• un segment d'échantillonnage comportant des informations de trajectoire et de points de capture d'imagerie ;• a sampling segment comprising trajectory information and imagery capture points;
• un segment hors champ comportant des informations de trajectoire ;• an off-screen segment with trajectory information;
le pilotage automatique comporte un premier mode de fonctionnement contraint dans lequel la direction du drone est contrôlée par action sur l'axe de lacet uniquement, et un second mode de fonctionnement libre dans lequel la direction du drone est contrôlée par action sur les axes de roulis et de lacet, le mode contraint étant utilisé lors du suivi des segments d'échantillonnage, le mode libre étant utilisé lors du suivi des segments hors champ de cartographie ;automatic piloting comprises a first constrained operating mode in which the direction of the drone is controlled by action on the yaw axis only, and a second free operating mode in which the direction of the drone is controlled by action on the roll axes and yaw, the constrained mode being used during the monitoring of the sampling segments, the free mode being used during the monitoring of the segments outside the mapping field;
le suivi d'un segment d'échantillonnage comporte un procédé de correction de trajectoire comportant les étapes suivantes :monitoring a sampling segment includes a trajectory correction method comprising the following steps:
• Calcul de l'écart latéral entre la position de l'appareil et le segment d'échantillonnage ;• Calculation of the lateral deviation between the position of the device and the sampling segment;
• Définition d'une « action de correction » configurée pour revenir sur le segment d'échantillonnage par action sur la gouverne de direction ;• Definition of a “corrective action” configured to return to the sampling segment by action on the rudder;
• Contrôle du roulis généré par des mouvements de la masse d'air et/ou induit par le braquage de la gouverne de direction, le contrôle du roulis étant réalisé par action sur les ailerons et étant configuré pour maintenir le roulis à zéro ;• Roll control generated by movements of the air mass and / or induced by the deflection of the rudder, the roll control being carried out by action on the ailerons and being configured to keep the roll at zero;
le pilotage automatique comporte un procédé de génération d'au moins un modèle de « trajectoire de liaison » hors du plan de vol pour relier deux segments du plan de vol consécutifs décalés angulairement ;the autopilot comprises a method of generating at least one “link trajectory” model outside the flight plan to connect two consecutive flight plan segments offset angularly;
le modèle de trajectoire de liaison comporte un point d'entrée compris dans un premier segment de plan de vol, un point de sortie compris dans un deuxième segment de plan de vol, et une trajectoire reliant le point d'entrée et le point de sortie ;the link trajectory model comprises an entry point included in a first flight plan segment, an exit point included in a second flight plan segment, and a trajectory connecting the entry point and the exit point ;
les modèles de trajectoire de liaison comportent une trajectoire dite courbe configurée pour pouvoir être parcourue par le mode contraint du pilotage automatique et une trajectoire dite en boucle configurée pour pouvoir être parcourue par le mode libre du pilotage automatique;the link trajectory models include a so-called curve trajectory configured to be able to be traversed by the constrained mode of automatic piloting and a so-called loop trajectory configured to be able to be traversed by the free mode of automatic piloting;
le modèle de trajectoire de liaison généré est fonction du décalage angulaire entre les deux segments de plan de vol consécutifs ;the link trajectory model generated is a function of the angular offset between the two consecutive flight plan segments;
la trajectoire de liaison est générée selon des critères comportant les suivants :the link trajectory is generated according to criteria comprising the following:
• Tangence au premier segment au point d'entrée ;• Tangency at the first segment at the entry point;
• Tangence au deuxième segment au point de sortie ;• Tangency to the second segment at the exit point;
• Minimisation des écarts avec le ou les segments d'échantillonnage lorsqu'au moins un segment d'échantillonnage est suivi ;• Minimization of deviations from the sampling segment (s) when at least one sampling segment is followed;
• Courbe continue ;• Continuous curve;
Selon un autre aspect, l'invention propose un dispositif configuré pour réaliser un tel procédé de cartographie, comprenant un aéronef comportant une gouverne de direction, des gouvernes de profondeur et des ailerons, un dispositif d'imagerie, un moyen de détection d'orientation tridimensionnelle, un moyen de détection de position tridimensionnelle, des actionneurs configurés pour agir sur la position de la gouverne de direction, des gouvernes de profondeur et des ailerons, une unité de calcul permettant de réaliser ledit procédé, un programme d'ordinateur comportant les consignes permettant de réaliser un tel procédé.According to another aspect, the invention provides a device configured to carry out such a mapping method, comprising an aircraft comprising a rudder, elevators and ailerons, an imaging device, an orientation detection means three-dimensional, a three-dimensional position detection means, actuators configured to act on the position of the rudder, elevators and ailerons, a calculation unit for carrying out said method, a computer program comprising the instructions allowing to carry out such a process.
Ce dispositif est avantageusement complété par la caractéristique suivante : l'unité de calcul est configurée pour assurer au cours du suivi du plan de vol, un asservissement du roulis à zéro pour maintenir l'axe optique à un angle prédéterminé par rapport à un axe vertical par rapport à la zone à cartographier.This device is advantageously completed by the following characteristic: the calculation unit is configured to ensure, during the monitoring of the flight plan, a roll control at zero to maintain the optical axis at a predetermined angle relative to a vertical axis relative to the area to be mapped.
PRÉSENTATION DES FIGURESPRESENTATION OF THE FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore de la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des figures annexées sur lesquelles :Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which follows, which is purely illustrative and not limiting, and should be read with reference to the appended figures in which:
La figure 1 est une représentation schématique d'un plan de vol généré par le protocole de cartographie de l'art antérieur ;Figure 1 is a schematic representation of a flight plan generated by the mapping protocol of the prior art;
La figure 2 est une représentation schématique des gouvernes et des axes de rotation classiques d'un aéronef ;Figure 2 is a schematic representation of the control surfaces and conventional axes of rotation of an aircraft;
La figure 3 est un schéma des étapes d'un procédé de suivi de trajectoire conforme à l'invention ;FIG. 3 is a diagram of the steps of a trajectory tracking method according to the invention;
La figure 4 est un schéma représentant une trajectoire de correction en cas de perturbation externe, la trajectoire de correction étant réalisée par un procédé de suivi de trajectoire conforme à l'invention ;FIG. 4 is a diagram representing a correction trajectory in the event of an external disturbance, the correction trajectory being produced by a trajectory tracking method according to the invention;
La figure 5 est une représentation d'une trajectoire de liaison entre deux segments d'échantillonnage consécutifs décalés angulairement, la trajectoire de liaison étant réalisée par un procédé de suivi de trajectoire conforme à l'invention ; plus précisément, la figure 5a représente une trajectoire de liaison en courbe, réalisée lorsque le décalage angulaire est en dessous d'une valeur seuil prédéfinie ; la figure 5b représente une trajectoire de liaison en boucle, réalisée lorsque le décalage angulaire est supérieur à la valeur seuil ;est une représentation schématique d'un plan de vol réalisable conforme à l'invention ; etFIG. 5 is a representation of a connection trajectory between two consecutive sampling segments offset angularly, the connection trajectory being produced by a trajectory tracking method according to the invention; more precisely, FIG. 5a represents a curve connection trajectory, produced when the angular offset is below a predefined threshold value; FIG. 5b represents a loop connection trajectory, produced when the angular offset is greater than the threshold value; is a schematic representation of a feasible flight plan according to the invention; and
La figure 6 représente un plan de vol généré par un procédé de cartographie conforme à l'invention.FIG. 6 represents a flight plan generated by a mapping method according to the invention.
DESCRIPTION DE L'INVENTIONDESCRIPTION OF THE INVENTION
Les modes de réalisation décrits ci-après concernent le cas d'un procédé de cartographie réalisé à partir d'imagerie aérienne, le procédé étant mis en œuvre par un drone de type aéronef comportant, en référence à la figure 2, des ailes 5, des ailerons 6, des gouvernes de profondeur 7 et une gouverne de direction 8. Un dispositif de prise de vue 9 est fixé sous le drone et est immobile par rapport à celui-ci. En conséquence, l'orientation de l'axe optique 10 du dispositif d'imagerie dépend directement de l'orientation du drone.The embodiments described below relate to the case of a mapping method produced from aerial imagery, the method being implemented by an aircraft type drone comprising, with reference to FIG. 2, wings 5, fins 6, elevators 7 and a rudder 8. A shooting device 9 is fixed under the drone and is stationary with respect thereto. Consequently, the orientation of the optical axis 10 of the imaging device depends directly on the orientation of the drone.
L'orientation du drone est définie par une composition de rotations suivant les axes de roulis R, de tangage T et de lacet L.The orientation of the drone is defined by a composition of rotations along the roll axes R, pitch T and yaw L.
Afin de maintenir une direction d'axe optique 10 du dispositif d'imagerie 9 constante, l'invention propose un mode de pilotage automatique limitant la prise de roulis à zéro.In order to keep the direction of the optical axis 10 of the imaging device 9 constant, the invention proposes an automatic piloting mode limiting roll taking to zero.
Il est entendu que les modes de réalisation décrits ci-après sont illustratifs et nullement limitatifs.It is understood that the embodiments described below are illustrative and in no way limitative.
Le procédé de cartographie met en œuvre un pilotage automatique comportant plusieurs modes de fonctionnement.The mapping process implements an automatic pilot comprising several operating modes.
Deux modes de pilotage se distinguent, chacun étant dédié à une phase de vol :Two piloting modes stand out, each one dedicated to a flight phase:
Lors du parcours des segments hors champ 4, le dispositif d'imagerie 9 ne fonctionne pas, l'inclinaison du capteur et donc du drone n'est pas contrainte ;During the course of the out-of-scope segments 4, the imaging device 9 does not work, the inclination of the sensor and therefore of the drone is not constrained;
Lors du parcours des segments d'échantillonnage 3, l'inclinaison de l'axe optique 10 du dispositif d'imagerie 9 est associée à la verticale, contraignant l'orientation du drone en roulis.During the course of the sampling segments 3, the inclination of the optical axis 10 of the imaging device 9 is associated with the vertical, constraining the orientation of the drone in roll.
Le premier mode de pilotage dit « libre » correspondant à un déplacement non contraint est mis en œuvre lors du parcours des segments hors champ 4.The first so-called “free” piloting mode corresponding to an unconstrained movement is implemented during the traversing of the out of scope segments 4.
Le pilotage automatique contrôle le cap classiquement par rotation selon les axes de roulis par action sur les ailerons 6.The automatic piloting controls the course conventionally by rotation along the roll axes by action on the ailerons 6.
Le deuxième mode de pilotage dit « contraint » est mis en œuvre lors du parcours des segments d'échantillonnage 3, les modifications de cap assurant le suivi de la trajectoire sont réalisées par une rotation selon l'axe de lacet.The second so-called “constrained” piloting mode is implemented during the course of the sampling segments 3, the course modifications ensuring the tracking of the trajectory are carried out by a rotation along the yaw axis.
Dans le mode de pilotage contraint, les modifications de cap sont effectuées par action sur la gouverne de direction 8, entraînant donc une rotation autour de l'axe de lacet L.In the constrained piloting mode, the course modifications are carried out by action on the rudder 8, thus causing a rotation around the yaw axis L.
Cette action sur l'axe de lacet provoque par effet dit « roulis induit » une rotation autour de l'axe de roulis qui entraîne un décalage angulaire de l'axe optique du dispositif d'imagerie 9.This action on the yaw axis causes, by so-called “induced roll” effect, a rotation around the roll axis which causes an angular offset of the optical axis of the imaging device 9.
Une boucle d'asservissement dédiée à la gestion du roulis permet, par la mesure du roulis et par action sur les ailerons 6, de compenser ce roulis induit de manière à maintenir une assiette stable.A control loop dedicated to the management of the roll makes it possible, by measuring the roll and by acting on the fins 6, to compensate for this induced roll so as to maintain a stable attitude.
En référence à la figure 3, le pilotage automatique met également en œuvre un procédé de suivi 11 de la trajectoire définie par le plan de vol 2.With reference to FIG. 3, the autopilot also implements a method 11 for tracking the trajectory defined by the flight plan 2.
Dans ce mode de réalisation, l'écart latéral 17 au plan de vol est mesuré pour donner lieu au calcul d'une trajectoire de correction, permettant de revenir sur le plan de vol.In this embodiment, the lateral deviation 17 from the flight plan is measured to give rise to the calculation of a correction trajectory, making it possible to return to the flight plan.
Ce suivi de trajectoire 11 comporte une étape 22 d'estimation de l'écart à la trajectoire à partir du plan de vol 2 prédéfini lors d'une étape 20 et des données GPS du drone définies lors d'une étape 21.This trajectory tracking 11 includes a step 22 of estimating the deviation from the trajectory from the flight plan 2 predefined during a step 20 and the GPS data of the drone defined during a step 21.
L'écart estimé ainsi qu'une mesure du cap du drone défini à l'étape 23 sont injectés dans une boucle de contrôle 24 de la gouverne de direction 8 de manière à générer une correction sur le cap du drone pour récupérer la trajectoire définie par le plan de vol.The estimated deviation and a measurement of the drone heading defined in step 23 are injected into a control loop 24 of the rudder 8 so as to generate a correction on the drone heading to recover the trajectory defined by the flight plan.
La boucle de contrôle 24 transmet une commande à l'actionneur 25 de gouverne de direction 8 de manière à modifier le cap du drone pour réduire l'écart au plan de vol 2.The control loop 24 transmits a command to the rudder actuator 25 so as to modify the heading of the drone to reduce the deviation from flight plan 2.
Ce procédé est particulièrement intéressant pour pallier aux perturbations de trajectoire dues aux mouvements de la masse d'air, telles qu'une rafale de vent, un courant ascendant ou une dépression locale.This method is particularly advantageous for overcoming trajectory disturbances due to movements of the air mass, such as a gust of wind, an updraft or a local depression.
En référence à la figure 4, lors d'une correction d'un écart 17 à un segment d'échantillonnage 3, une trajectoire de rattrapage 13 sera générée et configurée pour être suivie par contrôle de la gouverne de direction 8 seulement.With reference to FIG. 4, during a correction of a deviation 17 from a sampling segment 3, a catch-up trajectory 13 will be generated and configured to be followed by control of the rudder 8 only.
Lors de ce suivi de trajectoire de rattrapage 13, les ailerons 6 n'agissent pas sur le cap mais maintiennent le roulis à zéro, de manière à limiter les oscillations de l'axe optique 10 du dispositif d'imagerie 9.During this catching-up trajectory tracking 13, the fins 6 do not act on the heading but maintain the roll at zero, so as to limit the oscillations of the optical axis 10 of the imaging device 9.
Une perturbation atmosphérique écartant le drone de sa trajectoire aura ainsi un impact limité sur la cartographie de la zone, le mode de pilotage contraint privilégiant la qualité de l'imagerie plutôt qu'un retour rapide à la trajectoire.An atmospheric disturbance deviating the drone from its trajectory will thus have a limited impact on the mapping of the area, the constrained piloting mode favoring the quality of the imagery rather than a rapid return to the trajectory.
En référence à la figure 5, le procédé de cartographie met en œuvre un procédé de génération de trajectoires de liaison 14 permettant au drone de passer d'un segment d'échantillonnage 3 au segment d'échantillonnage 3 suivant dans le plan de vol 2.With reference to FIG. 5, the mapping method implements a method for generating connection trajectories 14 allowing the drone to pass from a sampling segment 3 to the following sampling segment 3 in the flight plan 2.
Une trajectoire de liaison 14 comporte un point d'entrée 15 compris dans un premier segment 3 suivi, une trajectoire et un point de sortie 16 compris dans un second segment 3 suivi.A connecting trajectory 14 comprises an entry point 15 included in a first segment 3 followed, a trajectory and an exit point 16 included in a second segment 3 followed.
Dans un mode de réalisation, afin d'assurer une transition rapide de la trajectoire de liaison 14 au segment de plan de vol 2, la trajectoire de liaison 14 est tangente aux segments de plan de vol 2 qu'elle relie, au niveau du point d'entrée 15 et/ou de sortie 16.In one embodiment, in order to ensure a rapid transition from the connecting trajectory 14 to the flight plan segment 2, the connecting trajectory 14 is tangent to the flight plan segments 2 which it connects, at the point inlet 15 and / or outlet 16.
La trajectoire de liaison 14 générée présente des rayons de courbure adaptés au mode de pilotage actif.The connection path 14 generated has radii of curvature adapted to the active driving mode.
Cette génération de trajectoires de liaison 14 permet notamment de suivre plusieurs segments d'échantillonnage 3 consécutifs décalés angulairement, ce qui confère un net avantage pour cartographier des zones étendues longitudinalement, telles qu'un réseau ferroviaire ou électrique.This generation of connection trajectories 14 makes it possible in particular to follow several consecutive sampling segments 3 angularly offset, which gives a clear advantage for mapping areas extended longitudinally, such as a rail or electric network.
Ces trajectoires de liaison 14 peuvent présenter différents tracés en fonction du type de segment suivi et du décalage angulaire des segments consécutifs :These connecting trajectories 14 can have different plots depending on the type of segment followed and the angular offset of the consecutive segments:
Pour un décalage angulaire faible, la trajectoire de liaison 14 générée est une portion de courbe, illustrée en figure 5a ;For a small angular offset, the connection path 14 generated is a portion of the curve, illustrated in FIG. 5a;
Pour un décalage angulaire supérieur à un certain seuil, la trajectoire de liaison 14 générée comprend au moins une boucle, illustrée en figure 5b ;For an angular offset greater than a certain threshold, the connection path 14 generated comprises at least one loop, illustrated in FIG. 5b;
Le drone ne suit pas l'itinéraire établi lors du plan de vol 2 lorsqu'il suit ces trajectoires de liaison 14. Par conséquent, une déviation importante par rapport au plan de vol 2 pourrait induire une cartographie incomplète de la zone 1 étudiée.The drone does not follow the route established during flight plan 2 when it follows these connecting trajectories 14. Consequently, a significant deviation from flight plan 2 could induce an incomplete mapping of the zone 1 studied.
Il est donc nécessaire que les trajectoires de liaison 14 soient le plus proches possibles des segments du plan de vol 2.It is therefore necessary for the connecting paths 14 to be as close as possible to the segments of flight plan 2.
Les trajectoires de liaison 14 sont donc générées de manière à minimiser les écarts 17 au plan de vol 2.The connecting paths 14 are therefore generated so as to minimize the deviations 17 from the flight plan 2.
En référence à la figure 5b, dans le cas d'une trajectoire en boucle, ce calcul n'est pas nécessaire, la boucle commençant à la fin du premier segment 3 du plan de vol et finissant au début du segment 3 de plan de vol 2 suivant. Les segments de plan de vol 2 sont donc suivis intégralement.With reference to FIG. 5b, in the case of a loop trajectory, this calculation is not necessary, the loop starting at the end of the first segment 3 of the flight plan and ending at the start of segment 3 of the flight plan 2 next. The flight plan segments 2 are therefore followed in full.
Lors du suivi d'une trajectoire de liaison 14 en boucle, le relevé cartographique est interrompu, le drone ne suivant plus les segments d'échantillonnage 3. Il n'est donc pas nécessaire de maintenir l'orientation de l'axe optique 10 du dispositif d'imagerie 9.When following a link trajectory 14 in a loop, the cartographic reading is interrupted, the drone no longer following the sampling segments 3. It is therefore not necessary to maintain the orientation of the optical axis 10 of the imaging device 9.
Une trajectoire de liaison 14 en boucle pourra donc être parcourue par le mode de pilotage libre, permettant des virages plus serrés et donc de réduire la longueur de la trajectoire de liaison 14, et incidemment la longueur totale du plan de vol.A link trajectory 14 in a loop can therefore be covered by the free piloting mode, allowing tighter turns and therefore reducing the length of the link trajectory 14, and incidentally the total length of the flight plan.
En référence à la figure 5a, dans le cas d'une trajectoire en courbe, le calculateur évalue l'aire d'une zone de transition 18. La zone de transition 18 est délimitée par la trajectoire de liaison 14 et les segments de plan de vol 2.With reference to FIG. 5a, in the case of a curve trajectory, the computer evaluates the area of a transition zone 18. The transition zone 18 is delimited by the connection trajectory 14 and the plane plane segments volume 2.
Le calculateur adapte le tracé de la trajectoire de liaison 14 pour minimiser l'aire de la zone de transition 18.The computer adapts the layout of the connection path 14 to minimize the area of the transition zone 18.
Lors d'un suivi de trajectoire de liaison 14 en courbe, le drone suit le plan de vol 2 et survole toujours la zone à cartographier 1. Le dispositif d'imagerie 9 fonctionne donc normalement et poursuit sa prise de clichés.When tracking the connecting trajectory 14 in a curve, the drone follows the flight plan 2 and always flies over the area to be mapped 1. The imaging device 9 therefore operates normally and continues to take pictures.
Il est donc nécessaire de maintenir le roulis à zéro de manière à maintenir la verticalité de l'axe optique 10 du dispositif d'imagerie 9.It is therefore necessary to maintain the roll at zero so as to maintain the verticality of the optical axis 10 of the imaging device 9.
Le mode de pilotage contraint est donc utilisé pour suivre une trajectoire de liaison 14 en courbe, de manière à garantir la qualité des clichés obtenus.The constrained piloting mode is therefore used to follow a connecting trajectory 14 in a curve, so as to guarantee the quality of the photographs obtained.
Le suivi de segments d'échantillonnage 3 successifs sans suspendre la prise de clichés permet de réduire la durée de cartographie d'une zone.Tracking successive 3 sampling segments without suspending the taking of pictures makes it possible to reduce the mapping time of an area.
Une trajectoire de liaison 14 en courbe réduit la durée du plan de vol nécessaire à la cartographie d'une zone par rapport à des trajectoires de liaison 14 en boucle.A connecting trajectory 14 in curve reduces the duration of the flight plan necessary for the mapping of an area compared to connecting trajectories 14 in a loop.
Les zones à cartographier au cours du procédé peuvent donc être plus étendues.The areas to be mapped during the process can therefore be more extensive.
Un autre gain de distance est obtenu lors de la définition du plan de vol 2. En effet, le procédé permet de parcourir des segments d'échantillonnage 3 consécutifs décalés angulairement.Another gain in distance is obtained during the definition of the flight plan 2. In fact, the method makes it possible to traverse sampling segments 3 consecutive angularly offset.
La cartographie d'une zone longue et sinueuse, par exemple un réseau de chemin de fer, peut donc être réalisée en générant des segments d'échantillonnage parcourant la zone longitudinalement, au lieu de générer une multitude de segments d'échantillonnage 3 parallèles de manière à couvrir la zone.The mapping of a long and winding area, for example a railway network, can therefore be carried out by generating sampling segments traversing the area longitudinally, instead of generating a multitude of sampling segments 3 parallel so to cover the area.
Par conséquent, le nombre de segments hors champ 4 est fortement réduit, permettant donc de couvrir une zone beaucoup plus importante pour une même distance de plan de vol 2.Consequently, the number of out-of-scope segments 4 is greatly reduced, thus making it possible to cover a much larger area for the same flight plan distance 2.
La cartographie totale d'un secteur composé de plusieurs zones à cartographier pourra donc être effectuée plus rapidement, car le secteur sera divisé en un nombre de zones moins important.The total mapping of a sector made up of several zones to be mapped can therefore be carried out more quickly, because the sector will be divided into a smaller number of zones.
Lorsque le décalage angulaire a entre les segments d'échantillonnage 3 consécutifs dépasse une valeur seuil prédéfinie, par exemple de 30°, le procédé génère une trajectoire de liaison 14 en boucle.When the angular offset a between the consecutive sampling segments 3 exceeds a predefined threshold value, for example of 30 °, the method generates a link trajectory 14 in a loop.
Le procédé de pilotage automatique est mis en œuvre par une boucle d'asservissement des différents paramètres relatifs à la position et l'orientation du drone dans l'espace et par rapport à la trajectoire suivie.The automatic piloting process is implemented by a control loop of the various parameters relating to the position and orientation of the drone in space and relative to the trajectory followed.
Dans un mode de réalisation, le drone est équipé d'un dispositif de suivi par GPS qui permet de déterminer sa position et ainsi de déterminer son écart 17 à la trajectoire.In one embodiment, the drone is equipped with a GPS tracking device which makes it possible to determine its position and thus to determine its deviation 17 from the trajectory.
Une centrale inertielle équipée sur le drone permet de capter des informations relatives aux mouvements de rotation du drone par rapport aux axes de roulis, de tangage et de lacet. Ces données sont ensuite traitées et intégrées pour déterminer l'orientation du drone en temps réel et ainsi effectuer une correction si nécessaire.An inertial unit equipped on the drone makes it possible to capture information relating to the rotational movements of the drone with respect to the axes of roll, pitch and yaw. These data are then processed and integrated to determine the orientation of the drone in real time and thus make a correction if necessary.
Les fonctions de pilotage automatique et de génération de trajectoires de liaison mises en œuvre par le procédé de cartographie par survol d'une zone par un drone permettent donc un suivi de segments d'échantillonnage 3 consécutifs décalés angulairement tout en maintenant une qualité d'imagerie optimale et constante et en minimisant les effets des perturbations atmosphériques sur l'imagerie.The functions of automatic piloting and generation of link trajectories implemented by the mapping method by overflight of an area by a drone therefore allow monitoring of 3 consecutive sampling segments offset angularly while maintaining imaging quality optimal and constant and minimizing the effects of atmospheric disturbances on imagery.
En référence à la figure 6, dans le cas où les segments consécutifs sont deux segments d'échantillonnage 3, la trajectoire de liaison 14 générée présente des rayons de courbure adaptés pour être suivis par action sur la gouverne de direction 8, notamment en faisant varier la longueur de la trajectoire de liaison 14.With reference to FIG. 6, in the case where the consecutive segments are two sampling segments 3, the connection path 14 generated has radii of curvature adapted to be followed by action on the rudder 8, in particular by varying the length of the connecting path 14.
Dans un cas où les segments consécutifs sont un segment d'échantillonnage 3 et un segment hors champ 4, la trajectoire de liaison 14 générée priorise le suivi du segment d'échantillonnage 3. Lorsque le drone sort du segment d'échantillonnage 3, il rattrape le segment hors champ 4 dans la zone de vol où le mode de pilotage libre est actif.In a case where the consecutive segments are a sampling segment 3 and an off-screen segment 4, the link trajectory 14 generated prioritizes the monitoring of the sampling segment 3. When the drone leaves the sampling segment 3, it catches up the out-of-scope segment 4 in the flight zone where the free piloting mode is active.
La cartographie de la zone présente alors une fiabilité optimale, tout en minimisant la distance parcourue par le drone.The mapping of the area then presents optimum reliability, while minimizing the distance traveled by the drone.
Dans un cas de figure où deux segments consécutifs sont deux segments hors champ 4, la trajectoire de liaison 14 générée est configurée pour minimiser la distance parcourue par le drone.In a case where two consecutive segments are two off-screen segments 4, the link path 14 generated is configured to minimize the distance traveled by the drone.
La trajectoire de liaison présente donc des rayons de courbure adaptés pour 5 être suivie par le mode de pilotage libre. Ces dispositions permettent de minimiser la distance parcourue par le drone, et donc incidemment la durée et le coût du procédé.The connecting trajectory therefore has radii of curvature adapted to be followed by the free piloting mode. These provisions make it possible to minimize the distance traveled by the drone, and therefore incidentally the duration and the cost of the process.
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