FR3164704A1 - Méthode et dispositif de détermination d'une position à atteindre par au moins un drone - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé mis en œuvre par ordinateur de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone (Dk) d’une flotte de drones suivant un véhicule terrestre (V) et commandée par un dispositif de commande, comprenant : - Détermination, par un processeur du dispositif de commande, d’une position de référence courante de la flotte de drones, - Détermination, par le processeur du dispositif de commande, de ladite position à atteindre par l’au moins un drone (Dk), à partir de la position de référence courante, d’une disposition des drones et d’une largeur de disposition,la position à atteindre par l’au moins un drone (Dk) étant calculée en ajoutant un vecteur d’écart périodique à une position du sommet de la polyligne correspondant audit au moins un drone. [Fig. 1]

Description

Méthode et dispositif de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone

L’invention se rapporte au domaine de la planification de trajectoire de couverture (en anglais « coverage path tracking ») couplé à celui du suivi de véhicules terrestres.

Des méthodes sont connues pour résoudre des problématiques de planification de trajectoire de couverture. Ces problématiques se posent notamment dans le cadre de l’utilisation de dispositifs automatisés pour l’inspection de structures ou d’espaces, l’application de traitements en agriculture, ou encore le nettoyage de sols. On peut citer les méthodes de discrétisation en grille, les méthodes basées sur des graphes, les méthodes d’échantillonnage, les méthodes d’optimisation, les méthodes d’apprentissage automatique ou encore la méthode du champ de potentiel.

Par ailleurs, d’autres méthodes, différentes de celles évoquées plus haut, sont également connues pour résoudre des problématiques liées au suivi de véhicules terrestres (en anglais « vehicle tracking »). Des exemples de telles méthodes comprennent le traçage GPS, le traçage par caméra, le traçage Wi-Fi, le suivi par capteurs, Lidar ou radar.

Il existe des situations où les deux problématiques se confondent. Dans cette situation, des dispositifs automatisés ont pour mission de suivre un véhicule tout en optimisant, par leur trajectoire, la couverture d’une zone prédéfinie. Un exemple est celui de la détection d’incendies et du support par drones apporté aux véhicules de lutte contre l’incendie.

A ce jour, aucune méthode résolvant de telles situations ne semble connue. Aussi, la combinaison des premières méthodes, précédemment citées en lien avec la problématique de planification de trajectoire de couverture, avec les secondes, évoquées en lien avec la problématique de suivi de véhicules terrestres, afin de résoudre les deux problématiques simultanément, semble contre-intuitive. En effet, les premières sont coûteuses en temps et en ressources, alors que les secondes requièrent un temps de réponse le plus court possible.

L’invention présentée vise à résoudre ce problème.

A cet effet, l’invention propose une méthode et un système permettant à un ensemble de systèmes automatisés, tel qu’une flotte de drones, de suivre un véhicule terrestre se déplaçant dans une zone géographique prédéfinie, où la couverture par l’ensemble de systèmes automatisés est optimisée.

Il est ainsi proposé un procédé mis en œuvre par ordinateur de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone d’une flotte de drones commandée par un dispositif de commande et suivant un véhicule terrestre en mouvement à une vitesse du véhicule (vx), le dispositif de commande recevant, à un instant courant, une position courante du véhicule terrestre, le procédé comprenant :
- Détermination, par un processeur du dispositif de commande, d’une position de référence courante de la flotte de drones à partir de la position courante du véhicule terrestre, d’un angle de rotation courant du véhicule terrestre et, optionnellement d’un vecteur de positionnement relatif de la flotte de drones ;
- Détermination, par ledit processeur, de ladite position à atteindre par l’au moins un drone, à partir de la position de référence courante, d’une disposition des drones et d’une largeur de disposition ;
la disposition des drones étant définie par un point de référence et par une polyligne dont chacun des sommets est occupé par l’un des drones, la largeur de disposition correspondant à un facteur d’échelle de la polyligne ;
le point de référence de la disposition étant positionné à la position de référence courante ;
l’angle de rotation de la disposition étant défini de manière relative par rapport à l’angle de rotation courant du véhicule terrestre ;
la position à atteindre par l’au moins un drone étant calculée en ajoutant un vecteur d’écart périodique à une position du sommet de la polyligne correspondant audit au moins un drone.

Grâce à l’invention, la flotte de drones peut suivre en temps réel le véhicule terrestre tout en couvrant de manière optimale une zone géographique prédéfinie par le maintien d’une disposition suivant la trajectoire du véhicule suivi à chaque instant. La largeur de disposition définit une bande géographique couverte par la flotte de drones lors du suivi. Par ailleurs, l’inclusion d’un vecteur d’écart périodique dans la détermination de la position à atteindre de l’au moins un drone permet d’optimiser la zone géographique couverte par la flotte de drones, et en particulier le champ de vue global de la flotte de drones.

Avantageusement, la polyligne forme une ligne.

Avantageusement, la disposition forme un polygone non plat tel qu’un carré, un pentagone, un hexagone, un heptagone, un octogone.

Avantageusement, la largeur de disposition est un paramètre représentatif d’un facteur d’échelle de la polyligne.

Dans certains modes de réalisation, l’au moins un drone consiste en l’ensemble des drones de la flotte de drones.

Dans certains modes de réalisation, le vecteur d’écart périodique de l’au moins un drone est déterminé à partir d’une vitesse de vol maximale de l’au moins un drone, de l’altitude de vol de l’au moins un drone, du champ angulaire de l’au moins un drone et/ou de la vitesse du véhicule.

Ainsi, selon l’invention, il est possible d’agir sur la zone couverte par la flotte de drones, via le vecteur d’écart périodique, en fonction de paramètres de la mission de suivi tels que la vitesse du véhicule terrestre ou d’autres paramètres de fonctionnement des drones.

Dans certains modes de réalisation, le vecteur d’écart périodique est calculé en fonction d’un coefficient d’amplitude fonction de la vitesse de vol maximale de l’au moins un drone et de la vitesse du véhicule.

Ainsi, le suivi du véhicule terrestre par les drones prend en compte la vitesse du véhicule suivi.

Dans certains modes de réalisation, une période temporelle du vecteur d’écart périodique est calculée en fonction de la vitesse moyenne, de l’altitude de vol de l’au moins un drone et d’un champ angulaire de l’au moins un drone.

Dans certains modes de réalisation, la direction du vecteur d’écart périodique varie périodiquement.

Dans certains modes de réalisation, l’angle relatif entre la disposition et la direction de déplacement de référence est prédéterminé.

Dans certains modes de réalisation, l’angle relatif entre la disposition et la direction de déplacement de référence est calculé en fonction de la direction de déplacement de référence.

Dans certains modes de réalisation, à l’instant courant, le véhicule terrestre se déplace selon une direction de déplacement courante, définie par exemple par un vecteur formé de la dernière position du véhicule terrestre reçue et de la position courante, et le vecteur d’écart périodique a une direction perpendiculaire à la direction de déplacement courante et une amplitude qui varie de manière sinusoïdale en fonction du temps.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend à l’étape b) une détermination de l’altitude de vol de l’au moins un drone, l’altitude de vol étant fonction du coefficient d’amplitude, de la largeur de disposition et /ou du champ de vue angulaire de l’au moins un drone.

Ainsi, selon le procédé selon l’invention, lors du suivi du véhicule terrestre, l’altitude de vol des drones est également ajustée pour optimiser la couverture de la zone couverte par la flotte de drones pendant le suivi.

En d’autres termes, avantageusement, la correction de l’altitude réalisée lors de l’implémentation du procédé selon l’invention permet de s’assurer que, tout en optimisant la zone géographique couverte par la flotte de drones en prenant en compte la vitesse de déplacement du véhicule suivi, l’image résultant de l’ensemble des images enregistrées par la flotte de drones couvre la totalité de la bande géographique imagée.

Dans certains modes de réalisation, dans lequel à l’instant courant, le véhicule terrestre se déplace selon une direction de déplacement courante, définie par exemple par un vecteur formé de la dernière position du véhicule terrestre reçue et de la position courante, le procédé comprend en outre :
- Détermination, à un instant nommé instant de détection, qu’une distance entre un drone et au moins un obstacle risque de devenir inférieure à une valeur seuil ;
- Changement de la polyligne, et/ou réduction de la largeur de disposition, et/ou changement de l’angle relatif entre la disposition et la direction de déplacement courante, de telle sorte que chacun des drones de la flotte de drones reste au moins à une distance supérieure à ladite valeur seuil par rapport audit au moins un obstacle.

Ainsi, avantageusement, la méthode selon l’invention permet de tenir compte de divers obstacles rencontrés lors de la mission de vol de la flotte de drones et de maintenir la disposition des drones souhaitée.

Dans certains modes de réalisation, lorsque la largeur de disposition est réduite, la largeur de disposition est réduite à une valeur égale à la valeur minimale entre deux fois la distance entre la position de référence à l’instant de détection et l’obstacle d’une part, et le produit d’un champ de vue métrique de l’au moins un drone par le nombre de drones de la flotte de drones d’autre part.

Dans certains modes de réalisation, le procédé comprend en outre une conversion de la position courante du véhicule terrestre en des coordonnées locales d’un système géodésique local,
la position courante de l’au moins un drone étant déterminée à partir des coordonnées locales.

La conversion en coordonnées locales des coordonnées globales reçues initialement améliore la précision de la position à atteindre par les drones déterminée par le procédé selon l’invention.

La présente invention vise également un programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé précédemment décrit, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.

Ce programme peut utiliser n’importe quel langage de programmation (par exemple, un langage objet ou autre), et être sous la forme d’un code source interprétable, d’un code partiellement compilé ou d’un code totalement compilé.

Un autre aspect concerne un support de stockage non-transitoire d’un programme exécutable par ordinateur, comprenant un ensemble de données représentant un ou plusieurs programmes, lesdits un ou plusieurs programmes comprenant des instructions pour, lors de l’exécution desdits un ou plusieurs programmes par un ordinateur comprenant une unité de traitement couplée de manière opérationnelle à des moyens mémoire et à un module d’interface entrées/sorties, pour exécuter tout ou partie du procédé décrit ci-avant.

Un autre aspect de l’invention porte sur un ensemble comprenant une flotte de drones, l’ensemble comprenant un dispositif de commande, le dispositif de commande comprenant au moins un processeur et un support d’enregistrement tel que décrit ci-avant.

D’autres caractéristiques, détails et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après. Celle-ci est purement illustrative et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :

Fig. 1

FIG. 1représente schématiquement une configuration d’une mission de vol d’une flotte de drones au cours de laquelle le procédé de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone selon un mode de réalisation de l’invention peut être mise en œuvre ;

Fig. 2

FIG. 2représente un exemple de dispositif de commande pouvant mettre en œuvre le procédé de détermination de trajectoire d’au moins un drone selon un mode de réalisation de l’invention ;

Fig. 3

FIG. 3représente un exemple d’ordinogramme représentant des étapes pouvant être exécutées lors de la mise en œuvre du procédé de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone d’une flotte de drones selon un mode de réalisation de l’invention ;

Fig. 4

[Fig. 4A] et [Fig. 4B] représentent deux exemples de dispositions d’une flotte de drones selon des modes de réalisation de l’invention ;

Fig. 5

FIG. 5représente schématiquement un changement de direction d’un véhicule terrestre suivi par une flotte de drones selon des modes de réalisation de l’invention ;

Fig. 6

FIG. 6représente un changement de disposition d’une flotte de drones selon des modes de réalisation de l’invention ;

Fig. 7

[Fig. 7A] et [Fig. 7B] représentent deux situations où une nouvelle disposition d’une flotte de drones est calculée (ligne sur la [Fig. 7A], cercle sur la [Fig. 7B]) selon des modes de réalisation de l’invention.

Description détaillée

Il est proposé dans la présente divulgation un procédé 100 pour déterminer une position à atteindre par au moins un drone d’une flotte de drones lors du suivi d’un véhicule terrestre V et un dispositif de commande 200 pour mettre en œuvre cette méthode.

Par drone, on entend un aéronef motorisé sans pilote humain embarqué.

Le procédé 100 peut s’inscrire, de manière non limitative, dans le cadre d’une mission de vol qu’une flotte de drones doit exécuter. Un exemple de mission de vol, illustré sur laFIG. 1consiste en l’assistance à un véhicule de lutte contre l’incendie se déplaçant au sol que la flotte de drones doit suivre depuis le ciel. Lors de cette mission de vol, la flotte de drones va être commandée de sorte à balayer de manière optimale une zone S située en extérieur et délimitée au sol par un périmètre P prédéterminé. Des exemples de zone S sont : une forêt, une zone résidentielle, un champ agricole. D’autres types de mission de vol peuvent être envisagés, dans lesquels la flotte de drones suit un véhicule terrestre V. Lors de ce suivi, les drones peuvent par exemple surveiller les alentours, détecter des informations au moyen de capteurs intégrés et envoyer en temps réel ces informations au véhicule terrestre V.

La méthode 100 selon la présente divulgation peut être utilisée pour déterminer un ensemble d’instructions qui va être envoyé à chaque drone de la flotte de drones. Avantageusement, l’ensemble d’instructions est envoyé de manière dynamique, c’est-à-dire qu’à différents instants successifs lors de la mission de vol, chaque drone reçoit des instructions relatives à la trajectoire qu’il doit suivre.

Le procédé 100 peut être par exemple mis en œuvre par un dispositif de commande 200 dont une représentation schématique est présentée sur laFIG. 2. Le dispositif de commande 200 peut être un dispositif de calcul distribué ou non. Le dispositif de commande 200 peut être embarqué dans le véhicule terrestre V, et/ou dans un ou plusieurs des drones de la flotte de drones, et/ou intégré à un ou plusieurs serveurs distants. Le dispositif de commande 200 peut par exemple être une station au sol de commandement des drones de la flotte de drones.

Le dispositif de commande 200 comprend une ou plusieurs mémoires 202, 203 pour stocker des instructions permettant la mise en œuvre du procédé 100 de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone, les données de positions reçues, et des données temporaires pour réaliser les différentes étapes de la méthode 100.

Le dispositif de commande 200 comporte en outre un circuit 201. Ce circuit peut être, par exemple :
- un processeur apte à interpréter des instructions sous la forme de programme informatique, ou
- une carte électronique dont les étapes du procédé de l’invention sont décrites dans le silicium, ou encore
- une puce électronique programmable comme une puce FPGA (pour « Field-Programmable Gate Array » en anglais), comme un SOC (pour « System On Chip » en anglais) ou comme un ASIC (pour « Application Specific Integrated Circuit » an anglais).

Les SOC ou système sur puce sont des systèmes embarqués qui intègrent tous les composants d’un système électronique dans une puce unique.

Un ASIC est un circuit électronique spécialisé qui regroupe des fonctionnalités sur mesure pour une application donnée. Les ASIC sont généralement configurés lors de leur fabrication et ne peuvent être que simulés par l’utilisateur.

Les circuits logiques programmables de type FPGA (Field-Programmable Gate Array) sont des circuits électroniques reconfigurables par l’utilisateur.

Ce dispositif de commande 200 comporte des interfaces d’entrée et de sortie 207 pour la réception de données de mesures. Enfin, le dispositif de commande 200 peut comporter, pour permettre une interaction aisée avec un utilisateur, un écran et un clavier. Bien entendu, le clavier est facultatif, notamment dans le cadre d’un ordinateur ayant la forme d’une tablette tactile, par exemple.

En fonction du mode de réalisation, le dispositif de commande 200 peut être un ordinateur, un réseau d’ordinateurs, un composant électronique, ou un autre appareil comportant un processeur couplé de manière opérationnelle à une mémoire, ainsi que, selon le mode de réalisation choisi, une unité de stockage de données, et d'autres éléments matériels associés comme une interface de réseau et un lecteur de support pour lire un support de stockage amovible et écrire sur un tel support (non représentés sur la figure). Le support de stockage amovible peut être, par exemple, un disque compact (CD), un disque vidéo/polyvalent numérique (DVD), un disque flash, une clé USB, etc.

En fonction du mode de réalisation, la mémoire, l’unité de stockage de données ou le support de stockage amovible contient des instructions qui, lorsqu'elles sont exécutées par le circuit de commande 201, amènent ce circuit de commande 204 à effectuer ou contrôler les parties interface d’entrée et interface de sortie 207, stockage de données dans la mémoire 405 et/ou traitement de données des exemples de mise en œuvre du procédé proposé décrits dans les présentes.

De manière avantageuse, la position du véhicule terrestre V que la flotte de drones doit suivre est connue en temps réel. Ainsi, la position du véhicule terrestre V est connue à des instants successifs et reçue à ces instants successifs par le dispositif de commande 200. Selon un exemple, le véhicule terrestre V est connecté au dispositif de commande 200, de sorte à pouvoir envoyer sa position aux différents instants successifs. La position du véhicule terrestre V reçue à un instant courant tj est notée P(tj). Par exemple, la position P(t_j) peut être constituée des coordonnées GPS du véhicule terrestre V à un instant courant t_j. En outre, lorsque le véhicule terrestre V est connecté au dispositif de commande 200, ce dernier peut également envoyer sa direction aux différents instants successifs.

On décrit à présent le procédé 100 de détermination d’une position à atteindre d’au moins un drone d’une flotte de drones, dont un exemple possible d’étapes est représenté sur l’ordinogramme de laFIG. 3.

Initialisation

On suppose qu’avant le commencement de la mission de vol, les drones de la flotte de drones sont positionnés au sol. Puis, à l’imminence du début de la mission de vol, les drones de la flotte de drones décollent pour se positionner à un emplacement donné P₀dans le ciel et se maintenir en vol stationnaire, dans l’attente du début de la mission de vol.

Lors d’une étape préliminaire S10, qui peut être exécutée avant que les drones de la flotte de drones ne décollent pour se maintenir en vol stationnaire ou pendant que ceux-ci sont en vol stationnaire, le dispositif de commande 200 reçoit un ensemble de données comprenant :
- le périmètre extérieur P de la zone S qui doit être couverte par la flotte de drones pendant la mission de vol ;
- optionnellement, les positions d’obstacles connus que la flotte de drones devra éviter lors de la mission de vol ;
- la disposition initiale D₀des drones de la flotte de drones au cours de la mission de vol ;
- une largeur de disposition L correspondant à l’amplitude spatiale couverte par la flotte de drones au cours de la mission de vol ;
- la vitesse de déplacement moyenne v_mdu véhicule terrestre V.

Par périmètre extérieur, on entend le pourtour de la figure géométrique définie par la zone S. Selon un exemple, le périmètre P de la zone S comprend une liste de coordonnées GPS (« Global Positioning System »).

Selon un exemple, les obstacles sont des bâtiments, des structures naturelles (telles que des étendues d’eau) que les drones de la flotte de drones ne doivent pas survoler. Par exemple, les positions d’obstacles peuvent comprendre une liste de coordonnées GPS. Les obstacles définissent ensemble un périmètre intérieur de la zone S.

La disposition D₀des drones de la flotte de drones représente la position relative à atteindre des drones entre eux à un instant initial t₀où une première position P(t₀) du véhicule terrestre est reçue.

A un instant courant (t_j) de la mission de suivi, les drones de la flotte de drones sont agencés en une disposition D(t_j) image de la disposition D₀et suivant la trajectoire du véhicule terrestre V. Plus spécifiquement, la disposition des drones D(t_j) est définie par un point de référence et par une polyligne dont chacun des sommets est occupé, lors du suivi du véhicule terrestre V, par l’un des drones. Par exemple, la disposition D₀ou la disposition D(tj) des drones est une ligne le long de laquelle les drones sont alignés. Dans un autre exemple, la disposition des drones D₀ou D(tj) est un cercle sur lequel les drones sont positionnés de manière régulière. Lorsque la disposition D(t_j) est une ligne, les drones de la flotte de drones vont voler dans la même direction que celle dans laquelle le véhicule terrestre V va se déplacer, en maintenant la disposition D(t_j) en ligne. Lorsque la disposition D(t_j) est un cercle, les drones de la flotte de drones volent le long de la direction radiale en sens opposé.

La vitesse de déplacement moyenne v_mdu véhicule terrestre peut être exprimée en mètre par seconde (m/s). Cette vitesse est définie au préalable, par exemple, lors de la planification de la mission de suivi du véhicule terrestre V par la flotte de drones.

La largeur de disposition L est la largeur d’une bande couverte par la flotte de drones lors de la mission de vol, plus précisément lors du suivi du véhicule terrestre V. Lorsque la disposition des drones est une ligne, la largeur de disposition L peut être la longueur de la ligne. Lorsque la disposition des drones est un cercle, la largeur de disposition L peut être le diamètre du cercle. En d’autres termes, la largeur de disposition L est représentative d'un facteur d'échelle de la disposition D. La largeur de disposition L définit la largeur d’une bande spatiale qui va être couverte par la flotte de drones, et notamment, un champ de vue global imagé par des dispositifs d’imagerie embarqués dans chaque drone de la flotte de drones. Par exemple, lorsque la flotte de drones comprend 3 drones, la largeur de disposition L peut varier entre 20 mètres et 150 mètres. Comme il va être vu par la suite, le procédé 100 selon l’invention permet d’ajuster entre eux certains paramètres de vol des drones de la flotte de drones sur la base de la largeur de disposition L prédéfinie.

Dans une étape S15, le dispositif de commande 200 convertit le périmètre extérieur P et, le cas échéant, les positions d’obstacles connus, en coordonnées locales. Par coordonnées locales, il est entendu des coordonnées liées à un système de coordonnées géodésiques local, par exemple particulier au pays, à la région où se trouve la zone S. Un système de coordonnées géodésiques peut être défini par un code EPSG (du groupe de travail « European Petroleum Survey Group »). La conversion réalisée lors de l’étape S20 va permettre de déterminer la trajectoire des drones de la flotte de drones de manière plus précise. Tout module de conversion de coordonnées globales en coordonnées locales peut être utilisé.

Dans certains modes de réalisation, l’étape S15 a lieu après l’étape S10 de réception, et juste avant le début de la mission de vol. Dans d’autres modes de réalisation, l’étape S15 a lieu après le début de la mission de vol.

A un instant initial t₀, le dispositif de commande 200 reçoit une première position P(t₀) du véhicule terrestre V que la flotte de drones doit suivre. Par exemple, la première position P(t₀) comprend les coordonnées GPS du véhicule terrestre V à l’instant initial t₀.

Calcul des premières instructions:

Lors d’une étape S20, le dispositif de commande 200 convertit la première position P(t₀) en coordonnées locales dénommées première position locale Ploc(t₀). Par coordonnées locales, il est entendu des coordonnées liées à un système géodésique local, par exemple particulier au pays, à la région où se trouve la zone S. La conversion réalisée lors de l’étape S20 va permettre de déterminer la trajectoire des drones de la flotte de drones de manière plus précise.

Lors d’une étape S25, le dispositif de commande 200 calcule, sur la base de la première position locale Ploc(t₀) du véhicule terrestre V, de la disposition initiale des drones D₀et de la largeur de disposition L, une première position P_0kpour chaque drone D_kde la flotte de drones. On note N_dronesle nombre de drones. Avantageusement, N_drones est un nombre entier supérieur ou égal à deux. Par exemple, la flotte de drones comprend quatre drones. Dans un autre exemple, la flotte de drones comprend six drones. Les figures 4A et 4B sont des représentations schématiques de positions initiales des drones d’une flotte de quatre drones dans les cas respectifs d’une disposition D₀en ligne ([Fig. 4A]) et en cercle ([Fig. 4B]). Sur les figures 4A et 4B, les drones de la flotte de drones partent d’une position initiale commune P₀, par exemple, celle à laquelle ceux-ci étaient en vol stationnaire.

Selon l’invention, la disposition D(tj) des drones est maintenue en vol, de sorte que la forme de la polyligne est maintenue durant le suivi et le point de référence suit une trajectoire similaire à la trajectoire du véhicule terrestre V. La disposition D(tj) comprend un point de référence positionné à une position de référence, qui peut être, lorsque la disposition D(tj) est une ligne, le milieu (ou centroïde) de la ligne, ou lorsque la disposition D(tj) est un cercle, le centre du cercle. Dans certains modes de réalisation, ce point de référence peut avoir, dans un plan sensiblement horizontal, des coordonnées coïncidant avec les coordonnées de la position courante du véhicule terrestre V reçue par le dispositif de commande 200, ou translatées par rapport à ces coordonnées. Par exemple, le point de référence est translaté de 100 mètres en avant du véhicule terrestre V.

Lors du suivi du véhicule terrestre V, le point de référence suit la trajectoire du véhicule terrestre V. Autrement dit, lorsque la trajectoire du véhicule terrestre V à un instant t_j, définie par ses positions P(t_{j- 2}) et P(t_{j -1}) à deux instants successifs t_{j- 2}et t_{j -1}précédant l’instant t_j, se transforme en une nouvelle trajectoire définie par la position P(t_j) et la position reçue à l’instant t_{j - 1}P(t_{j - 1}), de sorte à subir une rotation d’un angle de rotation α, le point de référence subit également un changement de trajectoire déterminé par l’angle de rotation α. LaFIG. 5représente un exemple de disposition des positions P(t_j-2), P(t_j-1), P(t_j) et de l’angle α correspondant. Plus précisément, l’angle de rotation α est déterminé par :
[Math. 1]

avec la notation |. | dénotant la norme d’un vecteur.

Par la suite, l’angle de rotation α correspondant à une nouvelle position P(t_j) reçue à un instant courant t_jsera noté α(t_j).

Lorsque la disposition D(t_j) des drones est une ligne, les drones peuvent être régulièrement positionnés le long de cette ligne, avec deux drones positionnés aux extrémités de la ligne. Lorsque la disposition D(t_j) des drones est un cercle, les drones peuvent être régulièrement positionnés sur le cercle.

Il va être décrit à présent comment, lorsqu’une nouvelle position du véhicule terrestre V est reçue par le dispositif de commande 200, ce dernier calcule une nouvelle position des drones de la flotte de drones.

Calcul de la position à atteindre par les drones de la flotte de drones à un instant courant t _j de réception d’une position courante P(t _j ) du véhicule terrestre V:

On décrit maintenant un mode de réalisation de la méthode 100 à un instant courant t_jauquel le dispositif de commande 200 reçoit une position courante P(t_j) du véhicule terrestre V. Les précédentes positions du véhicule terrestre V reçue aux instants précédents t_j-2et t_j-1, P(_j-2) et P(_j-1), sont connues et les positions correspondantes de chaque drone D_kde la flotte de drones, P_{j- 2,k}et P_j-1,ksont connues. Par exemple, la position courante P(t_j) comprend les coordonnées GPS du véhicule terrestre V à l’instant t_j.

Avantageusement, la position courante P(t_j) est convertie en une position courante locale composée de coordonnées locales Ploc(t_j). Par coordonnées locales, on entend les coordonnées dans un système de coordonnées géodésiques local.

Dans une étape S30, à partir de la position courante P(t_j), le dispositif de commande 200 calcule l’angle de rotation α(t_j) défini précédemment.

Dans certains modes de réalisation, le véhicule terrestre V peut envoyer également sa direction, de sorte que l’angle de rotation α(t_j) peut être calculé par le dispositif de commande 200 sur la base de deux directions reçues consécutivement.

Dans certains modes de réalisation, les positions locales du véhicule terrestre V sont utilisées pour calculer l’angle de rotation α(t_j), ces positions locales étant par exemple obtenues par conversion de coordonnées GPS comme à l’étape S20.

Dans une étape S40, à partir de l’angle de rotation α(t_j) déterminé à l’étape S30 et de la position relative du point de référence de la disposition D(tj) par rapport à la position courante du véhicule terrestre V, le dispositif de commande 200 calcule une position de référence courante Pref(t_j). Par exemple, comme vu précédemment, la position relative du point de référence peut être une position à 100 mètres devant la position courante P(t_j) du véhicule terrestre V.

Dans une étape S50, à partir de la position de référence à l’instant t_jPref(t_j), de la disposition D des drones et de la largeur L, le dispositif de commande 200 calcule les nouvelles positions respectives à atteindre des drones, P_j,k de la manière suivante.

Dans un premier temps, le dispositif de commande 200 calcule la nouvelle disposition D(t_j) en appliquant une rotation de l’angle α(t_j) à la disposition D(t_j-1) qui avait été calculée à l’instant t_j-1précédant l’instant courant t_j. Autrement dit, la nouvelle disposition D(tj) est la polyligne obtenue par rotation de l’angle α(t_j) de la précédente polyligne,

LaFIG. 6montre un exemple de la rotation de la polyligne D correspondant à la disposition D(t_j-1) afin d’obtenir la polyligne D’ correspondant à la disposition D(t_j), ainsi que les positions de référence correspondantes Pref(t_j-2), Pref(t_j-1) et Pref(t_j).

Dans un deuxième temps, la position à atteindre Pjk, pour un drone D_{k ,}est calculée en ajoutant un vecteur d’écart périodique à la position du sommet de la nouvelle polyligne correspondant au drone D_k.

Le vecteur d’écart est déterminé à partir d’une vitesse de vol maximale des drones, de l’altitude de vol du drone D_k, du champ angulaire β_kde l’au moins un drone D_ket d’e de la vitesse de déplacement du véhicule terrestre V.

A l’instant t_j, le véhicule terrestre V suit une direction de déplacement courante définie par le vecteur formé de la dernière position P(t_j-1) reçue et de la position courante P(t_j).

Dans un mode de réalisation, les N_dronesdrones de la flotte de drones vont décrire chacun une trajectoire sinusoïdale d’amplitude y_k(t), centrée le long de la droite (P_{j- 1,k}P_j,k). Autrement dit, le vecteur d’écart périodique a une direction perpendiculaire à la direction de déplacement courante du véhicule terrestre V.

Selon l’invention, le vecteur d’écart est déterminé par un coefficient d’amplitude γ_kd’un drone D_kdéfini par :

où représente la vitesse maximale à laquelle chacun des drones de la flotte de drones peut voler, et représente la vitesse du véhicule terrestre V à l’instant t_j.

Comme il peut être observé dans la formule du coefficient d’amplitude γ_k, celui-ci varie avec la vitesse du véhicule terrestre V, préférentiellement entre 0 et 1 et de manière décroissante en fonction de la vitesse v_xdu véhicule terrestre. En particulier lorsque le véhicule terrestre V roule à une vitesse inférieure à la vitesse maximale des drones, la flotte de drones décrit une trajectoire sinusoïdale de plus large amplitude, de sorte à couvrir une bande géographique plus large.

L’amplitude de la trajectoire sinusoïdale, perpendiculairement à la direction de déplacement de la flotte de drones, et décrite par un drone D_k, peut s’écrire :
,
avec le rayon de vue métrique du drone D_k. Le rayon de vue métrique est homogène à une distance.

Par rayon de vue, il est entendu le champ de vue métrique détecté par un dispositif d’imagerie, tel qu’une caméra, embarqué par le drone D_k. Par exemple, le rayon de vue peut être calculé selon la formule :
,
avec l’altitude de vol du drone D_ket , le champ de vue angulaire de la caméra embarquée dans le drone Dk, en degrés.

Ainsi, par construction, la période temporelle de la trajectoire sinusoïdale des drones dépend de l’altitude de vol du drone D_k.

Avantageusement, lorsque les drones suivent une telle trajectoire sinusoïdale, la couverture de la surface S par la flotte de drones est optimisée. Autrement dit, le vol des drones selon une telle trajectoire sinusoïdale permet d’optimiser la largeur effective de la zone S couverte par la flotte de drones.

Selon l’invention, l’altitude de vol de chaque drone D_kest corrigée en fonction du coefficient d’amplitude γ_kde la manière suivante :

avec N_dronesle nombre total de drones. Ainsi, par cet ajustement de l’altitude de vol des drones de la flotte de drones, la largeur de disposition L de la bande couverte par la flotte de drones est effectivement couverte par union des champs de vue des drones de la flotte de drones.

Avantageusement, les positions respectives des drones P_{j , k}sont reconverties en coordonnées globales, telles que des coordonnées GPS.

Il peut être envisagé, dans d’autres modes de réalisation, que la direction du vecteur d’écart varie périodiquement.

Dans une étape S70, le dispositif de commande 200 envoie alors une instruction aux drones de la flotte de drones les nouvelles positions de drones correspondantes P_j,k.

La suite d’étapes S30, S40, S50, S60 et S70 est répétée à chaque fois qu’une nouvelle position courante du véhicule terrestre V est reçue.

La mission se termine lorsqu’une dernière position du véhicule terrestre V est reçue par le dispositif de commande 200. Ce dernier calcule alors des dernières positions des drones. A la fin de la mission, les drones de la flotte de drones redescendent et atterrissent au sol.

Prise en compte des obstacles

Avantageusement, le procédé 100 de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone prend en compte des obstacles rencontrés par la flotte de drones lors de la mission de vol, comme illustré sur les figures 7A et 7B. Autrement dit, le procédé 100 selon l’invention permet de calculer de nouvelles positions à atteindre par les drones, dans le cas où il est détecté que la flotte de drones s’approche d’un obstacle, par l’exécution d’étapes supplémentaires S80 et S90.

Dans certains modes de réalisation, la position des obstacles est connue à l’avance. Les obstacles sont nommés obstacles connus. Par exemple, l’ensemble des positions des obstacles connus est reçu par le dispositif de commande 200 lors de l’étape S10. L’obstacle connu peut être également le périmètre extérieur P de la zone S que la flotte de drones couvre.

Avantageusement, une première étape supplémentaire S80 est déclenchée lorsqu’une condition COND est remplie à un instant nommé instant de détection t_d. Par exemple, cette condition COND peut être la détermination qu’une distance entre un drone D_ket au moins un obstacle O risque de devenir inférieure à une valeur seuil.

Par exemple, cette condition peut être qu’un drone de la flotte des drones, ou le point de référence de la disposition D(t_d), se situe à une distance inférieure à une distance minimale d’un obstacle O parmi les obstacles connus, ou inférieure à une distance minimale du périmètre de la zone S à couvrir.

Dans un autre exemple, un obstacle inattendu O peut être rencontré par la flotte de drones. Par exemple, l’un des drones peut, via sa caméra embarquée, détecter cet obstacle inattendu. Avantageusement, cette détection peut être mise en œuvre par un algorithme de détection d’objets. La condition COND remplie menant à l’exécution de l’étape S80 peut être la détection de l’obstacle inattendu O par l’un des drones de la flotte de drones.

Lors de la première étape supplémentaire S80, le dispositif de commande 200 calcule une nouvelle configuration, notée D’, de la disposition D(t_d) des drones à l’instant de détection t_dde la manière suivante.

La nouvelle configuration D’ peut résulter d’un changement de disposition des drones, d’une réduction de la largeur de disposition L, d’un changement de l’angle relatif entre la disposition D(t_d) et la direction de déplacement courante du véhicule terrestre V, ou une combinaison de ces trois cas. De cette façon, le dispositif de commande 200 peut prévoir que chacun des drones de la flotte de drones reste au moins à une distance supérieure à la valeur seuil par la modification de la disposition D(t_d).

Par exemple, lorsque la disposition de drones D(t_d) est une ligne D comprenant à ses extrémités deux drones à des positions Pa et Pb, comme illustré sur la [Fig. 7A], le dispositif de commande 200 calcule les positions extrêmes d’une nouvelle ligne D’ d’extrémités Pa’ et Pb’. Selon un exemple, la distance entre les extrémités Da’ et Db’ est réduite par rapport à la distance entre les extrémités Pa et Pb.

Par exemple, la longueur définie par les extrémités Da’ et Db’ peut être calculée comme la valeur minimale entre deux fois la distance entre la position de référence à l’instant de détection t_det l’obstacle O d’une part, et le produit d’un champ de vue métrique des drones par le nombre de drones N_drones. Le champ de vue métrique peut être prédéfini et de valeur constante. Dans un autre exemple, le champ de vue métrique peut être défini en lien avec le champ de vue angulaire prédéfini d’un des drones et avec l’altitude de vol h_kdes drones.

Puis, dans une deuxième étape supplémentaire S90, le dispositif de commande 200 calcule les nouvelles positions correspondantes de l’ensemble des drones à partir des positions Pa’ et Pb’ et de la longueur de la ligne D’.

Dans un autre exemple, lors de la première étape supplémentaire S80, lorsque la disposition des drones D(t_d) est un cercle D centré au point de référence Pref(t_d) et de diamètre L, comme illustré sur la [Fig. 7B], le dispositif de commande 200 calcule la position d’un nouveau point de référence P’ref(t_d) et d’un nouveau diamètre définissant ensemble un nouveau cercle D’.

Selon un exemple, le nouveau diamètre du nouveau cercle D’ est réduit par rapport au diamètre L. Par exemple, le nouveau diamètre peut être calculée comme la valeur minimale entre deux fois la distance entre la position de référence Pref(t_d) à l’instant de détection t_det l’obstacle O d’une part, et le produit d’un champ de vue métrique de l’au moins un drone par le nombre de drones N_dronesde la flotte de drones.

Puis, lors de la deuxième étape supplémentaire S90, le dispositif de commande 200 calcule les nouvelles positions correspondantes de l’ensemble des drones à partir du nouveau point de référence et du nouveau diamètre.

L’étape S70 est exécutée, lors de laquelle le dispositif de commande 200 transmet à chaque drone de la flotte de drones la nouvelle position calculée à la deuxième étape supplémentaire S90, vers laquelle le drone doit se diriger.

Le procédé 100 de détermination d’une position à atteindre par au moins un drone parmi une flotte de drones a été précédemment décrite dans le cas où la position du véhicule terrestre V suivi est reçue à des instants successifs par le dispositif de commande 200.

D’autres modes de réalisation de la méthode 100 sont possibles, lorsque, par exemple, le véhicule terrestre V suit une trajectoire T connue au préalable. Par exemple, la trajectoire T est une liste de positions, telle que des coordonnées GPS. Ainsi, lors de l’étape S10, le dispositif de commande 200 reçoit également la trajectoire T. Les coordonnées de la trajectoire T sont converties en coordonnées locales lors de l’étape S20. Puis, les étapes S30, S40, S50 et S60 sont exécutées en traitant l’ensemble des positions par lot, de sorte à obtenir, suite à l’étape S60, la trajectoire totale de l’au moins un drone, correspondant à la trajectoire T du véhicule terrestre.

Dans ces modes de réalisation, lors de l’étape préliminaire S10, l’ensemble de données reçu par le dispositif de commande 200 reçoit en outre un pas d’échantillonnage.

Le pas d’échantillonnage désigne l’intervalle temporel entre deux positions sur la trajectoire que le dispositif de commande 200 va calculer pour un drone de la flotte de drone et traduit le nombre de positions que le dispositif de commande 200 doit calculer, en utilisant la vitesse moyenne de déplacement v_mdu véhicule terrestre V, pour chaque trajectoire de drone parmi la flotte de drones. Par exemple, le pas d’échantillonnage est une durée en secondes. Par exemple, le pas d’échantillonnage peut être de 2 secondes. Dans un autre exemple, le pas d’échantillonnage peut être de 1/10 seconde.

Bien entendu, la présente invention ne se limite pas aux formes de réalisation décrites ci-avant à titre d’exemples ; elle s’étend à d’autres variantes. D’autres réalisations sont possibles.

En fonction du mode de réalisation choisi, certains actes, actions, évènements ou fonctions de chacune des méthodes décrites dans le présent document peuvent être effectués ou se produire selon un ordre différent de celui dans lequel ils ont été décrits, ou peuvent être ajoutés, fusionnés ou bien ne pas être effectués ou ne pas se produire, selon le cas. En outre, dans certains modes de réalisation, certains actes, actions ou évènements sont effectués ou se produisent concurremment et non pas successivement.

Bien que décrits à travers un certain nombre d’exemples de réalisation détaillés, le procédé proposé et l’équipement pour la mise en œuvre du procédé comprennent différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l’homme de l’art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l’invention, telle que définie par les revendications qui suivent. De plus, différents aspects et caractéristiques décrits ci-dessus peuvent être mis en œuvre ensemble, ou séparément, ou bien substitués les uns aux autres, et l’ensemble des différentes combinaisons et sous combinaisons des aspects et caractéristiques font partie de la portée de l’invention. En outre, il se peut que certains systèmes et équipements décrits ci-dessus n’incorporent pas la totalité des modules et fonctions décrits pour les modes de réalisation préférés.

L’invention peut trouver à s’appliquer notamment dans le domaine de la protection et la lutte contre les incendies. Elle peut s’appliquer dans tout autre domaine où un véhicule terrestre doit être suivi par une pluralité de dispositifs automatisés dans une zone géographique prédéterminée devant être couverte de manière optimale par les dispositifs automatisés.

Claims (11)

1. Procédé mis en œuvre par ordinateur (100) de détermination d’une position à atteindre (P_jk) par au moins un drone (D_k) d’une flotte de drones commandée par un dispositif de commande (200) et suivant un véhicule terrestre (V) en mouvement à une vitesse du véhicule (v_x), le dispositif de commande (200) recevant, à un instant courant (t_j), une position courante P(t_j) du véhicule terrestre (V), le procédé (100) comprenant :

   1. Détermination (S40), par un processeur du dispositif de commande (200), d’une position de référence courante P_ref(t_j) de la flotte de drones à partir de la position courante P(tj) du véhicule terrestre (V), d’un angle de rotation courant (α(tj)) du véhicule terrestre (V) et, optionnellement d’un vecteur de positionnement relatif de la flotte de drones ;
   2. Détermination (S50), par ledit processeur, de ladite position à atteindre (P_jk) par l’au moins un drone (D_k), à partir de la position de référence courante P_ref(t_j), d’une disposition des drones (D(t_j)) et d’une largeur de disposition (L) ;

   la disposition des drones (D(t_j)) étant définie par un point de référence et par une polyligne dont chacun des sommets est occupé par l’un des drones, la largeur de disposition (L) correspondant à un facteur d’échelle de la polyligne ;
   le point de référence de la disposition (D(t_j)) étant positionné à la position de référence courante ;
   l’angle de rotation de la disposition étant défini de manière relative par rapport à l’angle de rotation courant (α(t_j)) du véhicule terrestre (V) ;
   la position à atteindre (P_jk) par l’au moins un drone (D_k) étant calculée en ajoutant un vecteur d’écart périodique à une position du sommet de la polyligne correspondant audit au moins un drone.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le vecteur d’écart périodique de l’au moins un drone (D_k) est déterminé à partir d’une vitesse de vol maximale (v_max) de l’au moins un drone (D_k), de l’altitude de vol (h_k) de l’au moins un drone (D_k), du champ angulaire (β_k) de l’au moins un drone (D_k) et/ou de la vitesse du véhicule (v_x).
3. Procédé (100) selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le vecteur d’écart périodique est calculé en fonction d’un coefficient d’amplitude (γ_k) fonction de la vitesse de vol maximale (v_max) de l’au moins un drone (D_k) et de la vitesse du véhicule (v_x).
4. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu’une période temporelle du vecteur d’écart périodique est calculée en fonction de la vitesse du véhicule (v_x), de l’altitude de vol (h_k) de l’au moins un drone (D_k) et d’un champ angulaire (βk) de l’au moins un drone (D_k).
5. Procédé selon l’une des revendications précédentes, caractérisé en ce que, à l’instant t_j, le véhicule terrestre (V) se déplace selon une direction de déplacement courante, définie par exemple par un vecteur formé de la dernière position P(t_j-1) du véhicule terrestre (V) reçue et de la position courante P(t_j), et le vecteur d’écart périodique a une direction perpendiculaire à la direction de déplacement courante et une amplitude qui varie de manière sinusoïdale en fonction du temps.
6. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant à l’étape b) une détermination de l’altitude de vol (h_k) de l’au moins un drone (D_k), l’altitude (h_k) étant fonction du coefficient d’amplitude (γ_k), de la largeur de disposition (L) et /ou du champ de vue angulaire (β_k) de l’au moins un drone (D_k).
7. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel à l’instant t_j, le véhicule terrestre (V) se déplace selon une direction de déplacement courante, définie par exemple par un vecteur formé de la dernière position P(t_j-1) du véhicule terrestre (V) reçue et de la position courante P(t_j), le procédé comprenant en outre :
   - Détermination (COND), à un instant nommé instant de détection (t_d), qu’une distance entre un drone de la flotte de drones et au moins un obstacle (O) risque de devenir inférieure à une valeur seuil ;
   - (S80) Changement de la polyligne, et/ou réduction de la largeur de disposition (L), et/ou changement de l’angle relatif entre la disposition et la direction de déplacement courante, de telle sorte que chacun des drones de la flotte de drones reste au moins à une distance supérieure à ladite valeur seuil par rapport audit au moins un obstacle (O).
8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que, à l’étape S80, lorsque la largeur de disposition L est réduite, la largeur de disposition est réduite à une valeur L’ égale à la valeur minimale entre deux fois la distance entre la position de référence à l’instant de détection (t_d) et l’obstacle (O) d’une part, et le produit d’un champ de vue métrique de l’au moins un drone par le nombre de drones de la flotte de drones d’autre part.
9. Produit programme informatique comportant des instructions pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 8, lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
10. Support d’enregistrement non transitoire lisible par un ordinateur sur lequel est enregistré un programme pour la mise en œuvre du procédé selon l’une des revendications 1 à 8 lorsque ce programme est exécuté par un processeur.
11. Ensemble comprenant une flotte de drones, l’ensemble comprenant un dispositif de commande (200), le dispositif de commande (200) comprenant au moins un processeur et un support d’enregistrement selon la revendication 10.