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FR3061299B1 - Dispositif adapte a etre embarque a bord d'un vehicule pour de la cartographie thermique et systeme de gestion de risque hivernal d'etat de route integrant le dispositif - Google Patents

Dispositif adapte a etre embarque a bord d'un vehicule pour de la cartographie thermique et systeme de gestion de risque hivernal d'etat de route integrant le dispositif Download PDF

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Abstract

Dispositif de relevé de données thermiques appelé cartographie thermique de zone d'intérêt, configuré pour être embarqué sur ou dans un véhicule en mouvement et pour communiquer avec un environnement extérieur comprenant : - des moyens de détection de rayonnement IR (200) configurés pour fournir des données image de la luminance IR et/ou de la température de la zone thermique d'intérêt (Zi); - des moyens d'acquisition de données de positionnement (310) ; - des moyens d'acquisition de données météorologiques (320) (température de l'air, ...) ; - des moyens d'émission/réception (500) configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur (700) ; - un système électronique configuré pour : ○ recevoir lesdites données de positionnement et lesdites données météorologiques ; ○ recevoir lesdites données fournies pas les moyens de détection ; ○ transmettre l'ensemble desdites données aux moyens d'émission/réception ; L'invention a aussi pour objet un système comprenant un dispositif de cartographie thermique selon l'invention, et un serveur et des moyens pour générer des cartes de risque, par exemple de risque hivernal d'état de route à partir des calculs de corrélation.

Description

Dispositif adapté à être embarqué à bord d’un véhicule pour de la cartographie thermique et système de gestion de risque hivernal d’état de route intégrant le dispositif
Le domaine de l’invention concerne le relevé de données thermiques appelé cartographie thermique, de zones d’intérêt pouvant être de manière non limitative des surfaces extérieures de type route à saler ou à sabler contre le gel, des bâtiments, des ouvrages de génie civil, des îlots de chaleur en zone urbaine,...
Notamment mais de manière non limitative, dans les dispositifs d’estimation du risque hivernal, il peut être intéressant de réaliser de la cartographie thermique de chaussée de manière à localiser avec précision des zones plus ou moins froides afin d’optimiser des opérations de salage ou de sablage.
On peut ainsi optimiser les quantités nécessaires en sel ou en sable à de telles opérations en fonction des lieux précis présentant des températures plus ou moins élevées. En identifiant localement des zones plus ou moins froides de chaussées et en croisant avec des prévisions météorologiques, on affine la prédiction des quantités nécessaires aux opérations.
De plus, le salage des routes modifie l’écologie de sols, car après le dégel, le ruissellement de l’eau salée jusque dans les cours d’eau contamine les nappes phréatiques, II est donc particulièrement intéressant de limiter les quantités superflues de sel. II a déjà été proposé d’enregistrer des informations d’état thermique d’une route, afin de déclencher ultérieurement une opération de salage ou de sablage adéquate, depuis un véhicule dans lequel un opérateur peut recueillir ces données grâce à une caméra embarquée. Puis de manière différée, un opérateur peut alors traiter lesdites informations recueillies.
La figure 1 illustre un tel dispositif. Une caméra 20 est montée à l’extérieur d’un véhicule 10 de manière à enregistrer des relevés de la température d’une zone d’intérêt Zi au niveau d’une route 30, ces relevés étant enregistrés dans une unité centrale UC. Ces informations peuvent également être corrélées à des informations de positionnement. Dans un second temps, un opérateur traite ces informations pour organiser des instructions de salage ou de sablage.
La caméra IR, dont le champ de vision est représenté, recueille le rayonnement global issu de la zone Zi comprenant le rayonnement propre de la zone d’intérêt, le rayonnement réfléchi, le rayonnement provenant de l’environnement et le rayonnement atmosphérique.
Dans ce contexte, le Demandeur propose un dispositif autonome ne nécessitant plus nécessairement la présence d’un opérateur et permettant un traitement en temps réel de l’information.
Plus précisément la présente invention a pour objet un dispositif de cartographie thermique de zone thermique d’intérêt, configuré pour être embarqué sur ou dans un véhicule en mouvement et pour communiquer avec un environnement extérieur, comprenant : - des moyens de détection de rayonnement IR configurés pour fournir des données image de la luminance IR et/ou de la température de la zone thermique d’intérêt ; - des moyens d’acquisition de données de positionnement ; - des moyens d’acquisition de données météorologiques (température de l’air, ...) ; - des moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur ; - un système électronique configuré pour : o recevoir lesdites données de positionnement et les données météorologiques ; o recevoir lesdites données fournies pas les moyens de détection ; o transmettre l’ensemble desdites données aux moyens d’émission/réception.
Dans la présente invention on définit un dispositif de cartographie thermique comme un dispositif de relevé de données thermiques.
La transmission desdites données peut aussi être désignée par une opération de téléversement consistant à transmettre des données ou des programmes stockés dans un ordinateur local vers un ordinateur distant à travers un réseau.
Avantageusement le système électronique comporte un ordinateur et des moyens périphériques d’acquisition desdites données de positionnement et desdites données météorologiques.
Le système électronique peut également comporter des moyens d’enregistrement local des données.
Selon des variantes de l’invention, les moyens périphériques d’acquisition comprennent un programme pour formater lesdites données en trame et les envoyer sur un port de communication numérique.
Dans la présente demande on définit par trame : les données encodées sous un format texte.
Selon des variantes de l’invention, le système électronique comporte des moyens de stockage non volatiles pour transmettre des données de manière différée par rapport à l’acquisition, aux moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur.
Selon des variantes de l’invention, les moyens d’émission/réception configurés pour téléverser des données numériques vers un serveur comprennent un module configuré pour transmettre des paquets de données, pouvant être un module GPRS.
Selon des variantes de l’invention, les moyens de détection de rayonnement IR comprennent un détecteur matriciel.
Selon des variantes de l’invention, les moyens de détection de rayonnement IR comprennent une caméra IR.
Selon des variantes de l’invention, les moyens de détection de rayonnement IR comprennent un pyromètre.
Selon des variantes de l’invention, les moyens de détection de rayonnement IR comprennent un radiomètre.
Selon des variantes de l’invention, les moyens d’acquisition de données de positionnement comprennent un module GPS.
Selon des variantes de l’invention, les moyens d’acquisition de données météorologiques comprennent une sonde de température.
Selon des variantes de l’invention, les moyens d’acquisition de données météorologiques comprennent un capteur d’humidité.
Selon des variantes de l’invention, le dispositif comprend des moyens de transmission filaire pouvant être de type USB pour transmettre lesdites données de positionnement et lesdites données météorologiques, aux moyens périphériques d’acquisition.
Selon des variantes de l’invention, le dispositif comporte des moyens de transmission pouvant être de type Ethernet, desdites données image de la luminance IR et/ou de la température de la zone thermique d’intérêt au système électronique.
Selon des variantes de l’invention, le dispositif comporte des moyens de transmission filaire entre le système électronique et les moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur. L’invention a aussi pour objet l’utilisation d’un dispositif de cartographie thermique selon l’invention, embarqué à bord d’un véhicule terrestre ou embarqué à bord d’un drone ou d’un aéronef. L’invention a encore pour objet un système comprenant un dispositif de cartographie thermique selon l’invention, et un serveur, ledit système comportant : - des moyens de stockage desdites données transmises par lesdits moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur ; - des moyens de traitement effectuant des calculs de corrélation entre lesdites données transmises et des prévisions météorologiques ; - des moyens pour générer des cartes de risque à partir des calculs de corrélation.
Selon des variantes de l’invention, le système comprend une base de données auxiliaires pouvant comprendre des prévisions météorologiques.
Selon des variantes de l’invention, les moyens de traitement dudit système sont intégrés audit serveur.
Selon des variantes de l’invention, ledit système comprend - un ordinateur secondaire dédié auxdits moyens de traitement ; - des moyens de transmission vers ledit ordinateur secondaire, desdites données transmises depuis ledit dispositif selon l’invention. L’invention a encore pour objet l’utilisation dudit système selon l’invention, pour déterminer des risques hivernaux d’état de route. L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : - la figure 1 illustre un dispositif de cartographie de route embarqué dans un véhicule terrestre selon l’art connu ; - la figure 2 illustre un exemple de dispositif selon l’invention ; - la figure 3 illustre un diagramme fonctionnel explicitant le fonctionnement d’un dispositif selon l’invention ; - la figure 4 illustre un exemple de véhicule terrestre équipé d’un dispositif autonome de cartographie selon l’invention ; - la figure 5 illustre un système d’élaboration de cartes de risque hivernal selon l’invention.
Le dispositif de cartographie de l’invention comprend une combinaison originale de moyens qui permet d’élaborer un dispositif autonome particulièrement adapté pour réaliser notamment en temps réel des cartes de risque d’état de route par exemple des cartes de risque de gel permettant d’adapter des mesures préventives.
Exemple de dispositif selon l’invention :
Le dispositif de l’invention comprend selon cet exemple et comme illustré en figure 2 : - des moyens de détection de rayonnement IR 200 configurés pour fournir des données image de la luminance IR et/ou de la température de la zone thermique d’intérêt, pouvant typiquement être une caméra IR ; - des moyens d’acquisition de données de positionnement 310 comportant un capteur de positionnement, pouvant typiquement être un module de géolocalisation GPS pour « Global Positioning System » (GPS) (Système mondial de Géopositionnement par satellite), reposant sur l'exploitation de signaux radio émis par des satellites dédiés ; - des moyens d’acquisition de données météorologiques 320 pouvant typiquement comprendre une sonde de température par exemple de type PT100 ; - un système électronique comprenant une nano-ordinateur par exemple une carte Raspberry Pi 100 et des moyens périphériques d’acquisition de données 400 comprenant un programme pour formater les données en trame, pouvant être une carte d'acquisition (par exemple Arduino) chargée de rassembler les données acquises puis de les formater en une trame formatée sous une forme ASCII pouvant être écrite sur son port de communication numérique ; - des moyens d’émission/réception 500 sans fil (configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur) pouvant comporter un module GPRS pour « General Packet Radio Service » correspondant à un protocole réseau et permettant la transmission de données par paquets (les ressources peuvent être allouées lorsque des données sont échangées) ; - des moyens de mémoire numérique 600 pouvant comprendre une disque SSD, pour « solid-state drive » permettant le stockage de données sur de la mémoire flash.
Le déroulement des opérations mises en œuvre au sein du dispositif de l’invention et communicant avec un serveur à distance sont décrites ci-après.
Les différents capteurs 310 et 320 nécessaires à la mesure sont connectés à un système d’acquisition 400 à travers les étages d'amplification analogique.
Un câble de communication relie un port du système 400 à celui d'un ordinateur 100 de type nano-ordinateur (par exemple un Raspberry Pi 3).
Sur ce nano-ordinateur est exécuté un programme dit « principal » qui a pour fonction : - de traiter les acquisitions de la caméra infrarouge 200 ; - de lire les données de positionnement et les données météorologiques reçues sur son port de communication numérique ; - puis de mettre en forme les informations essentielles de température et données environnementales dans le but de les transmettre à un serveur distant 700 par une liaison sans fil.
Ce programme principal peut également avantageusement proposer également un mode graphique où l'utilisateur peut interagir avec le programme afin de définir les « Régions Of Interest >> qu'il souhaite. L’ordinateur 100 Raspberry Pi est connecté à un module GPRS 500 (exploitant la technologie « 2g »), lui même équipé d'une carte SIM multi-opérateur. A l'initialisation, le programme ouvre une connexion FTP pour « File Transfer Protocol » (protocole de transfert de fichier) correspondant à un protocole de communication destiné au partage de fichiers sur un réseau. Il permet, depuis un ordinateur, de copier des fichiers vers un autre ordinateur du réseau, ou encore de supprimer ou de modifier des fichiers sur cet ordinateur. La connexion est ouverte avec un espace de stockage distant, et à chaque acquisition, il transmet sous forme binaire les octets correspondants aux données essentielles désirées par l’utilisateur. L'ouverture de la connexion FTP correspond à l'ouverture (ou à la création s'il n'existe pas) d'un fichier situé sur le serveur distant 700.
Chaque nouvelle transmission est une écriture à la suite de ce fichier des données binaires.
Un fichier de configuration situé dans le même dossier sur le serveur donne la forme et le type de chaque donnée attendue.
Un script écrit en langage php est exécuté à intervalle de temps régulier sur le serveur et a pour fonction de vérifier l'état du fichier de données.
Si ce fichier n’est plus en cours d'écriture, c'est-à-dire si sa taille n’augmente pas dans un intervalle de temps d’environ 10 secondes, alors ce fichier est considéré déconnecté du dispositif, et son contenu est entièrement transféré dans une base de données préalablement construite par l'utilisateur.
Le fichier est ensuite vidé, puis est de nouveau accessible en écriture par le programme principal.
Un exemple de protocole de mesure est donné ci-après :
Initialisation du dispositif de cartographie thermique :
On initialise les émetteurs-récepteurs GPS et GPRS : attente d'un signal satellitaire valide.
On initialise si nécessaire la visée de la caméra : une interface graphique permet de définir des ROIs (Régions Of Interest : « zone d'intérêt »), c'est à dire les pixels dont les valeurs correspondantes seront utiles à la mesure : certaines parties de la route, la chaussée, le ciel, etc...
Dispositif de cartographie thermique en cours de fonctionnement :
Le dispositif Dir réalise les mesures selon le diagramme fonctionnel fourni en figure 3.
On acquiert la nouvelle position du dispositif, puis le rayonnement reçu par la caméra, ainsi que les données environnementales, dont la température de l'air. Ces trois acquisitions (réalisées grâce aux moyens 310, 200, 320) peuvent être effectuées simultanément ou séquentiellement, sans contrainte d'ordre. La simultanéité de deux mesures correspond ici à une acquisition dans l'intervalle de temps séparant deux transmissions (ou téléversements) ou stockage (moyens 600).
Suivant la disponibilité de la connexion de l'émetteur-récepteur GPRS au satellite, le programme effectue un téléversement immédiat des dernières données acquises (en cas de bonne connexion), sinon, il enregistre les données en mémoire. Ce dernier cas correspond à un téléversement différé puisque les données stockées en mémoire sont téléversées dès que le signal satellitaire est de nouveau acceptable.
Au niveau du serveur distant 700 :
Il peut s’agir d’un Espace de stockage sur un domaine.
Le serveur distant reçoit régulièrement les données acquises par le dispositif et les enregistre dans une base de données (BDD) 702 grâce à un programme fonctionnant sur celui-ci.
Lorsque l'utilisateur souhaite générer une nouvelle carte de risque, il utilise un programme dédié 701 conjointement à des données annexes, telles que les prévisions météorologiques de Météo France.
Le programme (il peut typiquement s’agir d’un programme Matlab ou C ou Fortran : utilisant des traitements tels que : PCA* et/ou PLS**) peut soit fonctionner directement sur le serveur distant, dans ce cas les cartes de risque sont téléchargées à l'issue du calcul, soit fonctionner sur un poste secondaire, qui impose dans ce cas un téléchargement préalable des données pertinentes 703 pour le calcul, (pouvant également le cas échéant être stockées dans la BDD), en plus des données annexes. L’utilisateur dispose ainsi en temps réel d’informations, pour un lieu donné repérable visuellement et géolocalisé, de données de cartographie thermique et donc d’informations thermiques de route notamment.
Ces informations corrélées à des prévisions météorologiques permettent d’affiner en temps réel les besoins ponctuels de salage ou de sablage par exemple en période hivernale.
Un véhicule sans opérateur destiné à recueillir les données, pouvant être collectées et transmises de manière autonome est illustré en figure 4 et montre un dispositif embarqué dans un boîtier 2000 positionné sur le toit du véhicule 1000.
En effet, l’appareil de mesure comportant une caméra 200 (pour viser une zone d’intérêt Zi) et une unité centrale UC (intégrant les fonctions nécessaires dont des moyens GPRS avec une antenne et des moyens GPS avec une antenne) peut être placé idéalement sur le toit du véhicule de manière à viser la chaussée ainsi que les régions d’intérêt pour l’évaluation de l’environnement thermique (bâtiments environnant, portion du ciel, etc...). L’appareil pourra viser la chaussée vers l’avant du véhicule dans le sens de la marche soit à l’arrière du véhicule dans le sens contraire au sens de la marche.
Les sondes annexes (température, humidité,...) sont placées de manière à ne pas subir l’influence du véhicule ou de toutes sources de chaleur parasites susceptibles de perturber la mesure. Ces sondes peuvent être solidaires du boîtier principal.
Le boîtier incorpore le dispositif de l’invention avec avantageusement, une ou deux fenêtres transparentes aux IR, et étant configuré pour recueillir les données utiles et les téléverser en direction d’un serveur.
Le système d’élaboration de cartes de risque peut être schématisé comme représenté en figure 5. L’ensemble des données téléversées Fdir depuis le véhicule comportant une caméra 200 et une unité centrale UC positionnées dans un boîtier est traité par des moyens de traitement 3000 par corrélation avec un ensemble de données de prévisions météorologiques FMeteo issues de données météorologiques 703, pour fournir une carte de risque 4000 indiquant les zones géolocalisées présentant des risques (gel par exemple).

Claims (6)

  1. REVENDICATIONS
    1. Boîtier comprenant un dispositif de cartographie thermique de zone thermique d’intérêt, configuré pour être embarqué sur ou dans un véhicule en mouvement et pour communiquer avec un environnement extérieur comprenant : - des moyens de détection de rayonnement IR (200) configurés pour fournir des données image de la luminance IR et/ou de la température de la zone thermique d’intérêt (Zi); - des moyens d’acquisition de données de positionnement (310) ; * des moyens d’acquisition de données météorologiques (320) (température de l’air,...) ; - des moyens d’émission/réception (500) configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur (700) ; - un système électronique configuré pour : a recevoir lesdites données de positionnement et tes données météorologiques ; o recevoir lesdites données fournies pas les moyens de détection ; o transmettre l’ensemble desdites données aux moyens d’émission/réception.
  2. 2. Boîtier selon la revendication 1, caractérisé en ce que te système électronique comporte un ordinateur (100), et des moyens périphériques d’acquisition (400) des données de positionnement et des données météorologiques. 3. Boîtier selon la revendication 2, dans lequel tes moyens périphériques d’acquisition (400) des données de positionnement et des données météorologiques comprennent un programme pour formater les données en trame et les Inscrire sur un port de communication numérique. 4. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le système électronique comporte des moyens de stockage non volatile (600) pour transmettre des données de manière différée par rapport à l’acquisition, aux moyens d’émission/réception configurés pour téléverser des données numériques vers un serveur.
  3. 5. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur comprennent un module configuré pour transmettre des paquets de données, pouvant être un module GPRS. 6. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que tes moyens de détection de rayonnement IR comprennent un détecteur matriciel. 7. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que tes moyens de détection de rayonnement IR comprennent une caméra IR. 8. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que tes moyens de détection de rayonnement IR comprennent un pyromètre. 9. Boîtier selon l'un® des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les moyens de détection de rayonnement IR comprennent un radiomètre. 10. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que tes moyens d’acquisition de données de positionnement comprennent un module GPS. 11. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens d'acquisition de données météorologiques comprennent une sonde de température. 12. Boîtier selon l’une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que les moyens d’acquisition de données météorologiques comprennent un capteur d'humidité. 13. Utilisation d’un boîtier selon l’une des revendications 1 à 12, embarqué à bord d’un véhicule terrestre.
  4. 14. Utilisation d’un boîtier selon l’une des revendications 1 à 12, embarqué à bord d’un drone ou d'un aéronef. 15. Système comprenant un boîtier selon l’une des revendications 1 à 12, et un serveur, ledit système comportant : - des moyens de stockage desdites données transmises par lesdits moyens d’émission/réception configurés pour transmettre des données numériques vers un serveur ; - des moyens de traitement effectuant des calculs de corrélation entre lesdites données transmises et des prévisions météorologiques ; - des moyens pour générer des cartes de risque (4000) à partir des calculs de corrélation.
  5. 16. Système selon la revendication 15, dans lequel le système comprend une base de données auxiliaires pouvant comprendre des prévisions météorologiques. 17. Système selon la revendication 16, dans lequel les moyens de traitement sont intégrés audit serveur. 18. Système selon la revendication 16, comprenant : - un ordinateur secondaire dédié auxdits moyens de traitement ; - des moyens de transmission vers ledit ordinateur secondaire, desdites données transmises depuis ledit dispositif selon l’une des revendications 1 à 12.
  6. 19. Utilisation d’un système selon l’une des revendications 15 à 18, pour déterminer des risques hivernaux d’état de route.
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CN203480060U (zh) * 2013-09-02 2014-03-12 中国科学院寒区旱区环境与工程研究所 一种背负式移动气象站

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