Les drones offrent une vue d’ensemble pour la collecte de données environnementales et de sécurité

Les drones offrent une vue d'ensemble pour la collecte de données environnementales et de sécurité

Une enquête LiDAR d’un ruisseau local collecté par l’un des drones de l’ORNL. Crédit : Andrew Duncan/ORNL, Département américain de l’énergie

Le groupe des systèmes autonomes du laboratoire national d’Oak Ridge du ministère de l’Énergie est très demandé car il intègre la télédétection dans des projets nécessitant une perspective à vol d’oiseau.

Lorsqu’il s’agit de collecter des données pour la recherche sur l’environnement et la sécurité nationale, l’équipe envoie ses drones spécialisés dans des endroits difficiles d’accès pour une personne, améliorant ainsi la quantité et la qualité des informations disponibles pour les chercheurs.

Matt Larson de l’ORNL, un associé de recherche sur les systèmes sans équipage, a apporté la technologie moderne du vol autonome à un défi de recherche vieux de plusieurs décennies : le mercure dans l’environnement.

Des chercheurs en environnement à Oak Ridge, dans le Tennessee, surveillent les niveaux de mercure dans les cours d’eau locaux depuis plusieurs décennies. Le mercure est un polluant mondial qui affecte plusieurs flux sur et à proximité de la réserve d’Oak Ridge. Il est transformé en méthylmercure, plus toxique et bioaccumulable, par des microbes aquatiques qui vivent dans le périphyton, une communauté complexe d’algues, de bactéries et de détritus qui se forme au fond des cours d’eau. Des drones sont utilisés pour cartographier la distribution et l’abondance du périphyton afin d’améliorer la compréhension de la méthylation du mercure dans les cours d’eau.

Les drones peuvent utiliser des caméras et d’autres capteurs pour collecter des informations sur la Terre, trouver des choses qu’un chercheur à pied peut ne pas voir.

“Les drones sont un excellent moyen de collecter des données de télédétection et des données géospatiales”, a déclaré Larson. “Nous pouvons utiliser des capteurs hyperspectraux, LiDAR (détection et télémétrie de la lumière) et d’autres capteurs sur le drone pour cartographier presque tout le flux, modéliser ce que nous voyons et aider les chercheurs à estimer où se trouvent les points chauds.” Les capteurs hyperspectraux sont utilisés pour détecter un large spectre de lumière dans de nombreuses bandes spectrales différentes afin de faciliter l’identification et la caractérisation des matériaux, tandis que le LiDAR utilise la lumière laser réfléchie par les surfaces pour mesurer avec précision une zone.

Pour ce projet, Larson a chargé un drone avec quatre capteurs disponibles dans le commerce. La variété des capteurs rend sa plate-forme aérienne unique, permettant de collecter différents types de données en un seul vol sans avoir à changer d’équipement.

Mais chaque capteur ajoute du poids à l’avion, ce qui réduit le temps qu’il peut rester dans les airs.

Andrew Duncan, chef du groupe des systèmes autonomes de l’ORNL, a déclaré que chaque drone a un point idéal pour équilibrer la quantité de poids qu’il peut transporter par rapport au temps qu’il peut voler. Les caméras, les ordinateurs de bord, les récepteurs GPS, le châssis du drone, les batteries et autres capteurs ajoutent chacun de la masse à la plate-forme.

Les drones offrent une vue d'ensemble pour la collecte de données environnementales et de sécurité

L’un des drones de l’ORNL présenté ici est équipé de plusieurs capteurs. Crédit : Andrew Duncan/ORNL, Département américain de l’énergie

“En ajoutant plus de poids, vous réduisez le rapport poussée / poids de l’avion et finissez par perdre du temps de vol”, a déclaré Duncan. “Nous voulons maximiser le temps de vol.” Les efforts de recherche en cours à l’ORNL, tels que les batteries à semi-conducteurs et d’autres avancées dans la durée de vie des batteries, amélioreront les performances des avions à l’avenir.

L’équipe de Duncan construit souvent des capteurs personnalisés, tels qu’une suite de capteurs pour détecter les matières radiologiques, pour aller sur des drones personnalisés. Lorsque la bonne plate-forme pour une mission donnée n’est pas disponible dans le commerce, l’équipe conçoit et construit exactement ce dont elle a besoin pour accomplir sa mission. En utilisant les capacités d’impression 3D d’ORNL, l’équipe trouve le bon matériau léger et durable pour personnaliser le châssis.

Lorsque l’équipe des systèmes autonomes est prête pour le prochain défi, elle charge une remorque de commande mobile – un investissement récent de l’ORNL – et déménage. Avec un large inventaire de véhicules aériens sans équipage, environ 80 aéronefs différents, l’équipe a besoin d’un moyen efficace pour obtenir son équipement et ses communications sur place.

“Notre remorque de systèmes sans pilote nous permet d’aller à un exercice sur le terrain, d’être entièrement autonome et de faire toute notre collecte de données”, a déclaré Duncan. La remorque dispose de postes de travail avec accès à une suite complète de communications se connectant à la fois aux satellites et aux communications cellulaires FirstNet, le réseau cellulaire prioritaire du gouvernement. Avec la capacité de générer de l’énergie, “nous pouvons faire tout notre réseautage et être autonomes”, a déclaré Duncan.

L’équipe a emmené la remorque à Chicago pour un événement de collecte de données de trois semaines. Janvier à Chicago a fourni l’environnement dont l’équipe avait besoin pour collecter des vidéos et des images par temps hivernal, et la nouvelle bande-annonce a gardé l’équipe au chaud. “Il y avait un refroidissement éolien de 10 degrés un jour”, a déclaré Duncan. “Auparavant, nous avions une camionnette et installions des tentes. Nous avons une équipe dédiée, et maintenant ils peuvent être un peu plus à l’aise lorsqu’ils volent.”

Alors que la quête d’un meilleur vol se poursuit, le groupe se tourne également vers une nouvelle frontière : l’eau.

Une nouvelle initiative est en cours pour améliorer la posture de sécurité du pays sous les vagues. Les matières radioactives sont plus vulnérables à la falsification ou au vol lorsqu’elles se déplacent d’un endroit à un autre. Actuellement, la capacité de détecter si ce matériau est déplacé illégalement sous l’eau est limitée. Larson dirige un projet utilisant des concepts de sécurité du transport terrestre pour améliorer la connaissance de la situation avec des véhicules sous-marins autonomes.

“Les installations nucléaires sont toujours situées au bord de l’eau”, a déclaré Larson. “Des capteurs sous-marins pourraient être utilisés pour augmenter la sûreté et la sécurité des voies navigables à proximité des installations nucléaires afin de détecter une fuite ou de surveiller si quelqu’un tente d’accéder à l’installation.”

Dans les airs, au sol ou sous l’eau, Duncan et son équipe sont prêts à affronter les problèmes difficiles. “Nous aimons développer une nouvelle technologie qui inclut le déploiement de workflows et d’architectures de données”, a-t-il déclaré.

Ils chargent la remorque et partent sous la pluie, la neige, le froid ou le soleil.

Fourni par le laboratoire national d’Oak Ridge

Citation: Les drones donnent une vue d’ensemble pour la collecte de données environnementales et de sécurité (15 mars 2023) récupéré le 15 mars 2023 sur https://techxplore.com/news/2023-03-drones-bird-eye-view-environmental.html

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