Donner du sens aux capteurs basés sur drone

Lorsque des drones surgissent dans une conversation informelle, l’accent est généralement mis sur le facteur «sexy». À quelle hauteur et vitesse votre drone peut-il voler? Quelle maniabilité? Quelle charge utile peut-elle gérer? À quel point est-ce PUISSANT (insérez Tim «The Tool Man» Taylor grognements de porc ici)?

Mais la vraie sauce secrète dans le ragoût de technologie de drone – le côté non sexy – se trouve dans les capteurs d’UAV. Ces petits trucs et doo-hickies attachés au fond ou aux côtés de ce drone sexy – les héros méconnus, les chevaux de bataille du secteur des drones.

Un drone sans réseau de capteurs décent n’est souvent qu’un jouet de loisir. Les drones commerciaux dépendent de capteurs tels que LIDAR, thermiques et multispectraux et d’un éventail d’autres «doo-hickies» pour inspecter les mines et les services publics, analyser les conditions des cultures, trouver les personnes disparues et recueillir des données scientifiques vitales.

Une plongée profonde dans le monde des capteurs aériens peut se retrouver dans les eaux profondes. Voici un aperçu pratique.

Capteurs passifs ou actifs

Pour mieux comprendre une vue d’ensemble des capteurs, nous devons comprendre la différence entre les capteurs actifs et passifs. Remarque: de nombreux réseaux de capteurs déploieront parfois une combinaison des deux.

Les capteurs actifs sont – bien – actifs. Ils émettent un certain type d’onde ou de rayonnement. Les exemples incluent LiDAR, radar ou sonar. En utilisant les sens humains comme analogie, un capteur actif ressemble à votre voix. Vous émettez des ondes sonores lorsque vous parlez, grognez, rotez, riez ou criez (si tout va bien pas en même temps – consultez un médecin).

Les capteurs passifs détectent les ondes ou les radiations, recevant des informations telles qu’elles sont détectées dans le monde naturel. Vos yeux et vos oreilles sont des capteurs passifs qui reçoivent de la lumière ou des ondes sonores. Les exemples incluent les capteurs infrarouges / thermiques ou les caméras spécialisées.

LiDAR

La technologie LiDAR (Light Detection and Ranging) ressemble à son radar de technologie sœur; mais, au lieu d’émettre et de libérer des ondes radio (le «r» dans le radar), il produit et mesure des impulsions laser rapides.

Le capteur est utilisé pour mesurer la distance entre lui et sa zone cible. Il le fait en calculant le temps entre la libération de l’impulsion et le moment où l’impulsion est réfléchie et reçue.

Lorsqu’elle est combinée à de puissants logiciels d’orthomosaïques ou d’analyse de données, la fonctionnalité LiDAR peut créer des images de surface numériques haute résolution, cartographier le terrain et l’altitude via la modélisation 3D. Il peut également être rassemblé et analysé dans des données de nuage de points.

Le jeu final pour la plupart des missions de drones LiDAR consiste à étudier des paysages, des sites et des terrains pour produire un nuage de points 3D. Les données reçues peuvent ensuite être analysées par des ordinateurs puissants pour produire le modèle de sortie souhaité. La collecte et l’analyse de ces données de précision sont utiles dans un certain nombre de secteurs, notamment l’exploitation minière, la construction, l’inspection des services publics et l’agriculture.

LiDAR est l’une des technologies de capteurs les plus précises; mais avec précision a un prix – les systèmes haut de gamme peuvent coûter entre 50 000 $ et 100 000 $. En conséquence, la plupart des utilisateurs trouvent plus rentable d’embaucher un entrepreneur de services de drones. De plus, de nombreuses sociétés de drones, comme DJI, vendent des drones avec des capteurs LiDAR pré-installés.

En tant que l’un des réseaux de capteurs les plus populaires et les plus précis, LiDAR est une grande entreprise. Un récent rapport de Mordor Intelligence note:

«En 2019, le marché des drones LiDAR était évalué à 38,16 millions de dollars et devrait atteindre une valeur de 229,55 millions de dollars en 2025, enregistrant une [compound annual growth rate] de 34,88% sur la période de prévision, 2020-2025. Le marché des drones LiDAR connaît une croissance significative au cours de la période de prévision, en raison de l’utilisation croissante des drones dans divers secteurs verticaux des utilisateurs finaux, tels que l’aérospatiale et la défense, l’agriculture et la foresterie, la gestion des ressources naturelles, l’exploitation minière et l’exploration pétrolière et gazière, entre autres. autres. »

Les principaux fournisseurs de solutions LiDAR incluent Phoenix Lidar Systems, LidarUSA, Riegl Laser Measurement Systems, DraganFly UAS, Xena OnyxScan Advanced Lidar Systems, LidarUSA et Leddartech.

Les plates-formes LiDAR nécessitent trois composants en plus du laser:

Les scanners et l’optique déterminent la vitesse à laquelle les images peuvent être numérisées et développées dans un système d’analyse, ainsi que la résolution et la plage de l’image. Les méthodes de balayage comprennent des miroirs plans oscillants doubles, des miroirs polygonaux, un scanner à deux axes et un azimut et élévation.

Le photodétecteur enregistre et «lit» les signaux renvoyés; il existe deux types – détecteurs à semi-conducteurs et photomultiplicateurs.

Les systèmes LiDAR aériens ou mobiles nécessitent également un combo GPS et unité de mesure d’inertie pour fournir des relevés géographiques et positionnels précis.

Pour approfondir la technologie LiDAR, consultez cette classe en ligne gratuite offerte par la NOAA.

Thermique

Comme son nom l’indique, les capteurs thermiques mesurent les températures de surface. Chaque objet sur terre (sauf un objet au zéro absolu) dégage une signature thermique. Les capteurs thermiques capturent cette signature et partagent les signaux avec un analyseur pour fournir des données vitales à travers le spectre.

balayage thermique à domicile

Contrôle de l’isolation thermique d’une maison avec un drone.

En grande partie dans la façon dont le cerveau et les yeux travaillent ensemble pour produire une impression de couleur, les capteurs thermiques – un capteur passif – rassemblent et envoient des données au «cerveau matériel» de la matrice qui peuvent exprimer des modèles de couleurs visibles pour l’évaluation humaine.

La plupart des drones utilisent une combinaison d’une caméra infrarouge spéciale couplée au réseau de capteurs thermiques. Les capteurs thermiques sont largement utilisés dans l’arène d’inspection des drones.

Les utilisations comprennent:

  • Déterminer la santé des cultures sur des centaines d’acres en mesurant les changements de température ambiante d’une culture à l’autre;
  • Identifier l’équipement en surchauffe;
  • Fournir des inspections de construction détaillées pour la souscription d’assurance;
  • Évaluer l’ampleur des incendies incontrôlés (ainsi que l’évaluation des dommages);
  • Découvrir les inefficacités énergétiques;
  • Trouver des personnes perdues – des randonneurs blessés, des enfants disparus ou des personnes âgées – sans parler des suspects en fuite.

En 2016, un drone thermique a sauvé la vie d’un homme. À l’aide d’un drone SkyRanger équipé de capteurs thermiques, la Police provinciale de l’Ontario a trouvé un patient atteint de démence qui avait disparu la nuit dans une zone rurale boisée. Moins d’une heure après son déploiement, le capteur a détecté la signature thermique de l’homme. Les sauveteurs ont facilement localisé l’homme dans un champ de maïs et l’ont traité avec succès pour une légère hypothermie.

Consultez notre récent article de blog pour en savoir plus sur les débuts de l’imagerie thermique.

Multispectral

Tout comme la rétine humaine, les capteurs standard «perçoivent» la lumière dans trois longueurs d’onde – rouge, verte et bleue. Les capteurs multispectraux (comme son nom l’indique) détecte et recueille à partir du spectre RVB et des longueurs d’onde invisibles à l’œil humain, tels que le rayonnement infrarouge proche (NIR) et le rayonnement infrarouge à ondes courtes. Rappelez-vous la vision du monstre dans le film Predator (pas Arnold)? Vous l’avez maintenant.

Une fois qu’un capteur multispectral capture les données, elles peuvent être comparées à d’autres températures de base proches au sol. À partir de là, les analyseurs de données peuvent produire des cartes orthomosaïques qui peuvent être utilisées pour prendre des décisions éclairées sur la santé des cultures, le couvert arboré, l’efficacité des panneaux solaires, les points problématiques des oléoducs et des gazoducs, etc. Les capteurs peuvent également identifier les inefficacités énergétiques des toits et autres composants structurels. tels que des tours ou des ponts.

Comme avantage supplémentaire, un capteur multispectral peut être «réglé» pour répondre aux paramètres de mission spécifiques d’un utilisateur.

Hyperspectral

Les capteurs multispectraux fonctionnent bien dans un nombre limité de bandes d’énergie. Lorsqu’une précision «sur les stéroïdes» est requise – comme dans la viticulture, les études minérales et les études chimiques détaillées du terrain – les capteurs hyperspectraux peuvent fournir entre 100 et 200 bandes spectrales de données par pixel.

Un exemple idéal serait la foresterie. Les bandes multispectrales peuvent distinguer les arbres des buissons. Hyperspectral peut identifier des espèces d’arbres exactes. La capture de telles quantités de détails signifie également que les données hyperspectrales sont mesurées en téraoctets plutôt qu’en gigaoctets.

«Les capteurs hyperspectraux sont comme un scalpel qui vous permet de disséquer exactement ce qui se passe dans des bandes très étroites de contenu spectral», explique Jason San Souci, expert en télédétection de PrecisionHawk. «Les capteurs multispectraux sont une large épée qui recueille des données spectrales moins intensives.»

Les analyses hyperspectrales déploient deux méthodes: le balai-poussoir et le balai-fouet.

Le balayage à balai est plus complet en ce qu’il capture un ensemble complet de données spectrales en même temps que le drone vole dans un mouvement vers l’avant. Une ligne de capteurs scanne dans une direction perpendiculaire au cap du drone. En conséquence, un réseau de balais-poussoirs peut détecter la zone cible sur une période de temps plus longue, ce qui permet un ensemble de données plus dense.

La méthode du balai fouet utilise un miroir pour balayer un chemin spécifique de telle sorte que la lumière est envoyée à un détecteur. Les données peuvent ensuite être collectées par pixel.

Un autre avantage du balayage hyperspectral est sa capacité à créer un «hypercube» tridimensionnel. Alors que les dimensions normales (x / y, haut et bas) sont rendues, le modèle de cube ajoute une troisième dimension qui détaille les données spectrales. En substance, l’utilisateur se retrouve avec une tranche cubique de la surface au sol à examiner en détail.

Sentir un monde meilleur

La technologie des capteurs et des drones est vraiment la tasse de beurre d’arachide Reese de la confiserie aérienne. La combinaison des deux a révolutionné l’analyse des données à distance. De meilleures données signifient des cultures plus nutritives et à plus haut rendement; efficacité énergétique accrue, plus de vies sauvées grâce à des opérations de recherche et sauvetage précises et des pratiques de gestion forestière plus productives. En bref, la technologie des capteurs basée sur drone rend le monde meilleur.

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A propos de l’auteur

Jason Reagan

Jason Reagan est un journaliste technologique et créateur de marketing de contenu. Depuis 2014, Jason couvre l’industrie des drones commerciaux. Débutant sa carrière de journaliste en 1996, Jason a depuis écrit et édité des milliers d’articles d’actualité, de blogues, de communiqués de presse et de contenu en ligne.

TWITTER: @JasonPReagan | COURRIEL: jasonpreagan@outlook.com

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