Le cadre du projet COMETS

Le cadre applicatif du travail rapport´e dans ce manuscrit est un projet d’envergure impli- quant plusieurs partenaires acad´emiques et industriels europ´eens. Le projet COMETS vise `a d´evelopper un syst`eme pour contrˆoler en temps r´eel une flottille d’UAV h´et´erog`enes pouvant agir conjointement. Ainsi, un des objectifs de COMETS consiste `a concevoir, exp´erimenter et ´evaluer une architecture de contrˆole pour syst`emes multi-UAV. Les objectifs de d´emonstration propos´es `a l’issue des trois ann´ees d´evolues au projet concernent des applications de surveillance, de d´etection ainsi que de support op´erationnel pour les incendies de forˆet (comme la cartographie de zone avant / apr`es sinistre).

Pour des informations plus cibl´ees sur le projet COMETS, le lecteur est invit´e `a se r´ef´erer au site internet du projet : [COMETS 05].

Objectifs scientifiques

Avant de nous pencher sur les questions d’architecture que la mise en œuvre de COMETS nous a conduit `a consid´erer, il nous paraˆıt souhaitable de donner une image g´en´erale des efforts de conception, de d´eveloppement et d’int´egration requis par le projet COMETS. Ceux-ci touchent un large horizon de la robotique :

– Automatique et contrˆole : le projet COMETS a ´et´e l’occasion d’´etudier ou d’am´eliorer des lois de commande et fonctions de contrˆole pour deux types d’a´eronefs : h´elicopt`ere et ballon

II.1. Une architecture `a g´eom´etrie variable 33

dirigeable. Des lois de commandes pour un asservissement en vitesse, en cap ou en suivi de trajectoire sont les briques ´el´ementaires de l’autonomie op´erationnelle.

– Vision : une partie importante des efforts a concern´e le d´eveloppement de fonctions percep- tuelles d´edi´ees d’une part `a la reconnaissance de feu de forˆet (d´etection de foyer et de fum´ee, mod´elisation de front d’incendie. . .), et d’autre part `a la cartographie (approches SLAM, st´er´eovision monoculaire. . .).

– Architecture : c’est la colonne vert´ebrale du syst`eme. L’architecture de COMETS ras- semble les composantes suivantes :

1. Le segment sol : il s’agit des fonctions centralis´ees, rassemblant principalement des in- terfaces vers les op´erateurs du syst`eme, le support `a la planification et `a la supervision de mission, et le syst`eme d’analyse et de traitement des donn´ees perceptuelles en prove- nance des UAV.

2. Le segment a´erien : il rassemble les composants mat´eriels et logiciels embarqu´es, ainsi que les extensions logicielles non-embarqu´ees (ou “virtuellement” embarqu´ees). 3. Le segment de communication : il concerne les m´edia et les protocoles de communica-

tion entre les diff´erentes entit´es du syst`eme : ”sol ↔ sol”, ”sol ↔ a´erien” et ”a´erien ↔ a´erien”.

Une vue globale de l’architecture du syst`eme est propos´ee sur la figure II.1. Choix et contraintes d’architecture dans COMETS

COMETS vise `a int´egrer un certain nombre d’UAV au sein d’un mˆeme syst`eme. Dans son cadre applicatif, les UAV de COMETS sont extrˆemement h´et´erog`enes, `a un niveau physique (h´elicopt`eres et ballon dirigeable), et aussi `a un niveau d´ecisionnel (t´el´eop´er´es ou dot´es d’une cer- taine autonomie). Ce cadre h´et´erog`ene est apparu comme une grande ligne du projet : il ´etait en effet essentiel que l’architecture consid`ere explicitement et concilie efficacement ces diff´erences physiques, fonctionnelles et d´ecisionnelles.

Le segment sol (figure II.1) comprend un syst`eme de planification de mission (SPM), des syst`emes de monitoring et de contrˆole (SMC) qui fournissent des interfaces vers les op´erateurs humains, et un syst`eme de perception (SP) qui est en charge de traiter de fac¸on centrale les donn´ees perc¸ues individuellement par les UAV.

Si le segment sol s’apparente `a un centre de contrˆole assez conventionnel, le segment a´erien comporte des particularit´es qu’il convient de pr´eciser. Dans les parties ”UAV” du segment a´erien (figure II.1), un ensemble de fonctionnalit´es d´ecisionnelles et op´erationnelles sont r´eunies.

Cependant, certains UAV n’ont que peu de capacit´es de traitement `a bord : ceux qui sont t´el´eop´er´es par exemple. D’autres UAV peuvent avoir des capacit´es op´erationnelles, mais pas assez de moyens pour des capacit´es d´ecisionnelles. Enfin, certains des UAV peuvent embarquer l’int´egralit´e des composants op´erationnels et d´ecisionnels.

Afin de contrˆoler (en terme de prise de d´ecision) un tel syst`eme, il est souhaitable de fournir un cadre qui puisse s’adapter `a ces diff´erentes situations.

C’est dans cette optique que les composants ”EMD” (Ex´ecutif Multi Degr´es) et ”CD” (Couche D´ecisionnelle) ont ´et´e d´efinis : au mˆeme type que les autres composants, il est envisageable de les embarquer, ou bien de les laisser au sol si les capacit´es de l’UAV ne l’autorisent pas. Ils per- mettent d’unifier, de fac¸on distribu´ee, les formalismes et traitements d´ecisionnels dont le syst`eme doit ˆetre dot´e.

Système de Perception Système de Planification de missions Monitoring et Contrôle Monitoring et Contrôle Monitoring et Contrôle Couche Décisionnelle Exécutif Multi-Degrés Composants Propriétaires Embarqués Couche Décisionnelle Exécutif Multi-Degrés Composants Propriétaires Embarqués Composants Propriétaires Embarqués Exécutif Multi-Degrés

Segment Sol _{Communications}Segment de Segment Aérien

Centre de Contrôle

UAV 1

UAV 2

UAV 3

Communications entre segments, et entre sous-parties de segments Présence / intervention humaine

FIG. II.1 – Sch´ema g´en´eral de l’architecture du syst`eme COMETS

La possibilit´e de pouvoir embarquer ou pas ces composants permet de proposer une architec- ture ouverte `a de nouveaux UAV, sans contrainte ni pr´esuppos´es sur les capacit´es de traitement et l’architecture embarqu´ee des UAV.

Du point de vue du roboticien, en consid´erant des versions exp´erimentales du syst`eme, il est vraisemblablement pr´ef´erable d’embarquer autant que possible l’int´egralit´e de ces composants : c’est un gage d’autonomie et de robustesse. En pratique, les contraintes ´energ´etiques et de poids (cette derni`ere n’est g´en´eralement pas un probl`eme pour les robots terrestres) conduisent `a limiter significativement, ou tout du moins `a chercher le compromis dans ce qui doit ˆetre embarqu´e et ce qui peut ˆetre laiss´e au sol. Les fonctions d´ecisionnelles ´etant les moins exigeantes en termes de r´eactivit´e / temps r´eel, et ´egalement les plus exigeantes en terme de puissance de calcul, c’est naturellement celles-ci qui sont choisies en priorit´e pour ˆetre trait´ees au sol. Le risque encouru est de perdre la communication entre les parties embarqu´ees et les parties au sol.