Présentation du système

Comme le montre la figure 6.95 (p. 148), notre système s’articule autour d’une flotte de 5 drones autonomes ayant des capacités de communication pair à pair. Cette flotte de drones 12. L’institut Carnot Matérials and systems Institute of Bordeaux est un label accordé à certains laboratoires de l’Université de Bordeaux leur permettant d’obtenir des moyens nécessaires à la résolution de problématiques industrielles.

(a) 4 drones du premier essaim SCUAL (b) Un CB-750 issu du premier essaim SCUAL avec sa charge utile Figure 6.94 – Le premier essaim SCUAL

communicants a été construite à partir de drones quadrirotors “classiques” commercialisés par la société Fly-n-Sense. Ils disposent donc de leur station sol, améliorée par Fly-n-Sense à l’occasion de cette collaboration afin de permettre la gestion simultanée de plusieurs drones. Les applications mises en œuvre sur la plate-forme peuvent être suivies depuis le sol grâce à une station de monitoring mission.

Station de monitoring Station sol

6.2.1.1 Flotte de drones

Comme nous le verrons plus loin (sec. 6.2.2, p. 151), il y a eu plusieurs évolutions de SCUAL mais le principe est resté le même : les 5 engins de la flotte sont construits de manière à ce qu’ils soient autonomes les uns par rapport aux autres (tout en gardant des capacités de collaboration) et par rapport au sol. En effet, chaque drone possède ses propres capacités de déplacement, ses propres capacités de calcul (possibilité de prendre des décisions localement à chaque drone) ainsi que des moyens de communication pair à pairs (1 à n)13. Chaque drone dispose donc d’une charge utile intelligente (sec. 6.2.2.2, p. 153) dédiée à la gestion de la mission.

6.2.1.2 Station de contrôle sol

La station sol (Ground Control Station - GCS) fournie par la société Fly-n-Sense pour l’utilisation classique de ses drones permet à l’opérateur station sol de suivre l’évolution du drone pendant sa mission. Elle lui permet également de modifier le plan de vol initial en le faisant passer d’un bloc (i.e. un ensemble de directives à effectuer pour accomplir une tâche donnée) du plan de vol à un autre.

La station sol préexistante permettait déjà de recevoir des informations de plusieurs drones et de leur envoyer des directives. En revanche, elle n’était pas faite pour gérer efficacement deux et a fortiori cinq drones en simultané. Comme le montre la capture d’écran de la station sol présentée figure 6.96 (p. 150), celle-ci a été modifiée pour afficher parallèlement les signes vitaux (niveau de batterie, altitude, position, attitude) de chaque drone. L’opérateur station sol, dont le rôle reste de superviser le fonctionnement de chaque drone de la flotte, peut ainsi suivre l’évolution de chacun des appareils et réagir à tout événement anormal qui pourrait survenir au sein de la flotte. Des boutons d’accès rapide ont également été mis en place, lui permettant d’envoyer des ordres prédéfinis (e.g. décollage, atterrissage, début de mission, fin de mission, stop) à tout ou partie de la flotte par une seule action de sa part. Il pourra, par exemple, s’il le juge nécessaire mettre en attente (“pause”) une partie de la flotte en un seul clic pour se concentrer sur le (les) drone(s) au(x) comportement(s) défaillant(s). Il reste néanmoins capable d’agir sur n’importe quel drone individuellement, sans interférer avec les autres.

Liaison de données. Les informations de télémétrie nécessaires à la prise de décision sont redescendues à la station sol grâce à la liaison de données (liaison en noir au centre de la figure 6.95, p. 148). Les commandes de l’opérateur sont envoyées au(x) drone(s) grâce à cette même liaison. Elle existait naturellement avant la création de la flotte ; elle est réalisée grâce à des modules XBee.

Lien de sécurité. En plus de la liaison de données permettant à la station sol de communiquer avec les drones, chacun d’entre eux est suivi comme l’impose la réglementation par un pilote de sécurité (liaison en rouge figure 6.95, p. 148). Celui-ci peut reprendre le drone en main, à tout moment, grâce à une télécommande type aéromodélisme (Spektrum, 2.4GHz). Lorsque qu’il est nécessaire de déplacer un drone, le pilote utilise généralement

Figure 6.96 – Capture d’écran de la station sol

un gamepad (manette type jeux vidéo) connecté à la station sol et utilisant la liaison de données. Le lien de sécurité n’est utilisé que pour des défaillances graves.

Gestion de charge utile préexistante. Avant intégration à la flotte SCUAL, la station sol disposait parfois d’une liaison (généralement 2.4GHz) avec la charge utile se trouvant à bord des drones (e.g. caméra, nez chimique). Celle-ci n’est plus utilisée aujourd’hui, mais elle pourrait être utilisée pour des besoins spécifiques à d’autres expérimentations. On peut, par exemple, penser à une liaison distincte de la liaison de données (pour ne pas la saturer) servant à injecter des données dans la charge utile directement depuis le sol. Un autre exemple serait celui d’un système de retour vidéo haute définition (gourmand en bande passante) permettant aux opérationnels de prendre des décisions rapides (dès l’acquisition des données) grâce à des données brutes de bonne qualité. Par exemple, dans le cadre du projet Système de drone Tactique pour la lutte contre les Feux de Forêt (STaFF), un drone de la société Fly-n-Sense fournit au SDIS 40 un retour vidéo stabilisé ainsi qu’un

mosaïquage (effectué au sol à partir d’instantanés pris à intervalles réguliers) permettant aux pompiers de suivre le front de flammes lors d’un incendie. L’intérêt d’une évolution coopérative ce projet est évident, plusieurs drones se répartissent dynamiquement le long du front de flamme. L’utilisation de ce second lien de communication deviendrait alors primordiale. En effet, il n’est pas raisonnable d’utiliser le lien servant à la gestion de la coopération au sein de la flotte (bas débit) pour faire transiter les données volumineuses qu’implique cette mission.

6.2.1.3 Station de monitoring application

Cette station permet de suivre, en direct durant le déroulement d’une mission, ce qui se passe à l’intérieur de la charge utile de chacun des drones. Ces informations sont disponibles à partir du moment où le drone est mis sous tension, et jusqu’au moment où il est éteint. La version la plus simple consiste en la console (mode ligne de commande, administrateur) du système d’exploitation Linux présent dans la charge utile ; ceci est rendu disponible au sol au moyen d’une liaison XBee. Il est alors possible de suivre, du point de vue de chaque charge utile, le déroulement de la mission et éventuellement d’influer dessus en changeant certains paramètres de l’application correspondante ou en la redémarrant.

Un premier logiciel, développé en utilisant la bibliothèque ncurses et donc graphique-ment très simple (fig. 6.97a, p. 152), permettait à l’utilisateur de la station de monitoring de passer de la console d’un drone à celle d’un autre. En effet, dans un premier temps, les modules XBee de debug de la flotte étaient configurés pour émettre sur le même canal mais sur des sous-réseaux différents, ce qui permettait à la station de sélectionner le drone à “écouter”. Ainsi, l’utilisateur devait reconfigurer le module XBee (en lui envoyant manuellement une suite de commandes) de la station de monitoring pour écouter sur un sous-réseau plutôt qu’un autre. Cette opération faisait perdre de précieuses secondes lorsque l’utilisateur l’effectuait à la main. Elle a donc été automatisée dans ce premier logiciel (une touche par drone de la flotte).

Un logiciel plus évolué, avec une interface graphique plus conviviale en QT (fig. 6.97b, p. 152) permet à présent de voir ce qui se passe sur chacun des drones de la flotte simultanément. Les drones émettent maintenant tous sur le même canal et sur le même sous-réseau. À la réception que le logiciel détermine, en fonction de l’identifiant de l’émetteur du message, dans quelle fenêtre le texte reçu doit être affiché.