Date de début de projet: mars 2016

Porteurs du projet: Romain Courault (romain.courault@gmail.com) Marianne Cohen (marianne.cohen@paris-sorbonne.fr) Alain Rabaute (alain.rabaute@upmc.fr) Phillipe Agard (philippe.agard@upmc.fr)

Suivi par:

(Etudiants, Julia COSTA DE SOUSA, Elodie RAPIN, Giulia SARDANO, Juliette GROSSET, Thibault LEMAITRE, Thomas LAVILLE, Aurélie CHASSIN, Samantha LAUNAY, Elena DIMEDIO, Déborah HARLET, Thomas KABANI, Léo PETIT, Rachel VAUTRIN, Hugo POTIER, Tiphaine LARVET, Sarah MICCOLI, Maurice GROSBUCH, Flora ESPEJEL, Dylan BARRERE)

L'objectif est de monter un drone peu coûteux intégrant un GPS, une caméra dans le domaine visible et un capteur infrarouge. L'objectif final est d'obtenir des images multispectrales géoréférencées (un canal bleu, vert, rouge, un ou plusieurs canaux infrarouges) des formations végétales et autres surfaces préalablement caractérisées à des échelles géographiques plus grossières (imagerie MODIS, imagerie Landsat). Comme pour les images satellites, les prises de vues aériennes issues de ce drone devraient pouvoir être exploitables avec un logiciel SIG (=image raster + références géographiques).

• *1- Choix et acquisition du matériel 2- Montage de la caméra IR sur micro-PC 3- Premières images IR géoréférencées 4- Implémentation du capteur IR sur un drone grand-public (création d'une attache) 5- Premiers vols de drone + exploitation images RGB 6- Décomposer les images IR/RGB sortantes en canaux distincts 7- Calibration expérimentale des images sur des végétaux 8- Le faire voler sur les sommets lapons ! Plus facile à dire qu'à faire donc. L'étape 1 est presque terminée. Compétences visées a priori/mots-clé: - Electronique - Programmation informatique - Aéronautique - Traitement du signal - Interactions lumière/végétation - Biologie végétale - Gestion multiscalaire de l'information géographique ==== VirtuaLab : Machines et matérial nécessaires ==== (à compléter, au fur et à mesure

de l'avancement du projet) - Ordinateurs - Imprimante 3D (pour l'attache entre drone et capteur IR) - Caméras, appareils photos, Go Pro - Instruments de mesures (9 pH-mètres, 9 hygromètres, 1 spectromètre…) - Batteries externes pour recharger celles des drones sur le terrain - Matériel de prise de vue alternatif (perche + caméra-Raspberry?) pour les parcelles du premier niveau dans lesquelles les troncs d'arbre pourraient rendre difficile l'utilisation d'un drone en dessous de la canopée. Pourrait aussi s'avérer utile en cas de dysfonctionnement d'un des drones. ==== VirtuaLab : Nature des données à collecter et Organisation sur le terrain ==== Nature des données collectées - Définir les résolutions spatiale et spectrale des images - Conversion scalaire des images Landsat, Modis et celles des drones - Relevés de végétation sur différents lieux, à différente expositions : Hugo propose la mise en place de fiches végétation qui permettraient à tout le monde de pouvoir reconnaître au moins les grandes familles végétales en présence. Il s'agira aussi de déterminer la densité de ces différentes familles. - Relevés des propriétés physiques : 9x(pH, hygromètrie…) car il y aura 3 équipes de terrain Suggestion d’organisation sur le terrain en 3 équipes de 10 structurées ainsi : - 3 personnes en relevés floristiques - 3 personnes en relevés édaphiques - 3 personnes pour le pilotage des drones et la collecte de données liée - 1 personne assurant la coordination des 3 domaines pré-cités 26 Mai 2016 : Élaboration des cartes géologiques Les cartes ont été réalisé à l'aide du générateur de carte du site des études géologiques de Suède (SGU): http://www.sgu.se/en/products/maps/map-generator/ 5 cartes ont été réalisés, toutes dans la région du parc national d'Abisko: * 2 cartes du socle, à l'échelle 1:250.000, plus ou moins “zoomé” sur la région. bedrock1_250000_a1.pdfbedrock1_250000_a4.pdf * 2 cartes des dépôts quaternaires, à l'échelle 1:250.000, plus ou moins “zoomé” sur la région.quat1_250000_a1.pdfquat1_250000_a4.pdf * 1 carte de la distance au socle, à l'échelle 1:50.000. depth_bedrock.pdf Nous avons généré les cartes qui nous paraissait digne d’intérêt, mais de nombreuses autres cartes peuvent cependant être réalisées. ==== VirtuaLab : Stages L3 et Fête des Sciences ==== Stages de L3 pour les Géosciences avec éventuelle utilisation des données traitées en L3 par les géographes dans le cadre des UE de Géomatique et des Domaines Bioclimatiques avec Mme Cohen Etudiants de l'UPMC : Il est important de réfléchir à votre stage de L3. Ce projet s'articule autour de la thèse de Romain, mais constitue aussi une belle opportunité de porter un travail qui vous tiendrait à coeur. La nature des données récoltées sur le terrain ainsi que la structure de l'exposition seront tributaire de cette réflexion. Plus tôt les idées viendront, mieux nous pourrons en étudier la faisabilité et la cohérence avec l’ensemble qui sera présenté en 2017. Je ne sais pas encore dans quelle mesure nous pourrons diverger de l’approche initiale, mais il ne semble pas exclu, d’après Romain, que quelques uns puissent s'aventurer sur des aspects géologiques, tels que l’histoire géologique de la région, voire l’exploitation minière en Laponie. Ces derniers éléments pourraient, en l’occurence, très bien s’intégrer dans l’exposition. Dans la logique de sa thèse, Romain trouvait intéressant de chercher à lier changement climatique, géomorphologie, pédologie et répartition de la végétation pâturée par les Rennes. Ou encore l’interaction entre l’azote relâché par les rennes et la remontée de la treeline. nordgis.org présente les travaux de recherches effectués sur le site d’Abisko. “Biogeography fieldwork” dans l’onglet “research” correspond à la thèse de Romain. Aurélie va se renseigner sur les restrictions concernant le rapatriement d'échantillons de sols, de plantes, ou de graines. Exposition finale : Fête des Sciences 2017 - Images & Format pour la conception de posters, affiches, ce qui renvoie à la nature et qualité des données collectées - Films et matériel visuels : dans ce sens, photographier, filmer en accéléré des phases des ateliers au terrain. Processus déjà initié pour le FabLab et le GreenLab - Simulations ==== Fablab : Drone-capteurs ==== Le matériel électronique présenté ici est choisi en premier lieu pour le faible coût total (les drones agricoles capables de prises de vues aériennes avec les proches IR-NDVI existent, mais sont peu accessibles financièrement/technologiquement). Le drone Parrot Bebop a été choisi du fait de sa maniabilité (Skycontroller ou APK Freelight), sa portée (en théorie 2km avec le Skycontroller, 800m avecla portée Wifi du smartphone/tablette remplaçant le contrôleur -application Freelight-). Sa structure, relativement solide nous autorisera potentiellement à fixer/harnacher les caméras RGB et infrarouge. Son autonomie de vol est de 11 mn. URL spécifications techniques fabriquant : <http://www.parrot.com/fr/produits/bebop-drone/> URL description/test Bebop: <http://www.frandroid.com/test/279918_test-du-parrot-bebop-drone> Les modules caméras Raspberry, ainsi que le mini-pc associés, sont choisis pour leur légèreté et leur potentiel de flexibilité (facilement montable/démontable). Egalement, la caractéristique de la caméra No-IR à capter dans les infrarouge nous intéresse en particulier. La gamme de longueurs d'ondes captée par la caméra No-Ir s'étend a priori de 800 à 1100 nm. URL spécifications techniques: URL description (français): http://www.framboise314.fr/le-module-camera-pinoir-est-disponible/ en bas de l'url, guide de configuration/démarrage avec caméra Raspberry documentation.pdf précieux URL configuration Modules Camera Raspberry (RGB et NoIR): <https://www.raspberrypi.org/documentation/raspbian/applications/camera.md> URL IMPORTANT POUR LIEN ENTRE CAMERA NO-IR ET SUIVI VEGETATION <https://www.raspberrypi.org/blog/whats-that-blue-thing-doing-here/> URL exploitation Camera Raspberry (RGB et NoIR): <https://www.raspberrypi.org/documentation/raspbian/applications/camera.md> Drone Parrot Fournisseur: La Fnac, 499 euros TTC (mars 2015) URL revendeur: [http://www.fnac.com/Drone-Parrot-Bebop-Rouge-ou-Bleu/a7831063/w-4] - Module Raspberry Camera No-IR [https://www.raspberrypi.org/wp-content/uploads/2014/09/pi-noir-camera-module.png] Fournisseur: Hack Spark (magasin physique), 32,40 € TTC URL revendeur: [https://hackspark.fr/fr/raspberry-pi-camera-noir-no-ir-filter-version-night-vision-version.html] - RaspberryPi 2 Modèle B (Raspberry Pi, Quad-core, 1gb RAM) Lien image: [http://www.toptechboy.com/wp-content/uploads/2015/06/raspberry-pi-2-pinout.jpg] Fournisseur: Hack Spark (magasin physique), 47 € TTC URL revendeur: [https://hackspark.fr/fr/raspberry-pi-2-modele-b-raspberrypi-quad-core-1gb-ram.html] - Raspberry Pi Module Camera Lien image: [http://www.seeedstudio.com/depot/images/product/Pi%20Camera_04.jpg] Fournisseur: Hack Spark (magasin physique), 32,40 € TTC URL revendeur: [https://hackspark.fr/fr/raspberry-pi-camera.html] - USB Wifi Miniature dongle (pcDuino, Raspberry Pi, CubieBoard, Beaglebone…) Lien image: [http://ecx.images-amazon.com/images/I/71P8Pfd7npL._SX425_.jpg] Fournisseur: Hack Spark (magasin physique), 31,50 € TTC URL revendeur: [https://hackspark.fr/fr/miniature-usb-wifi-dongle-pcduino-raspberry-pi-cubieboard-beaglebone.html] * Journal de bord de la partie drone * Mettre tout ce qui concerne le drone, l'évolution de sa construction, les erreurs corrigées, difficultés Ex: le 3/4/2016: installation du pilote module caméra NO-IR sur le Raspberry 2. Mise en place du cache de protection ==== FabLab : Matériel à disposition ==== Drone : Pièce de rechange: La batterie ( 4 batterie par boite : il en faut une pour le drone et une pour la manette ) : Carte Wifi: Les deux caméras : Raspberry : === Le 5 Avril 2016 : Thibault , Juliette , Giulia ,Elodie === Objectif: Entrevu avec Romain Première approche avec les drones.. Problèmes rencontrés : * Il faut 3 carte SD pour les Raspb afin de commencer la programmation * Trouvé des batteries pour les Raspb Attention : NE PAS BRANCHER LE Raspb SUR L'ORDINATEUR AVEC SA BATTERIE * Il faut racheter 3 Raspb pour pouvoir connecter les 6 caméras ( il y en a actuellement que 3 pour les 6 cameras) Attention : Dans les boites Pi NoIR Camera , il ne faut surtout pas perdre le filtre bleu. Objectif 2 : Déterminer la charge maximun que peux supporter le drone * Poid drone : 400g * Poid Caméra IR : 3,5g * Poid caméra visible : 3,5g * Poid Raspb : 41g Total 48g sans le coffret et sans l'attache. dimension Rasbp : 8,5 cm *5,5 cm *2cm On a fait le premier test avec 57g et le drone a décollé sans problème. Il faudrait essayer avec un charge supérieur pour simuler un Rasbp avec sa batterie et avec un coffret et avec l'attache (environ 100g le total pour être large). Drone avec des stylos ( pour remplacer des poids ) et une batterie : 476g SEANCE DU VENDREDI 8 AVRIL - 16h Nous avons pris les mesures et les pesées de chaque élément qu'il faudra ajouter aux drones. [Si Julia pouvait ajouter les relevés ici ce serait top !] Cela nous a permis de déterminer combien de poids le drone, en plus du sien, devra soulever. A l'aide d'une bouteille d'eau que nous avons accroché à l'un des drones, nous avons pu tester combien le poids maximal qu'il pourrait supporter sans trop altérer ses capacités en vol. Nous en sommes arrivés à la conclusion qu'il pouvait soulever environ 169/170g. Cela risque d'être problématique car nous estimons le poids total de l'équipement du drone autour de 200g, si le drone est équipé de deux caméras. Il faudrait donc réfléchir à un moyen d'alléger le poids, comme celui de la boite par exemple (on nous a suggéré de voir si l'on pouvait réduire la densité du plastique lors de l'impression 3D), ou bien considérer de ne mettre qu'une seule caméra sur les drones. En dehors de cela, à 170g, le drone volait dans des conditions tout à fait correctes. Données : Vol avec 200g : Vol avec 170g : Certains ont aussi travaillé sur les boîtiers pour les processeurs et les caméras. Il a été pensé de placer les deux caméras en même temps sur la partie “ventrale” du drone, de part et d'autre du centre afin d'équilibrer le plus possible le drone. De nombreux modèles ont déjà été réalisés et sont accessibles en libre-accès sur des plateformes de partage en ligne: http://www.yeggi.com/q/raspberry+pi+case/?s=tt http://www.thingiverse.com/search/page:1?q=raspberry%20pi Il pourrait être intéressant de partir d'un de ces modèles afin de gagner du temps. Il faudra juste adapter le modèle à notre cas et donc à nos contraintes. Il est notamment nécessaire de réfléchir à un système d'attache, ce que certains ont commencé à faire (insérer le dessin svp pour celui qui l'a), mais aussi au matériel à utiliser pour répondre aux caractéristiques du drone. === Séance du 15 mars: === Premier lancement de la Raspberry.. matériel nécéssaire: une télé ou écran , une prise HDMI, un clavier, une souris, un raspberry, carte SD, en attendant d'avoir une batterie pour la Raspberry on peux prendre un chargeur de téléphone ( sauf iphone plutot samsung). Utilitaire à télécharger: NOOBS : https://www.raspberrypi.org/downloads/ Il faut ensuite déposé les fichiers dézipper sur la carte SD ( déja fait sur les 3 cartes SD) Mise sous tension ( cela a été deja fait sur une raspberry): On connecte le clavier et la souris puis une clés USB et la clés WIFI. Pour mettre la caméra : on lève avec les deux doigts le connecteur (parti blanche) et on met le coter en couleur vers nous (coté ou il y a le blanc) et on referme le connecteur. Mettre un câble HDMI. Et inséré le carte SD (ne pas se tromper de sens) puis enfin on peut mettre l’alimentation de Rasp. Une lumière rouge s’allume pour dire que le Rasp est bien entrain de charger et la lumière verte correspond au faite que l’OS est en train de se charger. Configurer l'OS: Sur l’écran qui renvoie l’image du Rasb, on nous demande de choisir l’OS exact que l’on veut donc nous c’est rasbian. Attention : penser à mettre en français. Puis lancer l’installation (environ 20 mins). Quand c'est fait : Mot de passe par défaut : pi Dans Menu → préférences → « raspberry by configure » puis dans localisation → timezone → mettre Paris car cela permettra à la raspb de se synchroniser correctement avec internet. Fonctionnement de la caméra: Lancer python dans Menu → programmation → « python 3 ». Voici quelques exemple de ligne de code pour lancer la caméra 10secondes ou encore de prendre une photo: Il y a le site picaméra qui donne des lignes de codes pour s'aider. site : http://picamera.readthedocs.org/en/release-1.10/install3.html Remarque: Lorsqu'on le programme on peux choisir la résolution de l'image. Problème rencontré: Pour l'instant nous avons pas encore réussi à mettre le wifi sur la raspberry. On a deux caméras ( un dans le domaine du visible et une dans le domaine de l'infrarouge) qui s'allument mais ne renvoient pas la vidéo. Les messages d'erreurs: * Pour la camera dans le domaine du visible * Pour la caméra dans le domaine de l'IR —- récap : premier_pas_programmation.pdf —- Séance du 15 Avril - Boitier et système d'accroche - Thomas, Juliette Les boites des Raspberry ont été achetées, pas besoin donc d'en concevoir. En revanche, des boites pour les caméras et pour les batteries sont à concevoir. Le mieux serait de les faire à l'aide de l'imprimante 3D,pour la simplicité et pour un résultat le plus léger possible. Bien que les Raspberry chauffent beaucoup sur une utilisation de “longue durée” (notamment pour leur programmation), ajouter un ventilateur est difficilement envisageable étant donné qu'il faudrait inclure une batterie supplémentaire par processeur. Les boites des Raspberry sont néanmoins constituées d'aérations. On compte sur le climat (relativement) froid de la Suède ainsi que de la faible autonomie des drones pour éviter la surchauffe. Pour le boitier des caméras, on a pour l'instant pensé à ce modèle : http://www.thingiverse.com/thing:685074. Ce n'est pour l'instant qu'une suggestion. Pour la batterie, aucun modèle n'est disponible sur internet (on n'en a pas trouvé), il faut donc le modéliser. En ce qui concerne le système d'accroche, on est un peu dans le flou… L'idéal serait de fixer deux processeurs et deux batteries sur chaque drone, mais avec les boîtiers, on craint que la charge soit trop importante. Si on ne fixe qu'un seul processeur par drone par un système amovible (Boutons pressions ? Courroies ? Système rigide avec rails ?), l'avantage est de ne pouvoir mettre qu'une seule batterie. Dans tous les cas, le système d'accroche de la batterie doit être également amovible, et les aérations des boîtiers des Raspberry doivent rester libres. Le plus gros problème est de réussir à équilibrer le drone parfaitement. * Boîtier des processeurs, vue du dessus * Batterie Séance du 18 Avril Vitesse de passage du drone et nombre d’images Estimations faites au Ras du sol Vitesse du drone : 50 cm/s = 1,8 km/h ⇒ 84,6 secondes pour faire les 42,3 m de la diagonale de la parcelle de 30×30 =⇒170 photos sur 42,3m avec 1 image/0,5s soit 2 images/s soit 2 images pour 50 cm Problèmes ou données à compléter - Altitude et Résolution associée pour que l’image soit nette ? - Résolution et poids de l’image - Résolution et vitesse de capture des caméras - Vitesse trop rapide ou pas Flou ? === Séance du 18 mai=== Julia et Hugo ont fait un prototype du boitier. Il a été fait en bois avec l'imprimante laser === Séance du 24 mai === La boite a été faite en plexi. ==== GreenLab : Partie reconstitution des communautés végétales ==== 6 sites expérimentaux: 3 bacs en bois (végétation non arrosée) + 3 sites creusés en pleine terre (végétation arrosée) Objectifs: calibration des modules caméra, observation, évaluation physiologique de la végétation acidophile et des substrats selon - Situation de stress hydrique (sols faiblement, moyennement, fortement saturés en eau) / réponse spectrale - Phénologie/stades de croissance (dans la mesure du possible) / réponse spectrale - Distinction des espèces indicatrices plantées/formations-communautés végétales / texture-structure - Bacs en bois/carrés de pelouse (matériel et lieux prêtés, merci) SUBSTRATS - Fibre géotextile Fournisseur: Jardinerie Chatelain, 5 € TTC - Terre de bruyère 50 litres Fournisseur: Jardinerie Chatelain, 8 € TTC PLANTES VASCULAIRES - Pieds d'airelle rouge/ Vaccinum vitis-idae Fournisseur: www.leaderplant.com, 4€ TTC - Fétuque / Festuca glauca Fournisseur: www.leaderplant.com, 4€ TTC - Bruyère / Erica darleynensis Fournisseur: www.leaderplant.com, 29,90€ TTC BRYOPHYTES/MOUSSES - Sphaigne de Madagascar, 5kg/ Sphagnum sp Fournisseur: Matériel Mur végétal, Montlhery - Sphaigne de Chiloe/ Sphagnum cristanum Fournisseur: Matériel Mur végétal, Montlhery * GreenLab : Journal de bord de la partie végétation ***

==== Le 24/03/2016 ====

Thomas Laville, Thibault Lemaitre Basset, Samantha Launay, Hugo Pottier, Déborah Harlet, Aurélie Chassin, Marianne Cohen et Giulia Sardano aidés par et les jardiniers du campus.

Nous avons creusé 3 carrés de 1m de côté et de 30cm de profondeur en pleine terre après avoir hotté la végétation, ensuite nous avons tapissé le fond du trou de feutre géotextile. Suite à quoi nous avons mélangé la terre que nous avons enlevée des bacs à deux sachets de terre de bruyère de 70L pour chaque trou. De même pour les bacs mesurant 1m de côté et 30cm de profondeur après avoir retiré les copeaux de bois, nous avons vidé les bacs de sorte à ce qu’il ne reste que 10cm d’épaisseur de terre que nous avons mélangé avec deux sachets de terre de bruyère.

envexx_greenlab_1.pdf

Mettre tout ce qui concerne la partie végétation, l'évolution des sites, les erreurs corrigées, difficultés

Ex: le 3/4/2016: Pose de la fibre géotextile. Hydratation des Sphaignes de Madagascar selon les préconisations indiquées.