Drone Multispectral 2.0

Date de début de projet: 19 mars 2018

Porteurs du projet: Romain Courault (romain.courault@gmail.com) Marianne Cohen (marianne.cohen@paris-sorbonne.fr) Christian Simon (christian.simon@upmc.fr)

Stagiaire: Sallé Oury BA (ba.salleoury@gmail.com)

Concevoir et évaluer l'intérêt d'un drone équipé “low cost” (intégrant un GPS, une caméra dans le domaine visible et une caméra No-IR ou infrarouge) afin de réaliser des images multi-spectrales géoréférencées(un canal bleu, vert, rouge, un ou plusieurs canaux infrarouges). Les images collectées seront ensuite assemblées dans un SIG (image raster + références géographiques) pour constituer une mosaïque, ce qui permettra d'évaluer l'intérêt et la faisabilité de cette solution “low cost”.

1- Choix et acquisition du matériel

1. Drone solo 3DR
2. Micro-PC Raspberry Pi
3. Caméra RGB
4. Caméra No-IR
5. GPS
6. Micro SD
7. Dongle wifi

2- Fabrication d'un boitier pour les 2 Micro-PC Raspberry Pi

1. Démontage de la nacelle caméra Go pro
2. Design boitier
3. Système attache

3- Estimer la capacité de charge du drone

1. Déterminer la charge maximale
2. Déterminer la charge minimale

4- Allumage et Configuration des 2 micro-PC

1. Montage de la caméra No-IR
2. Montage de la caméra RGB
3. Clés GPS
4. Dongle wifi ou Ethernet
5. Clavier et souris
6. Câble HDMI
7. Écran ou télé
8. Chargeur Samsung ou batterie

5- Connecter les Raspberry sur un pc

1. Putty
2. Vnc

5- Prise d'images de la végétation

1. Images RGB
2. Images No-IR sans filtre
3. Images No-IR avec filtre

6- Géo référencement des images multispectrales obtenues par le drone

1. Création SIG
2. Mosaïque

Ce projet consiste à concevoir et à évaluer un drone et un capteur peu coûteux pour le développement agricole. Pour cela, le choix du matériel électronique a été fait en fonction de la faiblesse totale de son coût. Même si il existe déjà des drones agricoles capables de prises de vues aériennes dans les proches IR-NDVI, cependant ils restent peu accessibles financièrement et technologiquement pour la majorité des agriculteurs.

Le drone solo 3DR est un quadricoptère autopiloté de la marque 3DRobotics Solo. Ses dimensions sont de 33cm de long sur 23cm de large et une hauteur de 18,8 cm. Son poids est de 1,5kg sans la nacelle et 1,8kg avec sa nacelle. Son autonomie de vol varie entre 20 à 25 min. Sa structure, relativement solide nous permettra potentiellement de fixer le boitier(caméras RGB et infrarouge…)

URL description/test solo 3DR: https://www.les-drones.com/drone-3d-robotics/3dr-solo/

URL revendeur:https:https://www.fnac.com/Drone-3DR-Solo/a9176226/w-4

Les modules caméras Raspberry, ainsi que le mini-pc associés, sont choisis pour leur légèreté et leur flexibilité (facilement montable/démontable) et leurs faibles coûts. Également, l'identification précise de la fenêtre spectrale de la caméra No-IR nous intéresse dans la mesure dans la mesure où il nous permet de connaitre son importance pour capter dans les infrarouges, les différents états de la végétation chlorophylienne et les valeurs de réflectance de la caméra No-IR situé à priori entre 800 à 1100 nm.

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

- 2 Module Raspberry Camera No-IR

Prix: 25 euros l'unité

Fournisseur: http://fr.farnell.com/raspberry-pi/rpi-noir-camera-board/raspberry-pi-noir-camera-board/dp/2510729?mckv=KqC4zb5b_dc|pcrid|80993972462|&gross_price=true&CATCI=pla-127218219182&CAAGID=13038077342&CMP=KNC-GFR-FFR-GEN-SHOPPING-RASPBERRY_PI&CAGPSPN=pla&gclid=EAIaIQobChMI6Prev9zN2QIVD50bCh1TTQYsEAQYBSABEgLOJfD_BwE&CAWELAID=120185620001647680

• *Micro pc Rapsberry pi Caméra RGB et No-IR Dongle GPS, clé usb wifi, carte SD Batterie alimentation Rapsberry pi pendant son vol ==== 2- Fabrication d'un boitier pour les 2 Micro-PC Raspberry Pi==== Cette partie est essentielle car elle permet d'associer le drone et les capteurs en prenant en compte le poids maximum du drone et de son équilibre par rapport au vent.Il faut aussi prendre en considération les paramètres climatiques du terrain. En effet un climat chaud peut avoir des répercussions sur les micro pc Raspberry pi, qui peuvent se surchauffer. Le boitier doit contenir en son sein, le micro pc, les caméras, le dongle wifi, le dongle GPS, et les batteries pour leur alimentation. Pour cela deux modèles de boitier ont été crées. L'un à l'aide d'une imprimante 3D et l'autre par des des vices et des clous. Le premier boitier fait à partir d'imprimante 3D est léger et peut être utilisé dans les milieux humides. Mais la limite de ce modèle est qu'il ne peut prendre les deux Raspberry pi et tout le matériel nécessaire. Cela poserai des problèmes liés au système d'attache avec le drone et de son poids. C'est en ce sens qu'on était amené à créer deux boitiers pour chaque Raspberry pi. Le deuxième boitier est complètement différent du premier de par son design, sa légèreté et sa capacité d'aération (pour éviter le matériel de surchauffer). Ce modèle est fait à l'aide d'un imprimante 3D et par des clous et des vice qui permettent de superposer les deux Raspberry pi et le autres composants. Ce qui nous a permis de gagner en équilibre, en poids et facilitera le système d'attache. ====3- Estimer la capacité de charge du drone==== Cette partie permet de connaitre la capacité minimale et maximale que peut soulever le drone en intégrant le boitier créer précédemment. La méthodologie utilisée est de se baser sur le poids du drone qui est 1.5kg sans la nacelle et 1.8kg avec la nacelle. Il faut noter que le drone solo 3DR est créé à la base pour prendre une caméra GO PRO. La nacelle permet de fixer cette caméra sur le drone pour créer un équilibre. Par ailleurs le but du projet étant d'obtenir des images multispectrales, donc nous avons choisi les caméras Raspberry pi RGB et No-IR afin de savoir leurs mesures de réflectance dans les longueurs d'onde du visible et des infrarouges de la végétation chlorophyllienne. Nous nous servi d'une balance pour peser le poids des deux boitiers crées et leurs différents composants (GPS, wifi, caméras…). Nous avons obtenu comme résultat un poids inférieur au poids maximal que peut supporter le drone pendant son vol qui est de l'ordre de 1.8kg. Charge du drone sans la nacelle Charge du premier boitier Charge du second boitier (celui choisi pour le test du drone) ====4- Allumage et Programmation du matériel==== Cette partie nécessite une connaissance informatique ou un travail de recherche à partir des tutos mises en ligne. Il faut disposer d'un écran ou télé, un câble HDMI, un clavier, une souris, un micro SD, un clé wifi ou cable Ethernet, un dongle GPS et un chargeur téléphone Samsung pour alimenter les Raspberry pi. Etant donné que le matériel est laissé dans état inutilisable, on était obligé de reprendre tout le processus de A à Z. On commence d'abord par: - L'installation des Raspberry pi Pour cela il faut télécharger l'utilitaire à : NOOBS : https://www.raspberrypi.org/downloads/ qui va servir de système d'exploitation et SD Formatter pour formatter les cartes SD https://sd-card-formatter.fr.uptodown.com/windows Il faut ensuite déposé les fichiers dézipper sur la carte SD. Mettre sous tension: 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 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. Cette vidéo tutoriel permet de faire l'installation du début à la fin l'installation https://www.youtube.com/watch?v=XsmsJdMuaYw - Programmation des caméra RGB et No-IR 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. Les deux caméras ( un dans le domaine du visible et une dans le domaine de l'infrarouge) s'allument. - Programmation des dongles GPS https://www.pihomeserver.fr/2013/11/15/raspberry-pi-home-server-connecter-un-gps/ - Programmation usb wifi**

Pour cette partie il faut utiliser les lignes de commande proposées sur le site de Raspberry pi

http://the-raspberry.com/wifi-config