FR3049066A1 - Systeme de surveillance et de detection d’un evenement a la surface terrestre par une constellation de satellites - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un système de surveillance satellitaire d'au moins une zone d'intérêt (101, 202) d'au moins une région géographique (102) d'une planète (103), permettant de détecter un évènement dans une zone d'intérêt (101, 202) d'une région géographique (102) et de signaler la localisation de l'évènement, le système de surveillance comprenant une pluralité de satellites (111, 112) en orbite autour de la planète (103) et un dispositif de traitement de données (240). Chacun desdits satellites (111, 112) comprend au moins un dispositif d'acquisition (220) d'au moins une image de la région géographique (102), ladite image ayant une résolution spatiale d'au moins un ordre de grandeur supérieure à une dimension caractéristique de la zone d'intérêt (101, 202). Le dispositif de traitement de données comprend des moyens de comparaison de la valeur de radiance de l'image acquise par rapport à un profil temporel de radiance de référence calculé à partir d'images préalablement acquises et stockées.

Description

DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION

Le domaine de l’invention est celui des satellites artificiels.

Plus précisément, l’invention concerne un système de surveillance et de détection d’un évènement à la surface terrestre par une constellation de satellites. L’invention trouve notamment des applications pour détecter des fuites de pétrole ou de gaz sur un pipeline. L’invention trouve également des applications pour le suivi de phénomène naturel tel qu’une éruption volcanique, une tempête ou un feu de forêt.

ETAT DE LA TECHNIQUE

Il est connu de l’art antérieur des systèmes d’observation de la surface terrestre basés sur un ou plusieurs satellites situés en orbite autour de la Terre.

Afin de pouvoir distinguer des détails de faibles dimensions, les satellites d’observation procurent à l’heure actuelle des images à haute définition dont la résolution au sol est de l’ordre de soixante-dix centimètres. A partir de ces images à haute définition, il est possible d’observer et de détecter un évènement dans une zone géographique à la surface terrestre en comparant l’image obtenue avec une image précédente de la même zone géographique.

Un des principaux inconvénients de ces systèmes d’observation est leur coût de mis en œuvre. En effet, l’acquisition d’images à haute définition nécessite l’utilisation d’une optique de très grande qualité. Les vibrations du satellite doivent en outre être contrôlées afin que l’optique soit suffisamment stable pour obtenir une image nette. D’autre part, les satellites d’observation ont une masse élevée, pouvant aller jusqu’à deux tonnes au lancement, ce qui implique un coût de lancement très élevé.

Enfin, un autre inconvénient majeur de ces systèmes d’observation est qu’ils permettent de détecter un évènement venant de survenir dans une zone géographique quelconque, lorsqu’un satellite d’observation survole cet évènement. Le laps de temps entre l’apparition de l’évènement et sa détection par un satellite est au maximum égal au temps entre deux survols consécutifs de cette zone géographique. Il convient de souligner qu’un satellite d’observation effectue généralement une dizaine de rotation autour de la Terre par jour, couvrant ainsi l’ensemble de la planète en une vingtaine de jours.

Par ailleurs, un satellite d’observation peut également dépointer vers un évènement préalablement identifié, permettant ainsi d’observer rapidement un évènement venant d’être détecté. Néanmoins, cette technique ne permet pas de surveiller l’ensemble de la planète en continu.

Il est également connu de l’état de l’art une technique de détection d’un évènement basée sur une analyse spectrale. Cette technique notamment utilisée pour détecter des fuites de gaz sur un gazoduc caractérise la fuite de gaz par l’intermédiaire de la signature spectrale d’un élément constituant le gaz circulant dans le gazoduc, comme par exemple le méthane. L’inconvénient majeur de cette technique est qu’elle est basée sur l’analyse de la lumière traversant le gaz et réfléchie au sol, ce qui nécessite une résolution d’images importante.

Cette technique est également complexe à mettre en œuvre car elle utilise une source lumineuse dirigée vers le gazoduc, ce qui limite la taille de la zone couverte par la technique.

Aucun des systèmes actuels ne permet de répondre simultanément à tous les besoins requis, à savoir de proposer une technique de surveillance satellitaire d’une pluralité de zone d’intérêt qui soit fiable et peu coûteuse et qui permette de détecter dans un très bref laps de temps un évènement dans une des zones d’intérêt.

OBJET DE L’INVENTION

La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients de l’état de la technique cités ci-dessus. A cet effet, la présente invention vise un système de surveillance d’au moins une zone d’intérêt d’au moins une région géographique d’une planète, permettant de détecter un évènement dans une zone d’intérêt d’une région géographique et de signaler la localisation de l’évènement, le système de surveillance comprenant une pluralité de satellites en orbite autour de la planète et un dispositif de traitement de données comprenant des moyens de stockage d’une pluralité d’images de la région géographique, ladite région géographique étant survolée régulièrement par au moins un desdits satellites formant une constellation, chacun desdits satellites comprenant des moyens autonome d’alimentation électrique et des moyens de mesure de la position du satellite par rapport à la planète.

La constellation de satellites est avantageusement configurée afin de survoler chaque région géographique au moins une fois par jour. La surveillance régulière d’une zone d’intérêt située dans une région géographique peut permettre de détecter un évènement survenant dans la zone d’intérêt et de suivre l’évolution de l’anomalie détectée. La zone d’intérêt surveillée peut être un oléoduc dans lequel circule du pétrole, un gazoduc, un volcan, une surface terrestre ou une surface maritime. L’évènement peut être une fuite de pétrole ou de gaz, une éruption volcanique, une tempête, ou le suivi d’un nuage tel qu’un cumulonimbus. L’évènement peut être également un feu, une fuite de liquide, un accident industriel ou une catastrophe naturelle sur des zones de petite taille (quelque dizaine de mètres carrés). La position de chaque satellite peut être déterminée par exemple en utilisant un système de géolocalisation par satellite.

Les moyens de stockage du dispositif de traitement de données peuvent comprendre une mémoire informatique et/ou une base de données. Le dispositif de traitement de données stocke des images préalablement observées de la région géographique. Les images stockées peuvent correspondre à une observation de la région géographique en présence ou en l’absence d’une modification. La base de données peut également stockées des images issues d’une simulation d’une modification dans la région géographique

Selon l’invention, chacun desdits satellites comprend également : - au moins un dispositif d’acquisition d’au moins une image de la région géographique, ladite image étant acquise dans une bande spectrale, ladite image ayant une faible résolution spatiale d’au moins un ordre de grandeur à une dimension caractéristique de la zone d’intérêt ; - des moyens de mesure de l’orientation du dispositif d’acquisition par rapport à la planète ; et - des moyens de transmission de l’image acquise au dispositif de traitement de données.

Ainsi, étant donné que la résolution spatiale des images délivrées par chaque satellite est faible relativement à la taille d’un évènement à détecter dans la région géographique, les images ne permettent pas de distinguer les détails de l’évènement. Par exemple, pour détecter des fuites de pétrole d’un oléoduc dont le diamètre est de l’ordre d’un mètre, la résolution de l’image au sol est égale à dix mètres. Etant donné que la résolution est faible, il n’est pas nécessaire d’avoir un grand nombre de satellites dans la constellation. Un système de surveillance comprenant une constellation de cinq satellites est ainsi fonctionnel.

Le dispositif d’acquisition comprend un capteur ayant une ou deux dimensions de pixels. Le capteur est avantageusement robuste aux conditions spatiales. Le capteur peut être formé dans une technologie de type microbolomètre, dans une technologie plomb-sélénium (PbSe) ou dans une technologie arséniure d’indium-gallium (InGaAs). Le capteur peut être un assemblage de plusieurs capteurs permettant de former une matrice de pixels plus grande.

Les images acquises par le dispositif d’acquisition peuvent être acquises quasi-simultanément dans des bandes spectrales différentes. Ces images sont couramment appelées images multi-spectrales.

Le dispositif d’acquisition comprend également une optique composée de lentilles et/ou de miroirs. L’optique est configurée en fonction de la résolution choisie. L’optique peut comprendre des parties mobiles et déployables permettant de modifier la focale et l’ouverture de l’optique une fois le satellite placé en orbite.

Il convient également de souligner que le but de l’invention est de détecter et de localiser un évènement dans une région géographique, sans chercher à obtenir une photographie définie de l’évènement.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de traitement de données effectue une analyse de l’image acquise permettant de détecter et de localiser l’évènement, l’analyse comprenant les étapes suivantes : - traitement de l’image acquise par l’application d’au moins un filtre ; - comparaison de l’image traitée avec des images de référence stockées dans les moyens de stockage, comprenant les sous-étapes suivantes : o calcul de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt à partir de l’image traitée ; o extraction de la base de données des images précédemment réalisées de la zone d’intérêt dans des conditions d’éclairement similaires aux conditions d’éclairement de la zone d’intérêt, correspondant à l’horodatage de l’image acquise, et calcul d’un profil temporel de radiance de référence dans la bande spectrale ; o correction de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt en déterminant une probabilité d’évolution de la radiance sur l’image traitée à partir du profil de radiance de référence et des conditions réelles d’éclairement ; - détection d’une anomalie dans l’image acquise en comparant la valeur de radiance avec le profil temporel de radiance de référence.

Les évènements sont avantageusement détectés dans une image acquise de la zone d’intérêt en comparant la valeur de radiance, également appelé valeur de luminance, correspondant à la zone d’intérêt avec un profil statistique de radiance de référence calculé à partir d’images préalablement enregistrées de la même zone d’intérêt dans des conditions d’éclairement similaires. Il convient de souligner que la valeur d’un pixel d’une image est représentative de la quantité de lumière reçue par le capteur dans la zone du capteur correspondante au pixel. Un évènement est ainsi détecté dans une zone d’intérêt lorsque la valeur de radiance de l’image acquise de ladite zone d’intérêt comporte une différence substantielle par rapport au profil de référence de la même région géographique. Il convient de souligner que le profil peut être avantageusement lissé afin de ne pas prendre en compte des bruits de fond inhérents pour le type de capteur d’acquisition utilisé.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, l’image est acquise dans la bande spectrale de l’infrarouge.

La bande spectrale de l’infrarouge couvre les longueurs d’onde comprises entre 0,7 pm et 1 mm.

Ainsi, le système de surveillance et de détection peut être avantageusement utilisé dans des conditions nocturnes. D’autre part, il convient de souligner que le pétrole a une signature spectrale et thermique le rendant plus facilement détectable dans l’infrarouge que dans le visible. Une fuite de pétrole sur un oléoduc est donc aisément détectable dans la bande spectrale de l’infrarouge.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, l’image est acquise dans la bande spectrale de l’infrarouge court (« Short-Wave Infrared » ou SWIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 0,8 et 2 pm, dans la bande spectrale de l’infrarouge moyen (« Medium-Wave Infrared» ou MWIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 1 et 5 pm ou dans la bande spectrale de l’infrarouge thermique (« Thermal Infrared » ou TIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 7 et 14 pm.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de traitement de données est situé au sol.

Ainsi, chaque satellite transmet les images effectuées sans nécessairement les traiter. Les satellites transmettant généralement les images lorsqu’ils sont situés à portée d’une antenne du dispositif de traitement de données, une mémoire tampon peut permettre de stocker les images acquises avant de les transmettre au dispositif de traitement. L’antenne peut émettre dans la bande X correspondant à des fréquences comprises entre 8 et 12 GHz, dans la bande K correspondant à des fréquences comprises entre 18 et 27 GHz ou dans la bande S correspondant à des fréquences comprises entre 2 et 4 GHz.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la masse des satellites de la constellation est inférieure à cent kilos.

Ainsi, la constellation de satellites est avantageusement peu onéreuse à mettre en oeuvre. La constellation peut être formée par des microsatellites, des nanosatelllites, qui peuvent être notamment de type CubeSat, voire par des picosatellites.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le profil d’image de référence est déterminé par une moyenne, une statistique ou une probabilité des profils d’image de la région géographique.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, la base de données stocke également une cartographie des régions géographiques survolées, précisant la position de chaque zone d’intérêt.

Ainsi, la détection permet de localiser précisément la zone d’intérêt. La cartographie peut par exemple indiquer le tracé d’un pipeline. La cartographie peut également être fournie en temps réel ou par l’intermédiaire d’une base de données, par un fournisseur public ou privé.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, l’évènement détecté est une fuite de pétrole.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le dispositif de traitement de données classe l’anomalie de l’image acquise selon la probabilité de la présence d’une fuite de pétrole.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, les moyens de stockage comprennent une base de données. L’invention concerne également un procédé de détection d’un évènement survenant dans une zone d’intérêt d’une région géographique d’une planète mis en oeuvre par un système de surveillance satellitaire, comprenant les étapes suivantes : - acquisition d’une image de la zone d’intérêt et des conditions de prise de vue, ladite image étant acquise dans une bande spectrale, ladite image ayant une résolution spatiale d’au moins un ordre de grandeur supérieure à une dimension caractéristique de la zone d’intérêt, les conditions de prise de vue comprenant l’horodatage de l’image, la position et l’orientation du dispositif d’acquisition par rapport à la planète; - traitement de l’image acquise par l’application d’au moins un filtre ; - comparaison de l’image traitée avec des images de référence stockées dans les moyens de stockage, comprenant les sous-étapes suivantes : o calcul de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt à partir de l’image traitée ; o extraction de la base de données des images précédemment réalisées de la zone d’intérêt dans des conditions d’éclairement similaires aux conditions d’éclairement de la zone d’intérêt, correspondant à l’horodatage de l’image acquise, et calcul d’un profil temporel de radiance de référence dans la bande spectrale ; o correction de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt en déterminant une probabilité d’évolution de la radiance sur l’image traitée à partir du profil de radiance de référence et des conditions réelles d’éclairement ; o détection d’une anomalie dans l’image acquise en comparant le profil de radiance simulé avec le profil de radiance de l’image acquise.

Dans des modes de réalisation particuliers de l’invention, le procédé de détection d’un évènement comprend en outre les étapes suivantes : - classification de l’anomalie détectée pour préciser le caractère réel de l’évènement ; - signalisation de l’évènement en fonction du caractère réel de l’évènement.

BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres avantages, buts et caractéristiques particulières de la présente invention ressortiront de la description non limitative qui suit d’au moins un mode de réalisation particulier des dispositifs et procédé objets de la présente invention, en regard des dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente un système de surveillance satellitaire selon l’invention ; - la figure 2 représente une vue en perspective d’un nanosatellite du système de surveillance satellitaire ; - la figure 2bis représente sous la forme d’un schéma synoptique un procédé de détection d’un évènement selon l’invention ; - la figure 3 illustre un exemple du profil de radiance d’une image d’une zone d’intérêt acquise par un nanosatellite et du profil de référence correspondant à la même zone d’intérêt.

DESCRIPTION DETAILLEE DE MODES DE REALISATION DE L’INVENTION

La présente description est donnée à titre non limitatif, chaque caractéristique d’un mode de réalisation pouvant être combinée à toute autre caractéristique de tout autre mode de réalisation de manière avantageuse.

On note, dès à présent, que les figures ne sont pas à l’échelle.

Exemple d’un mode de réalisation particulier de l’invention La figure 1 représente un système de surveillance satellitaire selon l’invention d’une zone d’intérêt 101 d’une région géographique 102 délimitée à la surface de la Terre 103.

Le système de surveillance satellitaire comprend une constellation 110 de douze nanosatellites 111 identiques placés en orbite autour de la Terre 103.

La constellation 110 comprend trois nanosatellites 111a en orbite polaire autour de la Terre 103, trois nanosatellites 111b en orbite équatoriale autour de la Terre 103 et six nanosatellites 111c en orbite inclinée autour de la Terre 103. Les orbites des nanosatellites 111 sont comprises dans le présent exemple entre cinq cent et sept cent kilomètres de la surface de la Terre 103.

Chaque nanosatellite 111 effectue une rotation autour de la Terre 103 en environ quatre-vingt dix minutes. La vitesse en orbite de chaque nanosatellite 111 est de l’ordre de dix kilomètres par seconde.

La constellation 110 est avantageusement configurée afin que la zone d’intérêt 101 soit survolée au moins une fois par jour par un des nanosatellites 111 de la constellation 110. Dans le présent exemple, la zone d’intérêt 101 est survolée par le nanosatellite 112.

La figure 2 représente une vue en perspective du nanosatellite 112 orbitant autour de la Terre 103 à une distance moyenne d’environ six cent kilomètres de la surface 201. Le nanosatellite 112 survole la région géographique 102 comprenant la zone d’intérêt 101 qui est dans le présent exemple un oléoduc 202 dont le diamètre du tube est égal à un mètre.

Le nanosatellite 112 de type CubeSat comprend une structure cubique 210 de dix centimètres de côté. Deux panneaux photovoltaïques 211 déployés de part et d’autre de la structure cubique 210 alimentent le nanosatellite 112 en énergie. La masse de chaque nanosatellite est sensiblement égale à cinq kilos.

Le nanosatellite 112 comprend un dispositif d’acquisition 220 fournissant des images monochromatiques de la surface de la Terre 103. Le dispositif d’acquisition 220 comprend à cet effet un capteur 221 à infrarouge logé derrière une optique 222.

Il convient de souligner que le dispositif d’acquisition 220 peut avantageusement pivoter selon deux axes par rapport à la structure 210 du nanosatellite 112 afin de pouvoir balayer la surface 201 de la Terre. L’angle entre l’axe optique 227 du dispositif d’acquisition 220 et l’axe médian 228 de la structure 210, sensiblement perpendiculaire à la surface 201, est compris entre 0 et 45 degrés.

Le capteur 221 est formé par une matrice de photodétecteurs infrarouge à puits quantiques (en anglais « Quantum Well Infrared Photodetector » ou QWIP) réalisés dans une technologie arséniure d’indium-gallium (InGaAs). Les images fournies par le dispositif d’acquisition 220 sont acquises dans la bande spectrale de l’infrarouge thermique (en anglais « Thermal Infrared » ou TIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 7 et 14 pm. L’optique 222 comprend une lentille 223 fixée en regard d’une lumière formée sur une face 224 de la structure 210. La face 224 est orientée vers la surface 201 de la Terre 103. L’optique 222 comprend également une lentille 225 fixée à l’extrémité d’un bras télescopique 226 se déployant à partir de la face 224. La lentille 225 étant ainsi mobile, permet d’ajuster la focale et l’ouverture de l’optique 222.

Il convient de souligner que l’optique est composée de matériaux optimisés pour la transmission et la réflexion du rayonnement infrarouge, comme par exemple le germanium.

Le nanosatellite 112 peut également embarquer un dispositif d’acquisition d’image dans le visible. L’acquisition d’images de la région géographique 102 est programmée de manière automatique dès lors que le nanosatellite est sensiblement à l’aplomb de la région géographique 102. Lorsque le nanosatellite 112 atteint les coordonnées géographiques correspondantes, le nanosatellite 112 pointe le dispositif d’acquisition 220 vers la surface 101. Ce pointage vertical par rapport à la surface 101 est couramment appelé « pointage nadir ».

La figure 2bis illustre sous la forme d’un schéma synoptique les différentes étapes du procédé de détection 20 mis en oeuvre par le système de surveillance satellitaire.

La première étape 21 correspond à l’acquisition simultanément d’une image de la région géographique et des conditions de prise de vue, l’image étant acquise dans la bande spectrale de l’infrarouge thermique. L’acquisition d’images est faite en mode « pushbroom », c’est-à-dire en balayage le long de la direction de déplacement du capteur 221 pour acquérir l’image ligne par ligne.

Il convient de souligner que plusieurs lignes capteurs peuvent être intégrées pour créer une seule ligne image et ainsi augmenter le rapport signal sur bruit. En d’autres termes, deux lignes successives acquises par le capteur 221 sont sommées afin de former une ligne de l’image, ce qui permet d’augmenter le rapport signal sur bruit.

La résolution spatiale des images acquises est dans le présent exemple décamétrique. En d’autres termes, un pixel de l’image couvre sur la surface 201 un carré dont le côté est compris entre dix et cent mètres.

Afin de connaître les conditions de prise de vue de chaque image, le nanosatellite 112 comprend un dispositif de mesure de la position 230 du nanosatellite 112 par rapport à la Terre 103 et un dispositif de mesure de l’orientation 231 du dispositif d’acquisition 220 par rapport à la Terre 103.

Le dispositif de mesure de la position 230 utilise dans le présent exemple la géolocalisation par satellites connue sous le nom de GPS (acronyme anglais « Global Positionning System »).

Le dispositif de mesure de l’orientation 231 comprend un gyroscope trois axes permettant d’indiquer les angles du dispositif d’acquisition 220 par rapport à la Terre 103.

Les conditions de prise de vue, à savoir la position du nanosatellite 112 et l’orientation du dispositif d’acquisition 220, permettent d’identifier la région géographique 102 sur laquelle pointe le dispositif d’acquisition 220. Ces conditions de prise de vue, ainsi qu’un horodatage, sont associés à chaque image réalisée.

Un traitement de chaque image acquise peut être effectué au cours d’une deuxième étape 22 en appliquant l’un des filtres suivants : orthorectification, débruitage, détection de nuages, correction atmosphérique, géolocalisation et/ou correction de mouvements mécaniques du nanosatellite.

Par ailleurs, le nanosatellite 112 comprend une antenne 235 émettant dans la bande X de fréquence comprise entre 8 et 12 GHz. L’antenne 235 permet de transmettre les images acquises de la région géographique 102 à une antenne réceptrice 241 reliée à un dispositif de traitement de données 240 situé à la surface 201 de la Terre 103. L’antenne réceptrice 241 est située dans le présent exemple non limitatif de l’invention à proximité de la région géographique 102. L’antenne réceptrice 241 peut être placée à n’importe quel endroit de la surface 201 de la Terre 103. L’antenne réceptrice 241 peut faire partie d’un réseau d’antennes réceptrices reliées au dispositif de traitement de données 240. Le réseau d’antennes réceptrices est avantageusement configuré afin que le nanosatellite 112 puisse régulièrement transmettre les images acquises.

Afin de stocker les images acquises avant de les transmettre à l’antenne réceptrice 241 reliée au dispositif de stockage 250, le nanosatellite 112 comprend une mémoire informatique 250 de type mémoire flash.

Le dispositif de traitement de données 240 extrait de chaque image acquise de la région géographique 102, une image faiblement résolue de l’oléoduc 202 comprenant dans le présent exemple non limitatif de l’invention un seul pixel.

Dans une variante de ce mode de réalisation particulier de l’invention, le nombre de pixel de l’image de l’oléoduc comprend entre un et une dizaine.

Une comparaison de cette image faiblement résolue de l’oléoduc 202 avec des images préalablement acquises de l’oléoduc 202 est effectuée par le dispositif de traitement de données 240 au cours d’une troisième étape 23. Les images préalablement acquises sont stockées dans une base de données 242 du dispositif de traitement de données 240.

La base de données 242 stocke également une cartographie des régions géographiques 102 survolées par la constellation de satellites 111.

La comparaison de l’image de l’oléoduc 202 s’effectue en comparant la valeur du pixel de l’image acquise avec un profil temporel de radiance de référence représentant la valeur représentative de lumière reçue en provenance de l’oléoduc 202 à chaque instant d’une journée. La valeur du pixel de l’image de l’oléoduc 202 représente la quantité de lumière reçue provenant de l’oléoduc 202. Cette valeur est comparée avec la valeur du profil temporel de radiance de référence correspondant au même instant dans la journée.

Il convient de souligner qu’un ajustement est effectué sur le profil de temporel de radiance de référence ou sur la valeur du pixel, afin que la comparaison de la valeur du pixel et du profil temporel de radiance de référence s’effectue dans des conditions d’éclairement similaire.

Il convient également de souligner que la comparaison de la valeur du pixel et du profil temporel de radiance de référence s’effectue dans un ou plusieurs bandes spectrales.

La troisième étape 23 comprend ainsi une première sous-étape de calcul de la valeur de radiance correspondant à l’oléoduc 202. Cette valeur de radiance correspond à la valeur du pixel de l’image de l’oléoduc 202.

Le profil temporel de radiance de référence 310 illustré sur la figure 3, correspond à la lumière reçue par le capteur 221 en fonction du temps. En d’autres termes, le profil de radiance représente les variations temporelles de la valeur du pixel correspondant à l’oléoduc 202.

Le profil de radiance 310 est basé sur plusieurs dizaines d’images de l’oléoduc 202, préalablement acquises et stockées dans la base de données 242.

Le profil temporel de radiance de référence 310 est calculé lors d’une deuxième sous-étape 232 à partir des images de l’oléoduc 202 préalablement acquises par les nanosatellites 111 de la constellation 110.

Le profil temporel de radiance de référence 310 correspondant à l’oléoduc 202 est déterminé par un calcul statistique sur les profils de radiance sur senseur des images de l’oléoduc 202 acquises préalablement dans des conditions d’éclairement similaire. Les conditions d’éclairement similaire correspondent à une couverture nuageuse équivalente, c’est-à-dire à la présence ou non de nuages, et à une luminosité équivalente. Les conditions d’éclairement correspondant à l’horodatage de chaque image peuvent être fournies par un centre météorologique.

Une correction est apportée à la valeur du pixel de l’image de l’oléoduc 202 au cours de la sous-étape 233. Cette correction, effectuée par l’intermédiaire d’une simulation, prend en compte la probabilité d’évolution de la radiance entre l’image traitée et le profil temporel de radiance de référence 310 et les conditions réelles d’éclairement. Cette sous-étape 233 permet notamment de prendre en compte des variations entre les conditions d’éclairement de l’image acquise et les conditions d’éclairement des images sélectionnées pour calculer le profil temporel de radiance de référence 310.

Il convient de souligner que cette correction va permettre d’avoir une comparaison plus fiable entre la valeur du pixel de l’image acquise et le profil de radiance de référence 310. Par exemple une image de la même zone d’intérêt 101 donne un résultat différent à midi et à 17h, car les conditions d’éclairement sont différentes. La simulation va ainsi permettre de s'affranchir de ces variations d’éclairement et de déterminer comment modifier lala valeur de l’image acquise afin d’obtenir des conditions d’éclairement similaire avec le profil de radiance de référence.

La comparaison de la valeur 320 du pixel de l’image de l’oléoduc 202 et du profil temporel de radiance de référence 310 effectué par le dispositif de traitement de données 240 permet de détecter une anomalie au cours d’une quatrième sous-étape 234.

Un algorithme de détection basé sur des méthodes statistiques utilisant l’une ou la combinaison de plusieurs des techniques d’analyse à composante principale, de réseaux bayésiens et/ou de « robust satellite technique >> va extraire de l’image observée les zones de comportement anormaux situé dans les endroits d’intérêts à surveiller.

Les évènements sont détectés à partir du profil temporel de radiance de référence 310 en étudiant la probabilité qu’un pixel se comporte de la façon observée dans les conditions normales de la scène correspondant à l’image acquise. Si cette probabilité est inférieure à un seuil donné, typiquement 5 %, on considère qu’il y a de très fortes chance (typiquement 95 %) d’observer un changement physique dans la scène par rapport aux conditions précédentes et donc, un évènement.

Dans le cadre d’une fuite sur l’oléoduc 202, une méthode statistique type « a contrario >> est particulièrement adaptée à la détection d’une anomalie sous pixelique traduisant la présence d’une fuite de pétrole sur l’oléoduc 202.

Il convient de souligner que le pétrole présente un coefficient d’émissivité important dans l’infrarouge, notamment autour de la longueur d’onde de 10 pm.

Le dispositif de traitement de données effectue une classification de l’anomalie selon la probabilité de fuite de pétrole au cours d’une étape 24 : - lorsque la probabilité de fuite est supérieure à 70 %, l’anomalie est classée comme « fuite de pétrole » ; - lorsque la probabilité de fuite est comprise entre 20 et 70 %, l’anomalie est classée comme « fuite possible de pétrole ; - lorsque la probabilité de fuite est inférieure à 20 %, l’anomalie est classée comme « absence de fuite de pétrole ». L’algorithme de classification est basé sur des méthodes d’apprentissages et/ou par arbres de décision qui permettent, au vu d’un catalogue d’évènement anormaux précédemment observés de comparer l’anomalie à différents profils statistiques types ainsi d’en discriminer la nature.

Il convient de souligner que dans le cas où l’anomalie est classée comme « fuite possible de pétrole », une simulation physique est effectuée autour du pipeline 202 afin de pouvoir déterminer les caractéristiques d’une fuite de pétrole hypothétique aboutissant à un profil d’image du pipeline 202 ayant une anomalie comparable. La simulation physique est basée sur un modèle radiatif de l’atmosphère et sur les caractéristiques physiques de la surface 201. Les résultats de la simulation sont alors utilisés pour classer définitivement l’anomalie en « fuite de pétrole » ou en « absence de fuite de pétrole ». L’anomalie traduit dans le présent exemple la présence d’une fuite de pétrole sur l’oléoduc 202. L’étendue de la fuite de pétrole est calculée en fonction de l’intensivité du rayonnement dans l’infrarouge, ce qui se traduit par la taille de l’anomalie. Une comparaison avec des images de fuites préalablement détectées ou simulées, stockées dans la base de données 242, est effectuée.

Une signalisation de l’évènement est émise au cours de l’étape 25. Un opérateur est ainsi alerté de la présence d’une fuite de pétrole sur l’oléoduc 202. L’alerte qui peut être une communication électronique par SMS (acronyme anglais de « Short Message Service ») ou par mail, indique la position géographique de la fuite et son étendu. L’opérateur valide ensuite le caractère réel de la fuite de pétrole.

Il convient de souligner que la position géographique de la fuite de pétrole peut être améliorée en reliant la localisation de l’image de la région géographique 102 aux données de la cartographie de la région géographique 102 précisant le tracé réel de l’oléoduc 202.

La base de données 242 sauvegarde l’image acquise ainsi que les caractéristiques de la fuite, en y incluant la validation par l’opérateur, ce qui permet d’améliorer la détection d’une prochaine fuite de pétrole.

Il convient de souligner qu’en cas d’une incertitude trop forte sur le caractère réel de la fuite de pétrole, l’évènement n’est pas sauvegardé dans la base de données 241.

Autres avantages et caractéristiques de l’invention

Dans des variantes de mise en œuvre de l’invention, le satellite comprend des moyens de propulsion et de stabilisation de l’orbite. Les données du système de commande d’attitude et d’orbite (SCAO) sont alors associées à chaque image acquise par le dispositif d’acquisition.

Dans des variantes de mise en œuvre de l’invention, le dispositif de traitement de données est situé dans un satellite inclus ou non dans la constellation.

Claims (13)

1. REVENDICATIONS

   1. Système de surveillance satellitaire d’au moins une zone d’intérêt (101,202) d’au moins une région géographique (102) d’une planète (103), permettant de détecter un évènement dans une zone d’intérêt (101, 202) d’une région géographique (102) et de signaler la localisation de l’évènement, le système de surveillance comprenant une pluralité de satellites (111, 112) en orbite autour de la planète (103) et un dispositif de traitement de données (240) comprenant des moyens de stockage d’une pluralité d’images de la région géographique, ladite région géographique (102) étant survolée régulièrement par au moins un desdits satellites (111, 112) formant une constellation, chacun desdits satellites (111, 112) comprenant des moyens autonomes d’alimentation électrique (211) et des moyens de mesure de la position (230) du satellite par rapport à la planète, caractérisé en ce que chacun desdits satellites (111,112) comprend également : - au moins un dispositif d’acquisition (220) d’au moins une image de la région géographique (102), ladite image étant acquise dans au moins une bande spectrale, ladite image ayant une résolution spatiale d’au moins un ordre de grandeur supérieure à une dimension caractéristique de la zone d’intérêt (101,202); - des moyens de mesure de l’orientation (231) du dispositif d’acquisition (220) par rapport à la planète (103) ; et - des moyens de transmission (235) de l’image acquise au dispositif de traitement de données (240).
2. 2. Système de détection selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de données effectue une analyse de l’image acquise permettant de détecter et de localiser l’évènement, l’analyse comprenant les étapes suivantes : - traitement (22) de l’image acquise par l’application d’au moins un filtre ; - comparaison (23) de l’image traitée avec des images de référence stockées dans les moyens de stockage, comprenant les sous-étapes suivantes : o calcul (23-i) de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt à partir de l’image traitée ; o extraction de la base de données des images précédemment réalisées de la zone d’intérêt dans des conditions d’éclairement similaires aux conditions d’éclairement de la zone d’intérêt, correspondant à l’horodatage de l’image acquise, et calcul (232) d’un profil temporel de radiance de référence (310) dans la bande spectrale ; o correction (233) de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt en déterminant une probabilité d’évolution de la radiance sur l’image traitée à partir du profil de radiance de référence (310) et des conditions réelles d’éclairement ; o détection (234) d’une anomalie dans l’image acquise en comparant la valeur de radiance avec le profil temporel de radiance de référence.
3. 3. Système selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l’image est acquise dans la bande spectrale de l’infrarouge.
4. 4. Système selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’image est acquise dans la bande spectrale de l’infrarouge court (« Short-Wave Infrared » ou SW IR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 0,8 et 2 pm, dans la bande spectrale de l’infrarouge moyen (« Medium-Wave Infrared » ou MWIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 1 et 5 pm ou dans la bande spectrale de l’infrarouge thermique (« Thermal Infrared » ou TIR) couvrant les longueurs d’ondes comprises entre 7 et 14 pm.
5. 5. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de données est situé au sol.
6. 6. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la masse des satellites de la constellation est inférieure à cent kilos.
7. 7. Système selon l’une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que le profil temporel de radiance de référence est déterminé par une moyenne, une statistique ou une probabilité à partir des images préalablement acquises de la zone d’intérêt.
8. 8. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que les moyens de stockage stockent également une cartographie des régions géographiques survolées, précisant la position de chaque zone d’intérêt.
9. 9. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que l’évènement détecté est une fuite de pétrole.
10. 10. Système selon la revendication 9, caractérisé en ce que le dispositif de traitement de données classe l’anomalie de l’image acquise selon la probabilité de la présence d’une fuite de pétrole.
11. 11. Système selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que les moyens de stockage comprennent une base de données.
12. 12. Procédé de détection d’un évènement survenant dans une zone d’intérêt d’une région géographique d’une planète mis en œuvre par un système de surveillance satellitaire selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu’il comprend les étapes suivantes : - acquisition (21) d’une image de la zone d’intérêt (101, 202) et des conditions de prise de vue, ladite image étant acquise dans une bande spectrale, ladite image ayant une résolution spatiale d’au moins un ordre de grandeur supérieure à une dimension caractéristique de la zone d’intérêt (101,202), les conditions de prise de vue comprenant l’horodatage de l’image, la position et l’orientation du dispositif d’acquisition par rapport à la planète ; - traitement (22) de l’image acquise par l’application d’au moins un filtre ; - comparaison (23) de l’image traitée avec des images de référence stockées dans les moyens de stockage, comprenant les sous-étapes suivantes : o calcul (23i) de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt à partir de l’image traitée ; o extraction de la base de données des images précédemment réalisées de la zone d’intérêt dans des conditions d’éclairement similaires aux conditions d’éclairement de la zone d’intérêt, correspondant à l’horodatage de l’image acquise, et calcul (232) d’un profil temporel de radiance de référence (310) dans la bande spectrale ; o correction (233) de la valeur de radiance correspondant à la zone d’intérêt en déterminant une probabilité d’évolution de la radiance sur l’image traitée à partir du profil de radiance de référence (310) et des conditions réelles d’éclairement ; o détection (234) d’une anomalie dans l’image acquise en comparant la valeur de radiance avec le profil temporel de radiance de référence.
13. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce qu’il comprend en outre les étapes suivantes : - classification (24) de l’anomalie détectée pour préciser le caractère réel de l’évènement ; - signalisation (25) de l’évènement en fonction du caractère réel de l’évènement.