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WO1993002749A1 - Procede pour la detection et la lutte contre les feux de forets - Google Patents

Procede pour la detection et la lutte contre les feux de forets Download PDF

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WO1993002749A1
WO1993002749A1 PCT/FR1992/000754 FR9200754W WO9302749A1 WO 1993002749 A1 WO1993002749 A1 WO 1993002749A1 FR 9200754 W FR9200754 W FR 9200754W WO 9302749 A1 WO9302749 A1 WO 9302749A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
detection
anomaly
thermal
ground
planes
Prior art date
Application number
PCT/FR1992/000754
Other languages
English (en)
Inventor
Jacques Julien Lang
Original Assignee
Jacques Julien Lang
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jacques Julien Lang filed Critical Jacques Julien Lang
Publication of WO1993002749A1 publication Critical patent/WO1993002749A1/fr

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
    • G08B17/00—Fire alarms; Alarms responsive to explosion
    • G08B17/005—Fire alarms; Alarms responsive to explosion for forest fires, e.g. detecting fires spread over a large or outdoors area
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A62—LIFE-SAVING; FIRE-FIGHTING
    • A62C—FIRE-FIGHTING
    • A62C3/00—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places
    • A62C3/02—Fire prevention, containment or extinguishing specially adapted for particular objects or places for area conflagrations, e.g. forest fires, subterranean fires
    • A62C3/0271—Detection of area conflagration fires

Definitions

  • the present invention relates to a method for the systematic detection and positioning of thermal anomalies on the ground surface.
  • the basic concept is based on the implementation of material means of dynamic geographic positioning and transmission of information in real time of images and temperature zones on the ground which, although each existing individually, have never been all combined and implemented specifically to achieve the object of the present invention.
  • a thermal sensor only measures the emissivity level of the visible surface of an object or a tree, or the temperature of an open flame. Any volume of insulating material hiding the direct view of the flame prevents the detection of a rise in object or tree temperature, and view or analyze the hidden flame.
  • the lateral displacement relative to a wood edge would, however, randomly allow the flame to be seen for a few moments between the trees whose relative entanglement will be modified by the displacement of the point of view.
  • a thickness of several kilometers of low atmosphere makes any correct measurement of temperature illusory, the measurement being able to be distorted by a volume, even small, of an atmosphere locally overheated by radiation of a clear limestone surface returning for example the heat of the sun, and being on the trajectory.
  • Another handicap is that a tree 40 cm in diameter and 12 meters high represents a screen of 4.8 m 2 : around twenty trees randomly planted and sufficiently tight represent a thermal screen of 100 m 2 in average.
  • a fire inside a forest, even just 50 meters from the edge will therefore not be detectable by a thermal sensor located at a horizontal distance of 1km, even if the sensor has a location located at an angle of 20 to 30 ° of inclination, as can be the case for a watchtower at the top of a hill.
  • the "trace of water on the ground" made by a fight aircraft is limited to an ellipse whose axes are less than 55 * 20 meters for a drop height of 50 meters; and for a TRACKER type aircraft, the trace is 18 x 4 meters at full load, for a height of drop of 35 meters. If the wind is strong, the progression of the fire can then be much faster than the possibilities of extinguishing all the combined water bombers, depending on the distance from the scooping site, or of replenishing water and retarding by report to the place of fire, which lengthens the interval between the drops.
  • the problem is therefore to be able to quickly detect thermal anomalies on the ground surface, such as in this main application, the start of fires (within ten minutes at least) and with a minimum of interpretation error on the cause of this anomaly, and at the same time provide the Control and / or Command centers: the precise position of this anomaly by automatic recording on a computer screen of its clear geographic coordinates, allowing its progress and speed to be measured progression, and in the case of a fire, the temperature levels reached at its various points.
  • a solution to the problem posed is a method of systematic airborne detection and positioning of thermal anomalies on the surface of the ground, thanks to the use of various planes and terrestrial means, sensors adapted to the desired detection and communication systems and location, in which:
  • any thermal anomaly is identified and interpreted according to its nature, using said detection means, either vertically, by means of a vertical viewfinder or a video camera in suitable position, either when passing through, the precise coordinates of the anomaly then being supplied by the computer of the installed thermal scanning scanner detector, refined by the attitude detector; - the said raised position is transmitted to the command post where its clear coordinates are displayed in real time on a digital vector map of the area concerned, centered around the point of the anomaly which appears visibly;
  • one chooses, among these means, the availabilities, of which one is then informed, the best suited to combat the cause of the anomaly and the disaster which may have declared and spread, and one initiates the order of their mobilization towards the point and the zone identified of this anomaly.
  • the objective of the present invention is also achieved by means of a systematic airborne detection and positioning device for thermal anomalies making it possible to apply the above method, thanks to the use of various planes and land means, and comprising:
  • very precise navigation means such as by satellite reference, associated with a device for recording their position and means of thermal detection by scanning or laser scanning sensors and finally means of transmission to a ground command post,
  • any means of communication with said planes and any means of processing the information transmitted by them with those stored in a memory of any suitable computer means corresponding to the region to be controlled, in order to to display on a screen the map thereof, centered around said points of the anomaly detected by said planes.
  • the object of the present invention is to allow both the detection and the precise localization of an anomaly within eight to ten minutes, and the immediate and automatic transmission of this information by coded radio to a control station and / or command or alert concerned.
  • the result is a new systematic airborne detection and positioning process for thermal anomalies.
  • This process makes it possible to provide immediately on a screen to the person on duty all information, by digital vector or scanned maps of the site, of synthetic images by mesh established from an altimetry database allowing him to visualize the site in relief, with all the obstacles and the possibilities of access, to know the current geographical situation of the various terrestrial means of fight, and for a fire, the water points, in canalization as in the open air, then from that the close surveillance aircraft is on the scene, the temperatures reached at the various stages of the fire as it evolves, in real time.
  • the information must be sufficiently numerous and up-to-date to enable it to assess the importance of the means to be sent to the scene, being then certain that these means, if they are well used, will be sufficient.
  • the invention therefore essentially relates to a method for detecting and locating an anomaly, such as the start of a forest fire, with a precision and a speed making it possible to combat it with maximum efficiency, this method consisting in particular:
  • the detection flight must be carried out at high altitude for five main reasons: a / the search for the minimum of turbulence in strong winds, in order to limit instability in pitching, roll, and yaw, the residual fluctuations being however smoothed electronically by the beam stabilizer of the thermal scanning scanner, and thus obtain a geometrically stable image allowing perfect reliability of location and vertical measurements. b / the search for the purest and clearest atmosphere possible, in order to increase the contrast of the image of the ground. c / the search for the highest point in relation to mountain peaks, especially when the slopes are very steep and surround deep gorges, requiring a line of sight with a pronounced oblique.
  • the angular speed is linked to the speed of the scanning of the scanner for a determined speed. e / the higher the plane flies, the easier and more reliable the radio links and the data transmission from the scanner.
  • Detection takes place in two different modes, independent of each other, the first being able to operate alone and the second specifically adapted to fire detection:
  • thermal scanning sensors analyzing the ground surface in the 3.5u band and in the 8-12 ⁇ band.
  • the same thermal infrared sensors used vertically on an aircraft are much more effective: thus, the same tree trunk 40 cm in diameter seen from above. above it only represents a surface of 0.123 m 2 and is no longer a screen thermal, because the tree first ignites on its outer surface in contact with the oxygen in the air, and this rise in surface temperature will be directly detectable by the sensor vertically or obliquely very pronounced.
  • a smoke which can possibly be detected before the passage of the plane, by a human observer, who can generally within two minutes ensure that it is indeed a fire, if necessary by using a pair of binoculars with a gyroscope stabilized beam.
  • a passage to the exact vertical controlled from a vertical viewfinder of the type used for aerophotogrammetry allows the precise pointing of the position of the light at the same time as it allows to raise the doubt on the reality of the departure of fire, and measurement of its coordinates, the coordinates being reported by copying information from a navigation / positioning receiver by satellites, for example of the "GPS" (Global Positioning System) type, equipping the aircraft.
  • the attitude of the aircraft must be perfectly neutral at the time of aiming, which is not obvious, the pilot is often required to make small course corrections of last seconds to pass exactly vertical to the point, this which changes two of the parameters.
  • attitude errors are then taken care of by the computer.
  • the observer or pilot must be able to "freeze" information from. position by pressing a button, which activates the radio transmission of digitized information of this position. It is actually more reliable to automate the radio transmission of the anomaly position by sending a series of digitized data as soon as the scanner sensor has detected this temperature anomaly at a point on the ground not listed as normal, because such an anomaly can be caused by the operation of a thermal plant, municipal landfill, hydrocarbon transport pipe, etc. which are pre-identified and their normal emissivity level canceled electronically as a decoy such as shown in figure 1. reference.
  • the elevation of the level on one or more pixels, compared to the normal level of emissivity previously spotted on the same site or an enlargement of the surface concerned by this anomaly triggers the emission of its coordinates.
  • the transmission of an alert by elevation of the temperature above the normal threshold or its widening to an abnormal surface will then be considered as the start of a disaster and displayed as such in clear geographic coordinates on the screen, for example at high definition, from a computer located at the command post.
  • the detection plane continues its flight according to the established plan, the continuity of the surveillance having to be ensured.
  • the computer activated automatically by the message it receives immediately displays the scanned map of the region concerned, centered exactly on the point of the anomaly, which appears highlighted and intermittently 35. at a fast pace, in the center of the screen.
  • the coordinates of this anomaly or of the start of a disaster appear in clear in the margins of the image, or in a box in degrees minutes and thousandths of minute.
  • the importance and the dangers presented by the type of anomaly considered in relation to its environment and to the disaster which it can then cause is displayed on the screen by means of codes.
  • the same information: clear coordinates of the anomaly, date, hour, minute, second, of its discovery, are transmitted in real time to the operational center concerned, to the operational centers which depend on it, and to similar organizations, depending on the country and the types of anomalies and the causes that caused them.
  • the invention provides for the transmission of a take-off order within five minutes of the arrival of the alert message, from a twin-engine close observation aircraft, designed for this activity or having undergone the necessary adaptations certified by the administrations concerned, capable of large differences in flight speed, and with total visibility on the ground up to the vertical, equipped with the same means of precise positioning and hatches allowing vertical shooting and the use of a thermal scanner identical to that fitted to detection planes, thermal imaging cameras and photographic cameras; all these sensors allow the image of the anomaly to be transmitted in real time to the same units and organizations concerned as well as to emergency managers, who will also be equipped with the same autonomous geographic positioning means and reception equipment by radio of digitized images, and of a computer with map and color graphic screen, preferably of high resolution, providing them with the display of the information necessary for the good knowledge of the phenomenon that they are in charge of assisting or / and fight if it is harmful.
  • This same aircraft can also provide in real time the elements allowing the automatic tracing of a three-dimensional image of the site taken on board the aircraft and at the ground control post from two images taken at two separate points of a distance adapted to the flight height and the dimension of the phenomenon.
  • the close-up surveillance plane uses the thermal scanner to record the different temperature ranges on the incident, by rectilinear passes, and will possibly carry out the processing which will be transmitted in time real by radio at the command post, or will transmit the raw data directly to a truck equipped for this treatment and transferred at a suitable distance from the disaster site, if it presents dangers of rapid extension.
  • These analyzes carried out at regular intervals in order to inform the command post about the evolution of the incident, and to enter into computer memory as calculation data for an "EXPERT" system, the value of which is described below, are time-stamped from the electronic clock, the information of which is transmitted by the satellite positioning system, ie with extremely rigorous precision. This precise information marking the date and the exact time from a precise time base at 1 x 10 "8 is also recorded on all computer screens used for the fight engaged, and is at the same time recorded on a locked computer file.
  • the invention relates to a method for the detection and localization of anomalies, which can be the beginnings of claims with thermal incidence, with a precision and a speed making it possible to route the means of assistance and / or wrestling with maximum efficiency: this process consists, as already indicated above, of systematically flying over areas at risk, by specific fast planes, flying at high altitude, with high visibility on the ground equipped with navigation means displaying a position very precise geographic on the screen of a navigation and positioning system by satellites; this system, for more precision, is adjusted by a second system located on the ground and allowing differential operation, stabilized by a navigation system of a different principle, (for example an inertial unit), provided with a control of display and recording of positioning in clear geographic coordinates, the assembly making it possible to measure the position at a given instant of a thermal anomaly on the ground: this is positioned in real time either by an optical sighting system, or by the computer of a thermal scanning detector with a precision such that it can discover and measure the emissivity level of a
  • an anomaly such that a loss start, such as a fire for example: the precise coordinates of this anomaly are calculated in real time by the trigonometric calculator of the scanning scanner and the transmission of these coordinates, the processing of the necessary data, then take place as described previously.
  • the operator On the screen displaying the digitized map of the region affected by the anomaly, the operator then has the possibility of displaying, by using computer function keys, various computer layers from the overlay cartography, to the same scale, adding or subtracting, at will, useful information and related information, in particular if it is a fire:
  • This information is intended to enable specialized personnel to dispatch from the nearest barracks and other intervention centers the most appropriate means to assist and / or combat the phenomena detected; information provided by the real-time transmission of temperature ranges in the event of a disaster and the measurement of the rapidity of its evolution over time will, by their immediate use as variables in an expert system taking into account all the necessary parameters, the number and the type of emergency means necessary to overcome the detected anomaly and its consequences, and above all not to be overwhelmed by an evolution of the phenomenon faster than the possibilities of fight.
  • the invention also relates to such a method in which the most rational routing of ground control means is ensured by displaying on their on-board computer screens the best routes to reach the site, according to their current position, which is constantly provided by means of positioning by satellites, in real time, on the route displayed on the screen, also showing the position of the fire, the estimated time of arrival on the premises according to their average accomplished so far and their current speed of progression, also displayed by means of positioning and navigation by satellites and taken into account by the computer.
  • the characteristics set out above alone make it possible to overcome the difficulties of such an operation while respecting a certain number of technical requirements. We will therefore set out succinctly these difficulties and these imperatives with reference to the appended drawings which illustrate by simple diagrams the conditions for implementing the method according to the invention.
  • Figure 1 is a diagram illustrating the need for a high observation altitude in dry high pressure weather, in order to increase the apparent contrast of the ground in medium oblique vision.
  • Figure 2 is a diagram similar to Figure 1, but illustrating the obligation of a high observation altitude depending on the terrain.
  • FIG. 3 is an example of application of the method for monitoring thermal incidents of a French department chosen as an example for this purpose, with an area of approximately six thousand km 2 .
  • Figure 4 shows schematically the principle of optimum spacing between parallel aerial passes, determined in particular by the best position calculation accuracy at the edge of the scanning field of the high-definition thermal scanner, compared to the visual field of detection by good visibility.
  • FIG. 5 diagrams the architecture of the system of equipment on board mobile command posts.
  • FIG. 7 schematizes the architecture of the system of the computer equipment of the emergency vehicles, in the case of forest fires.
  • FIG. 1 illustrates the conditions for detecting a " thermal " incident 4, the typical example of which is that of a forest fire in the presence of a layer of dry mist 5 with increasing density towards the ground, we see: that a lookout 6 located on the ground is in the worst conditions of observation of a phenomenon such as a fire or its manifestation as smoke 7. Because the polluted layer and the constant oscillations of the air due to changes in the refractive index of the lower layers are the most important: it is therefore random to see under these conditions white smoke against a background of milky sky.
  • the thickness of mist to cross to observe a point located at a distance of 5-000 meters from the observer is 5-700 meters, while at a height of 5-000 meters (point B ), it is still 4,300 meters: but at a height of 10,000 meters (point C ), it is no more than 3-500 meters.
  • an observer located in an airplane 1 positioned at A experiences observation difficulty due to the distance, he can use an optical approximation means of sufficient magnification, with a virtual image stabilized by a high-speed rotating mirror mounted as a gyrometer, (for example binoculars of magnification 8 to 10, with image gyro-stabilized).
  • the vibrations, whether at high or low frequency, will thus be completely filtered, and the conditions of observation perfect.
  • Figure 2 illustrates, diagrammatically to scale, the conditions for observing a massif for example of 1,147 meters above sea level such as the Sainte Beaume massif in the South of France, we see that at an altitude of 10,000 meters, the entire assemblage and its region is visible, while from a height of 3-000 meters, an entire slope can be hidden. From point D representing the situation of a plane which would fly at 5-000 meters, vision is possible on the two slopes of the same mountain, but from point E, located on the next pass at the same altitude, but offset by 10 km, vision becomes impossible on the entire northern slope of this mountain. From points F and G, the whole mountain is visible despite the distance and from point F the contrast remains identical to that offered by the vision obtained from point D.
  • Figure 3 shows in fact that with two planes 11 and 12 flying at the desired speed between 9-000 and 10,000 meters above sea level, each according to a route programmed according to the best situation in relation to the reliefs, the surveillance of a surface of 6,000 km 2 would leave no point in such an area for more than 10 minutes without observation made at an angle of 30 ° obliquely on either side of the vertical, which is the goal.
  • a rapid detection airplane 1 fulfilling the required conditions must have a high or at least median wing located very aft, preferably powered by two rear turbines equipped with pushing propellers with 5 or 6 blades, so as to offer the greatest visibility. possible towards the front, on the sides, and towards the rear, in particular when cornering, which practically excludes almost all of the classic twin-engine low wings, the time zones and the low wing obstructing visibility towards the ground, especially on the inside when cornering; the cabin of this type of aircraft flying at 10,000 meters must obviously be under pressurization, the analysis head of the thermal sensor being housed, either in a bell in the open air, outside pressurization, or in a luggage compartment, not pressurized. 17
  • the angle of field of view ⁇ l represents a width of field on the ground of approximately 18 km, which depends on the height of the reliefs such that the observer or the on-board thermal detector can detect an anomaly there, such as smoke or a fire, and provide its position and description by means of a camera or photographic camera with a silver image or directly digitized. In the latter case, the image of a thermal incident departure is immediately transmitted by radio to the operational Command Post.
  • the angle ⁇ 2 represents the scanning field actually used by the process of a high definition thermal detector, the overlap of one pass over the other being always ensured by a spacing of the passes of 10 km between two traces on the ground and a scanning angle of the scanner twice the useful angle.
  • an on-board computer 10 records all the information from the satellite navigation system 11 coupled to an inertial unit 12 and ensures its processing. It also receives attitude, attitude and heading information, provided by the flight director of the aircraft from the gyros 13 or from another attitude detection system. The ground height information is provided by the radiometer 14 coupled to the inertial plus satellite navigation systems of the assembly 11.
  • All this information is compared by the computer 16 to that provided by the computer of the thermal detector 17, and partly recorded on the margins of the image supplied by the scanner sensor by a digital recorder 18, in computer format 8 mm for example.
  • the computer also transmits to the brewing unit the date, place and positioning information provided by the positioning and navigation system by satellites, which will appear fixed by the corresponding incrementers 19, 20 and 21 on the images transmitted by three video cameras. 22, 23, 24.
  • VCRs 25 and 26 record images from front and rear video cameras, the professional mobile camcorder records its own images independently.
  • a portable printer 29 with a minimum definition of 360 x 360 dots per square inch can edit the various pieces of information at any time.
  • Figure 6 shows the architecture of a command post mobile: on the left at 31 ”the various telemetry antennas
  • a second high-definition computer screen 35 allows the visualization of temperature analyzes of progressing thermal phenomena, and will be switched to one of the thermal detectors on high altitude aircraft or those of close surveillance by means of the reception assembly 3 , including antennas and computer.
  • Two printers one black and white 39. for editing texts and diagrams, in particular transmitted by fax, by an appropriate radio means of VHF or radiotelephone type, the other printer 40 in color, for screen copying color.
  • the various means of transmission used depending on the data to be transmitted are voice or radio, or radio and various portable such as VHF or UHF.
  • Figure 1 shows schematically the routing system of cars and assistance vehicles and / or fight against thermal incidents.
  • a laptop computer 41 having the same operating system as the main computer 37 of the command post or an adaptation interface, equipped with a color screen of the SUPER VGA type, or better at high resolution, receives the information provided by the satellite positioning system to an onboard navigator 42, and those provided by any other transmitting means to a receiver 43 with which each car is equipped, capable of operating in differential mode, and moreover the computer will be equipped with a modem.
  • fax compatible communication it records the information transmitted by the detection aircraft 1 and by the mobile command post 31. with the recorded mention of the precise date and time, provided by the navigator by satellites and setting the internal clock of the computer.
  • This various information can be transmitted by radio or by radiotelephone, or by fax by means of the radiotelephone, the whole being processed by the multifunction transmitter 44.
  • the car manager can obtain the current position of the vehicle at any time on the screen. anomaly and / or the area of the disaster on a vectorized or scanned digital map, the current position of the vehicle, and the best route to get to the scene with the average journey times and the probable time of arrival, depending differences in time of the actual journey compared to the average time recorded on the mass memory 37-
  • the exact time is constantly displayed, provided by the satellite navigation system, as well as the current position in clear geographic coordinates: degrees, minutes and thousandths of a minute.
  • the computer is supplied by on-board current, but it can also operate in complete autonomy thanks to two incorporated low-voltage batteries.
  • the computer can be connected to a mass memory 38, if the capacity of the hard disk proves to be insufficient, which may be the case for scanned cards.
  • an optical memory on laser discs is added to it.
  • it is connected to a recorder 39 linked to the cartographic system and to the satellite navigation system, which makes it possible to record the journeys made, as a function of time, and a separate or fixed printer 40 operating on the same supply network. .
  • This printer also makes it possible to draw the diagrams necessary for directives, while keeping the data on file, and to edit the messages received by fax, in particular coming from detection aircraft.
  • the method according to the invention is particularly well suited to rapid airborne detection and to the precise positioning of forest fire departures. It can be extended to:

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Forests & Forestry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

Le procédé suivant l'invention consiste à survoler systématiquement à haute altitude la surface de la zone à risque que l'on veut surveiller selon un circuit prédéfini et à partir d'un nombre d'avions suffisants et nécessaires en fonction de la surface totale à couvrir et de la fréquence de passages souhaitée, lesdits avions étant équipés de moyens de navigation très précis et d'équipements d'enregistrement de leur position et de moyens de détection thermique ainsi que des moyens de transmission à un poste de commandement au sol; on transmet en temps réel à celui-ci tous les points d'anomalies éventuellement repérés, ce qui permet, en fonction des caractéristiques de la zone concernée, des moyens réellement disponibles et des conditions de l'environnement que l'on peut contrôler également en temps réel, d'envoyer les moyens de lutte nécessaires et les plus aptes à acheminer pour lutter contre la cause de ladite anomalie et contre tout sinistre ayant pu être provoqué par cette anomalie.

Description

PROCEDE POUR LA DETECTION ET LA LUTTE CONTRE LES FEUX DE FORETS
DESCRIPTION La présente invention concerne un procédé pour la détection systématique et le positionnement des anomalies thermiques à la surface du sol.
Le concept de base repose sur la mise en oeuvre de moyens matériels de positionnement géographique dynamique et de transmission d'informations en temps réel d'images et de zones de température au sol qui, bien qu'existant chacun individuellement, n'ont jamais été combinés tous ensemble et mis en oeuvre spécifiquement en vue de parvenir à l'objectif de la présente invention.
Une des applications principales de l'invention, pour laquelle est développé à titre d'exemple important, car utilisant toutes les spécificités et intérêts du procédé, dans la description ci-après, est la détection et le positionnement des départs de feux de forêts, à partir d'une surveillance préventive des régions à risque.
D'autres applications sont cependant et également envisageables tel qu'en matière de pollution, de surveillance nocturne de pipelines transportant des produits pétroliers, de détection précoce des risques d'éruption volcanique, de repérage de crashes d'avions, de positionnement et d'évaluation de zones de forêts atteintes par des maladies etc..., soit à chaque fois que la rapidité de détection et la précision de positionnement sont utiles sinon vitales.
Il est reconnu en effet, dans l'application à la détection de départs de feux en particulier, que même dans les conditions dites "à risques sévères", fréquemment rencontrées, notamment l'été dans les régions chaudes et sèches telles que dans le Sud de la FRANCE, un départ de feu attaqué dans les dix minutes peut être maîtrisé. Attaqué dans les vingt minutes, il nécessite déjà la mise en oeuvre de moyens importants et exige plusieurs heures de lutte pour le maîtriser. A partir de quarante minutes, notamment par fort Mistral, il est devenu un incendie grave, mettant en péril la vie des sauveteurs et des habitations. Seuls alors le fléchissement ou l'arrêt du vent peuvent permettre de retourner la situation.
Or, les techniques de détection, et surtout de positionnement des feux actuellement utilisées ne permettent pratiquement jamais une intervention rapide et efficace des secours, ce qui explique les dégâts considérables causés chaque année par les feux de forêts.
Les responsables de la lutte reconnaissent que la détection des feux en zones montagneuses est très aléatoire. Il est utilisé en effet à ce jour des systèmes "de guet terrestre fixe", composés de vigies : l'observateur qui a détecté visuellement une fumée suspecte doit ensuite la localiser, puis donner l'alerte aux Forces d'Intervention. Pratiqué à partir de tours de guet, ce positionnement de départ d'incendies est aléatoire : dans la majorité des cas, le guetteur n'a pas la vision directe de la base du feu. Il n'aperçoit que la fumée émergeant d'un masque en un point qui peut être très éloigné de sa source par suite des effets combinés du relief et du vent. La "triangulation" donne alors des résultats le plus souvent aberrants. A ce stade du processus, il n'y a pas d'autre solution que d'aller voir sur place pour se rendre compte directement de quoi il retourne. L'emploi de l'hélicoptère étant loin d'être généralisé, et le recours à un avion de guet étant tout à fait aléatoire, c'est le plus souvent en voiture que s'effectue cette reconnaissance. L'addition de ces différents délais conduit à des retards d'intervention et le mauvais positionnement réalisé à vue provoque des erreurs d'itinéraires très préjudiciables : ainsi si la surface concernée dépasse un hectare, on a toutes les chances, les jours de grand vent, de voir l'affaire dégénérer en feu catastrophe. De plus la détection visuelle est aléatoire, d'une part à cause des défaillances humaines possibles, et d'autre part du fait qu'un feu peut avoir démarré longtemps avant qu'une fumée soit visible. Pour pallier à ces inconvénients, on utilise de plus en plus des équipements de détection automatiques, tels que des capteurs thermiques, mais même en ce cas, des erreurs coûteuses sont encore faites par méconnaissance des caractéristiques techniques de certains matériaux, et l'absence d'une méthode d'utilisation spécifique de ces matériels qui soit adaptée à cette détection.
En effet, un capteur thermique ne mesure que le niveau d'émissivité de la surface visible d'un objet ou d'un arbre, ou la teapérature d'une flamme vive. Tout volume de matériau isolant cachant la vue directe de la flamme empêche la détection d'une élévation de température de l'objet ou de l'arbre, et de visualiser ou d'analyser la flamme cachée.
Dans le cas d'une forêt, si on place un capteur dans une tour de guet ou au sommet d'un château d'eau, le capteur ne pourra détecter un feu que s'il est allumé en bordure de la forêt, en vision optique directe, sans qu'il y ait le moindre tronc d'arbre entre les flammes et le capteur, car le bois est un isolant thermique. Il serait préférable alors que le capteur soit placé sur un vecteur mobile : le déplacement latéral par rapport à une lisière de bois permettrait, de façon aléatoire toutefois, d'apercevoir la flamme quelques instants entre les arbres dont l'enchevêtrement relatif sera modifié par le déplacement du point de vue. D'autre part, une épaisseur de plusieurs kilomètres d'atmosphère basse, rend illusoire toute mesure correcte de température, la mesure pouvant être faussée par un volume, même faible, d'une atmosphère localement surchauffée par radiation d'une surface calcaire claire renvoyant par exemple la chaleur du soleil, et se trouvant sur la trajectoire.
Un autre handicap est qu'un arbre de 40 cm de diamètre et de 12 mètres de hauteur représente un écran de 4,8 m2 : une vingtaine d'arbres plantés de façon aléatoire et suffisamment serrés représentent un écran thermique de 100 m2 en moyenne. Une mise à feu à l'intérieur d'une forêt, ne serait-ce qu'à 50 mètres de la lisière ne sera donc pas détectable par un capteur thermique situé à une distance horizontale de 1km, même si le capteur présente une implantation située à un angle de 20 à 30° d'inclinaison, comme cela peut être le cas d'une tour de guet en sommet de colline.
D'autre part, en zones de plaines ou vallonnées, la multiplication des postes de guet et donc de guetteurs munis de postes de transmission radio, tous étant par principe sur la même fréquence, aboutit rapidement à un blocage de cette fréquence dès qu'un feu est perçu par l'un d'eux, empêchant alors la transmission des messages urgents qui permettraient l'organisation rapide des secours.
Par ailleurs, la "trace d'eau au sol" faite par un avion de lutte, comme à titre d'exemple un CANADAIR CL215, est limitée à une ellipse dont les axes sont inférieurs à 55 * 20 mètres pour une hauteur de largage de 50 mètres; et pour un avion type TRACKER, la trace est de 18 x 4 mètres à pleine charge, pour une hauteur de largage de 35 mètres. Si le vent est fort, la progression du feu peut alors être nettement plus rapide que les possibilités d'extinction de tous les bombardiers d'eau réunis, selon l'éloignement du site de l'écopage, ou de réapprovisionnement en eau et retardants par rapport au lieu d'incendie, qui allonge l'intervalle entre les largages.
Le problème posé est donc de pouvoir détecter très rapidement les anomalies thermiques à la surface du sol, tels que dans cette application principale, les départs de feux (dans les dix minutes au moins) et avec un minimum d'erreur d'interprétation sur la cause de cette anomalie, et de fournir en même temps aux centres de Contrôle et/ou de Commandement : la position précise de cette anomalie par l'inscription automatique sur un écran informatique de ses coordonnées géographiques claires, permettant de mesurer ses évolutions, sa vitesse de progression, et dans le cas d'un feu, les paliers de températures atteintes à ses différents points. Ces objectifs et problèmes à résoudre sont les mêmes dans la plupart des causes de pollution, de fuites de pipeline, etc..
Une solution au problème posé est un procédé de détection aéroportée systématique et de positionnement d'anomalies thermiques à la surface du sol, grâce à l'utilisation de divers avions et moyens terrestres, de capteurs adaptés à la détection souhaitée et de systèmes de communication et de localisation, dans lequel :
- on choisit des avions offrant une grande visibilité au sol et on les équipe, d'une part, de moyens de navigation très précis tel que par référence satellitaire, associés à un équipement d'enregistrement de leur position, d'autre part de moyens de détection thermique par capteur à balayage scanner ou laser, et enfin de moyens de transmission à un poste de commandement au sol;
- on détermine le nombre d'avions nécessaires en fonction de la surface totale à couvrir et de la fréquence de passage souhaité, et on survole systématiquement à haute altitude la surface de la zone à risque que l'on veut surveiller, selon un circuit prédéfini, déterminé en fonction du relief et d'une vitesse maximum choisie, compatibles avec les moyens de détection; - on repère toute anomalie thermique et on l'interprète en fonction de sa nature, grâce auxdits moyens de détection, soit à la verticale, au moyen d'un viseur vertical ou d'une caméra vidéo en position convenable, soit lors d'un passage travers, les coordonnées précises de l'anomalie étant alors fournies par le calculateur du détecteur thermique à balayage scanner installé, affinées par le détecteur d'assiette ; - on transmet ladite position relevée au poste de commandement où on affiche ses coordonnées claires en temps réel sur une carte vectorielle numérisée de la zone concernée, centrée autour du point de l'anomalie qui apparaît visiblement;
- pour la région concernée centrée sur cette anomalie, on consulte tous les renseignements utile's préalablement stockés en mémoire audit poste de commandement, et relatifs à toutes les voies de communication et d'accès au terrain, au relief du site et à ses caractéristiques, à l'implantation de l'habitat, aux obstacles éventuellement présents sur la région et à tous les moyens de secours et d'intervention disponibles par zone en fonction du type de cause ayant provoqué l'anomalie détectée;
- on choisit, parmi ces moyens, les disponibilités, dont on est alors informé, les mieux appropriées pour combattre la cause de l'anomalie et le sinistre qui a pu se déclarer et s'étendre, et on lance l'ordre de leur mobilisation vers le point et la zone repérés de cette anomalie.
L'objectif de la présente invention est également atteint grâce à un dispositif de détection aéroportée systématique et de positionnement d'anomalies thermiques permettant d'appliquer le procédé ci-dessus, grâce à l'utilisation de divers avions et moyens terrestres, et comprenant :
- à bord desdits avions, des moyens de navigation très précis, tels que par référence satellitaire, associés à un équipement d'enregistrement de leur position et des moyens de détection thermique par capteurs à balayage scanner ou laser et enfin des moyens de transmission à un poste de commandement au sol,
- à terre, dans ledit poste de commandement, tout moyen de communication avec lesdits avions et tout moyen de traitement des informations transmises par ceux-ci, avec celles stockées dans une mémoire de tout moyen informatique adapté et correspondant à la région à contrôler, afin d'afficher sur un écran la carte de celle-ci, centrée autour desdits points de l'anomalie détectée par lesdits avions.
Le procédé objet de la présente invention vise à permettre à la fois la détection et la localisation précise d'une anomalie dans un délai de huit à dix minutes, et la transmission immédiate et automatique de ces renseignements par radio codée à un poste de contrôle et/ou de commandement ou d'alerte concerné.
Le résultat est un nouveau procédé de détection aéroportée systématique et de positionnement d'anomalies thermiques.
Ce procédé permet de fournir en effet immédiatement sur un écran à la personne de garde tous renseignements, par des cartes numérisées vectorielles ou scannérisées du site, des images de synthèse par maillage établi à partir d'une banque de données altimétriques lui permettant de visualiser le site en relief, avec tous les obstacles et les possibilités d'accès, de connaître la situation géographique actuelle des divers moyens terrestres de lutte, et pour un feu, les points d'eau, en canalisation comme à l'air libre, puis dès que l'avion de surveillance rapprochée est sur les lieux, les températures atteintes aux différents paliers du feu au fur et à mesure de son évolution, en temps réel. Les renseignements doivent être suffisamment nombreux et actualisés pour lui permettre d'évaluer l'importance des moyens à envoyer sur les lieux, étant alors certain que ces moyens, s'ils sont bien utilisés, seront suffisants.
L'invention concerne donc essentiellement un procédé pour détecter et localiser une anomalie, tel que le départ d'un feu de forêt, avec une précision et une rapidité permettant de la combattre avec le maximum d'efficacité, ce procédé consistant en particulier :
- d'une part à observer visuellement les zones sensibles concernées au moyen d'un avion rapide volant à une altitude minimale représentant en moyenne trois fois et demie l'altitude des plus hauts sommets de la région surveillée. Dans les départements à reliefs accentués comme en FRANCE celui des Alpes Maritimes, l'avantage de l'observation aérienne à haute altitude est évident, surtout si on l'effectue avec des moyens modernes de positionnement automatique, par passage à la verticale ou par son travers. - d'autre part, à analyser à l'aide d'un scanner thermique à balayage les points chauds au sol, en mesurant leur position exacte, grâce à un système de navigation suffisamment précis. Le vol de détection doit s'effectuer à haute altitude pour cinq raisons principales : a/ la recherche du minimum de turbulences par grand vent, afin de limiter l'instabilité en tangage, roulis, et lacet, les fluctuations résiduelles étant toutefois lissées électroniquement par le stabilisateur du faisceau du scanner thermique à balayage, et ainsi obtenir une image géométriquement stable permettant une parfaite fiabilité des mesures de localisation et de verticale. b/ la recherche de l'atmosphère la plus pure et limpide possible, afin d'augmenter le contraste de l'image du sol. c/ la recherche du point le plus élevé par rapport aux sommets montagneux, notamment quand les pentes sont très fortes et entourent des gorges profondes, nécessitant une ligne de visée à oblique prononcée. d/ la possibilité d'une vitesse élevée pour diminuer le nombre d'avions par rapport à la surface surveillée, et limiter 1'encombrement des fréquences radio utilisées, tout en observant tous le points de la région concernée toutes les dix minutes. La vitesse élevée ne peut être obtenue qu'à haute altitude avec des turbines relativement peu puissantes et de faible consommation. Par ailleurs, un survol trop rapide à basse altitude ne permettrait pas un temps d'observation suffisant, et la vitesse de déplacement angulaire par rapport à un phénomène aperçu au sol doit rester faible et compatible avec le temps nécessaire à cette analyse. La vitesse angulaire est liée à la vitesse du balayage du scanner pour une vitesse déterminée. e/ plus 1'avion vole haut, plus les liaisons radio et la transmission de données du scanner seront aisées et fiables.
La détection s'opère selon deux modes différents, indépendants l'un de l'autre, le premier pouvant fonctionner seul et le second spécifiquement adapté à la détection de feu :
- au moyen de capteurs thermiques à balayage analysant la surface du sol dans la bande des 3.5u et dans la bande des 8-12μ. Contrairement en effet à l'utilisation des capteurs au niveau du sol comme indiqué précédemment, les mêmes capteurs infrarouges thermiques utilisés en verticale sur un avion sont beaucoup plus efficaces : ainsi, le même tronc d'arbre de 40 cm de diamètre vu par au-dessus ne représente plus qu'une surface de 0,123 m2 et n'est plus un écran thermique, car l'arbre s'enflamme d'abord sur sa surface extérieure en contact avec l'oxygène de l'air, et cette élévation de la température de surface sera directement détectable par le capteur en verticale ou en oblique très prononcée. - à vue, une fumée pouvant éventuellement être détectée avant le passage de l'avion, par un observateur humain, lequel peut généralement dans les deux minutes s'assurer qu'il s'agit bien d'un incendie, au besoin en se servant d'une paire de jumelles à faisceau stabilisé par gyromètre. Dans ce cas, un passage à la verticale exacte contrôlée à partir d'un viseur de verticale du type utilisé pour l'aérophotogrammêtrie permet le pointage précis de la position du feu en même temps qu'il permet de lever le doute sur la réalité du départ de feu, et la mesure de ses coordonnées, les coordonnées étant reportées par recopie des informations d'un récepteur de navigation/positionnement par satellites, par exemple du type "G.P.S." (Global Positioning System), équipant l'avion. L'assiette de l'avion doit être parfaitement neutre au moment de la visée, ce qui n'est pas évident, le pilote étant souvent amené à effectuer de petites corrections de cap de dernières secondes pour passer exactement à la verticale du point, ce qui modifie deux des paramètres.
Dans le premier cas, la détection systématique au moyen de capteurs thermiques à balayage indique la position exacte de l'anomalie grâce à un calculateur intégré, ce qui évite le léger déroutement exigé par un passage "verticale", comme pour la visée optique. L'anomalie est alors détectée au moment du passage "verticale" ou "travers" de l'avion par la mesure de l'émissivité effectuée par le scanner, au-dessus d'un seuil considéré comme normal.
En fonction de la vitesse élevée (plus de 720 km/h) de l'avion de détection, la dégradation aléatoire volontaire des positions, par codage de l'information de point du système de navigation par satellite tel que le G.P.S. , nécessite son couplage avec un calculateur fournissant une interpolation de la position toutes les
0,05 seconde, soit une précision géographique en coordonnées claires meilleure que 10 mètres- Toutefois, les variations de roulis de l'avion doivent être compensées pour le calculateur du scanner afin d'obtenir la même précision si une anomalie est détectée loin de la verticale pure, par l'utilisation simultanée d'un autre moyen, tel par exemple une centrale inertielle couplée au système de navigation par satellite comme le G.P.S. , ou d'autres moyens tel que l'utilisation de l'effet Doppler pour la mesure de l'assiette de l'avion en comparant les temps de réponse de l'information de distance à partir de deux 5 antennes situées aux extrémités des ailes, pour le roulis, et aux extrémités du fuselage pour le tangage : les erreurs d'assiette sont alors prises en charge par le calculateur.
L'observateur ou le pilote doivent pouvoir "geler" l'information de. position par appui sur un bouton, ce qui active la transmission 10 radio d'une information numérisée de cette position. Il est en réalité plus fiable d'automatiser la transmission radio de la position de 1'anomalie par envoi d'une série de données numérisées dès que le capteur scanner a détecté cette anomalie de température à un point au sol non répertorié comme normal, car une telle anomalie peut être 15 provoquée par le fonctionnement d'une usine thermique, de décharge municipale, d'un pipe de transport d'hydrocarbures etc.. lesquels sont prérepérés et leur niveau d'émissivité normale annulée électroniquement en tant que leurre tel que représenté sur la figure 1. référence . 20 L'élévation du niveau sur un ou plusieurs pixels, par rapport au niveau normal d'émissivité préalablement repéré sur le même site ou un élargissement de la surface concernée par cette anomalie déclenche l'émission de ses coordonnées.
La transmission d'une alerte par élévation de la température au- 25 dessus du seuil normal ou son élargissement à une surface anormale, sera alors considérée comme un début de sinistre et affichée comme telle en coordonnées géographiques claires sur l'écran, par exemple à haute définition, d'un ordinateur situé au poste de commandement. L'avion de détection continue son vol selon le plan établi, la 30 continuité de la surveillance devant être assurée.
Au poste de contrôle et/ou de commandement, l'ordinateur activé automatiquement par le message qui lui est parvenu affiche aussitôt la carte numérisée de la région intéressée, centrée exactement sur le point de l'anomalie, lequel apparaît en surbrillance et intermittence 35. à cadence rapide, au centre de l'écran. Les coordonnées de cette anomalie ou de début de sinistre apparaissent en clair dans les marges de l'image, ou dans un encadré en degrés minutes et millièmes de minute. L'importance et les dangers présentés par le type d'anomalie considéré par rapport à son environnement et au sinistre qu'elle peut alors provoquer est affiché sur l'écran au moyen de codes.
Selon l'invention, les mêmes renseignements : coordonnées claires de l'anomalie, date, heure, minute, seconde, de sa découverte, sont transmis en temps réel au centre opérationnel concerné, aux centres opérationnels qui en dépendent, et aux organismes analogues, selon les pays et les types d'anomalies et de causes ayant provoqué celles-ci. Par ailleurs, et dans un second temps, l'invention prévoit la transmission d'un ordre de décollage dans les cinq minutes qui suivent l'arrivée du message d'alerte, d'un avion bimoteur d'observation rapprochée, conçu pour cette activité ou ayant subi les adaptations nécessaires certifiées par les administrations concernées, capable de grands écarts de vitesse de vol, et à visibilité totale au sol jusqu'à la verticale, équipé des mêmes moyens de positionnement précis et de trappes permettant la prise de vue verticale et l'utilisation d'un scanner thermique identique à celui équipant les avions de détection, de caméras thermiques à imagerie, et de caméras photographiques; tous ces capteurs permettent une transmission en temps réel de l'image de l'anomalie, aux mêmes unités et organismes concernés ainsi qu'aux directeurs des secours, lesquels seront également équipés des mêmes moyens de positionnement géographiques autonomes, d'un matériel de réception par radio d'images numérisées, et d'un ordinateur à carte et écran graphique couleur, de haute résolution de préférence, leur fournissant l'affichage des informations nécessaires à la bonne connaissance du phénomène qu'ils ont en charge d'assister ou/et de combattre s'il est nuisible. Ce même avion peut également fournir en temps réel les éléments permettant le tracé automatique d'une image du site en trois dimensions réalisée à bord de l'avion et au poste de contrôle au sol à partir de deux images prises en deux points séparés d'une distance adaptée à la hauteur de vol et à la dimension du phénomène.
Dès son arrivée sur le site, l'avion de surveillance rapprochée procède avec le scanner thermique à l'enregistrement des différentes plages de températures sur le sinistre, par passes rectilignes, et en effectuera éventuellement le traitement qui sera transmis en temps réel par radio au poste de commandement, ou bien transmettra directement les données brutes à un camion équipé pour ce traitement et transféré à distance convenable du site du sinistre, si celui-ci présente des dangers d'extension rapide. Ces analyses effectuées à intervalles réguliers dans le but de renseigner le poste de commandement sur l'évolution du sinistre, et à entrer en mémoire informatique en tant que données de calcul pour un système "EXPERT", dont l'intérêt est décrit plus loin, sont horodatées à partir de l'horloge électronique dont les informations sont transmises par le système de positionnement par satellites, soit avec une précision extrêmement rigoureuse. Cette information précise de marquage de la date et de l'heure exacte issue d'une base de temps précise à 1 x 10"8 s'inscrit également sur tous les écrans informatiques utilisés pour la lutte engagée, et est en même temps enregistrée sur un fichier informatique verrouillé.
En d'autres termes, 1'invention concerne un procédé pour la détection et la localisation des anomalies, qui peuvent être des débuts de sinistres à incidence thermique, avec une précision et une rapidité permettant d'acheminer les moyens d'assistance et/ou de lutte avec un maximum d'efficacité : ce procédé consiste comme déjà indiqué précédemment, à faire systématiquement survoler les zones à risque, par des avions spécifiques rapides, volant à haute altitude, à grande visibilité au sol équipé de moyens de navigation affichant une position géographique très précise sur l'écran d'un système de navigation et positionnement par satellites; ce système, pour plus de précision, est recalé par un second système situé au sol et permettant un fonctionnement en différentiel, stabilisé par un système de navigation d'un principe différent, (par exemple une centrale inertielle) , muni d'une commande d'affichage et d'enregistrement du positionnement en coordonnées géographiques claires, l'ensemble permettant de mesurer la position à un instant donné d'une anomalie thermique au sol : celle-ci est positionnée en temps réel soit par un système optique de visée, soit par le calculateur d'un détecteur thermique à balayage d'une précision telle qu'il peut découvrir et mesurer le niveau d'émissivité d'un point au sol d'une surface d'un minimum de lm2 et déterminer s'il s'agit d'un leurre, d'une pointe de température normale répertoriée (fig. 1, 45) ou d'une anomalie, tel qu'un départ de sinistre, comme un feu par exemple : les coordonnées précises de cette anomalie sont calculées en temps réel par le calculateur trigonométrique du scanner à balayage et la transmission de ces coordonnées, le traitement des données nécessaires, se déroulent alors comme décrit précédemment.
Sur l'écran affichant la carte numérisée de la région concernée par l'anomalie, l'opérateur a alors la possibilité de faire apparaître, par utilisation de touches de fonctions de l'ordinateur, diverses couches informatiques de la cartographie en surimpression, à la même échelle, en ajoutant ou en retranchant, à volonté, les informations et renseignements utiles relatifs, en particulier s'il s'agit d'un feu :
- aux voies de communications routières,
- aux possibilités d'accès au terrain, par un maillage en trois dimensions,
- au relief du site par les courbes de niveau cotées,
- à la végétation par thèmes, avec indication des températures limites d'embrasement spontané, suivant les essences,
- au réseau hydrographique, - aux limites diverses, notamment administratives,
- à la toponymie,
- à l'implantation de maisons isolées,
- aux profils en long sur tout axe souhaité,
- aux points possibles de ravitaillement en eau, - aux points possibles de ravitaillement en eau à l'air libre (piscines privées, étangs —) , avec leurs cubages disponibles et les dangers d'approche pour les hélicoptères,
- aux réseaux de transport d'énergie Haute Tension,
- à la position des coupe feux existants, - aux secours au sol disponibles avec leur position actuelle,
- aux plages de températures atteintes, en temps réel, par les différentes zones du phénomène incriminé, cette liste n'étant pas limitative mais dépendante de l'activité entreprise.
Ces renseignements sont destinés à permettre au personnel spécialisé de dépêcher depuis les casernes et autres centres d'intervention les plus proches les moyens les mieux appropriés pour assister et/ou combattre les phénomènes détectés; les renseignements fournis par la transmission en temps réel des plages de températures en cas de sinistre et la mesure de la rapidité de son évolution dans le temps fourniront, par leur utilisation immédiate comme variables dans un système expert prenant en compte tous les paramètres nécessaires, le nombre et le type de moyens de secours nécessaires pour vaincre l'anomalie détectée et ses conséquences, et surtout pour ne pas être débordé par une évolution du phénomène plus rapide que les possibilités de lutte.
L'invention vise également un tel procédé dans lequel l'acheminement le plus rationnel des moyens de lutte au sol est assuré en affichant sur leurs écrans informatiques embarqués les meilleurs itinéraires pour atteindre le site, en fonction de leur position actuelle, laquelle est fournie constamment par le moyen de positionnement par satellites, en temps réel, sur l'itinéraire affiché sur l'écran, faisant également apparaître la position du feu, l'heure estimée d'arrivée sur les lieux en fonction de leur moyenne accomplie jusque là et de leur vitesse de progression actuelle, également affichée par le moyen de positionnement et navigation par satellites et prise en compte par l'ordinateur. Les caractéristiques énoncées ci-dessus permettent seules de surmonter les difficultés d'une telle opération en respectant un certain nombre d'impératifs techniques. On va donc ci-après exposer succinctement ces difficultés et ces impératifs en se référant aux dessins annexés qui illustrent par des schémas simples les conditions de mise en oeuvre du procédé selon l'invention.
La figure 1 est un schéma illustrant la nécessité d'une haute altitude d'observation par temps de brume sèche anticyclonique, afin d'augmenter le contraste apparent du sol en vision oblique moyenne.
La figure 2 est un schéma semblable à la figure 1, mais illustrant l'obligation d'une haute altitude d'observation en fonction du relief du terrain.
La figure 3 est un exemple d'application du procédé à la surveillance d'incidents de type thermique d'un département français choisi comme exemple à cet effet, d'une superficie d'environ six mille km2.
La figure 4 schématise le principe de 1'écartement optimum entre les passes parallèles aériennes, déterminée notamment par la meilleure précision de calcul de position en bordure de champ de balayage du scanner thermique à haute définition, comparée au champ visuel de détection par bonne visibilité.
La figure 5 schématise l'architecture du système des équipements embarqués dans les postes de commandement mobiles.
La figure 7 schématise l'architecture du système de l'équipement informatique des véhicules d'intervention, dans le cas des feux de forêts.
En premier lieu, si l'on se reporte à la figure 1 qui illustre les conditions de détection d'un incident "thermique 4 dont l'exemple type est celui d'un feu de forêt en présence d'une couche de brume 5 sèche à densité croissante vers le sol, on voit : qu'un guetteur 6 situé au sol se trouve dans les plus mauvaises conditions d'observation d'un phénomène tel qu'un feu ou de sa manifestation comme une fumée 7. car la couche polluée et les oscillations constantes de l'air dues aux changements d'indice de réfraction des basses couches sont les plus importantes : il est donc aléatoire d'apercevoir dans ces conditions une fumée blanche sur un fond de ciel laiteux. Depuis une hauteur de 2.500 mètres (point A), l'épaisseur de brume à traverser pour observer un point situé à une distance de 5-000 mètres de l'observateur est de 5-700 mètres, alors qu'à une hauteur de 5-000 mètres (point B), elle est encore de 4.300 mètres : mais à une hauteur de 10.000 mètres (point C) , elle n'est plus que de 3-500 mètres.
Du point A, une fumée 7 serait à peine visible, le contraste étant insuffisant, tandis que du point C, situé très au-dessus de la couche polluée, l'épaisseur résultante de la couche d'air pollué devenant minimale, le contraste apparent du terrain augmente, et dans le même temps, la vitesse angulaire de défilement diminue, ce qui permet à la fois une meilleure lisibilité du site, et plus de temps pour l'observer.
Si un observateur situé dans un avion 1 positionné en A éprouve une difficulté d'observation due à l'éloignement, il pourra utiliser un moyen de rapprochement optique de grossissement suffisant, à image virtuelle stabilisée par un miroir tournant à haute vitesse monté en gyromètre, (par exemple des jumelles de grossissement 8 à 10, à image gyrostabilisée) . Les vibrations, qu'elles soient à haute ou basse fréquence, seront ainsi totalement filtrées, et les conditions d'observation parfaites.
De même, si l'on se reporte à la figure 2, qui illustre, schématiquement à l'échelle, les conditions d'observation d'un massif par exemple de 1.147 mètres d'altitude tel que le massif de la Sainte Beaume dans le Sud de la France, on voit qu'à une altitude de 10.000 mètres, tout l'ensemble du massif et de sa région est visible, tandis que d'une hauteur de 3-000 mètres, tout un versant peut être masqué. Du point D représentant la situation d'un -avion qui volerait à 5-000 mètres, la vision est possible sur les deux versants de la même montagne, mais du point E, situé sur la passe suivante à la même altitude, mais décalée de 10 km, la vision devient impossible sur tout le versant nord de cette montagne. Des points F et G, toute la montagne est visible malgré l'éloignement et du point F le contraste reste identique à celui offert par la vision obtenue depuis le point D. En second lieu, la vitesse de l'avion utilisé est un facteur déterminant : considérant une région de surface équivalente à celle d'un département, comme le VAR, dans le Sud de la France soit 6.023 km2 de superficie aérienne pour ne laisser aucun point sans observation plus de 10 minutes suppose des passes parallèles, telles que représentées figure 3. séparées de 10 km, soit une distance linéaire de 6.000/10 = 600 km.
Dans cette figure 2 on remarque que l'angle d'analyse de chaque balayage du scanner est de 120° : la moitié seulement, soit 60° est prise en compte en ligne droite stabilisée, permettant une couverture complète de 10 km. de large ; en virage standard rapide, l'avion virant avec une inclinaison de 30° , le balayage reste assuré dans les mêmes conditions par l'utilisation de la partie extrême du faisceau de balayage du côté intérieur au virage ; la largeur de champ prévue de
10 km. reste identique, et toute la zone est ainsi réellement surveillée sans laisser de surface d'incertitude : la référence du nadir, ses coordonnées géographiques précises, et le calcul de la position d'une anomalie thermique éloignée de la verticale conservent la même précision ; en effet, l'angle d'analyse du côté intérieur au virage est bien de 30°, la partie utilisée de l'angle opposé, côté extérieur reste de 30° - 16
La figure 3 montre en effet qu'avec deux avions 11 et 12 volant à la vitesse voulue entre 9-000 et 10.000 mètres d'altitude, chacun selon un itinéraire programmé en fonction de la meilleure situation par rapport aux reliefs, la surveillance d'une surface de 6.000 km2 ne laisserait aucun point d'une telle zone plus de 10 minutes sans observation effectuée sous un angle de 30° d'obliquité de part et d'autre de la verticale, ce qui est bien le but recherché. On remarque l'intérêt conjoint de l'utilisation des avions de "guet armé" 8ι et 82 qui apparaissent sur la figure 3 e attente et surveillance sur cette zone, effectuant un circuit en forme d'hippodrome situé au vent du département à 2.500 mètres d'altitude, niveau de vol habituel des bombardiers d'eau de capacité moyenne utilisés actuellement en guet aérien contre le feu de façon à pouvoir intervenir rapidement, car ils se trouveront alors en vent arrière ou 3/4 arrière, en descente, donc dans des conditions de vitesse optimales pour aller attaquer un départ de feu. En cas de mise en oeuvre des deux avions de guet armé (un autre type d'avion bombardier d'eau peut aussi bien être utilisé, le principe étant qu'il soit déjà en l'air, au vent de la zone sensible, prêt à larguer sur n'importe quel point en 5 minutes), deux autres avions de même formule viennent prendre leur place en guet à 2.500 mètres, sur la même zone, afin qu'il n'y ait pas rupture de potentiel de lutte rapide, tout acheminement d'eau par voie de terre étant plus lent que deux avions en vol entre 400 et 500 km/heure (vitesse sol) , vent arrière, et moins efficace, souvent par la faute des difficultés de pénétration jusqu'à la zone de feu.
Un avion de détection rapide 1 remplissant les conditions requises doit posséder une aile haute ou au minimum médiane située très en arrière, de préférence propulsé par deux turbines arrières équipées d'hélices poussantes à 5 ou 6 pales, de manière à offrir la plus grande visibilité possible vers l'avant, sur les côtés, et vers l'arrière, notamment en virage, ce qui exclut pratiquement la quasi- totalité des bimoteurs classiques à aile basse, les fuseaux moteurs et l'aile basse obstruant la visibilité vers le sol, notamment du côté intérieur en virage; la cabine de ce type d'avion volant à 10.000 mètres doit évidemment être sous pressurisation, la tête d'analyse du capteur thermique étant logée, soit sous cloche à l'air libre, hors pressurisation, soit dans un compartiment bagages, non pressurisé. 17
La meilleure formule consiste à utiliser les nouveaux biturbines de 10 places à configuration "canard" ou "semi canard", l'aile se trouvant à l'arrière, les fuseaux moteurs et les hélices re etées au niveau où se trouve généralement l'empennage arrière; le stabilisateur de dimensions réduites se trouvant à 1'avant ne gêne alors en rien la visibilité. Il existe en Europe un fabricant d'avions pressurisés biturbines de ce type, dont la vitesse de croisière est de 7^0 km/heure à 9-000 mètres, et la charge utile conforme aux exigences de ce procédé de détection. La figure 4 montre l'écartement standard entre les passes parallèles d'un avion 1 de détection à une altitude 10.000 mètres, cet écartement des passes étant déterminé par le meilleur angle de balayage d'un détecteur thermique 2 à haute définition compatible avec la vitesse de vol de 1'avion proposé convenant à la surface à surveiller, et en rapport avec la cadence de surveillance préconisée par la Sécurité Civile Française. L'angle de champ de vision αl représente une largeur de champ au sol de 18 km environ, qui dépend de la hauteur des reliefs telle que l'observateur ou le détecteur thermique embarqué peut y détecter une anomalie, telle qu'une fumée ou un feu, et en fournir la position et la description au moyen d'une caméra ou d'un appareil photographique à image argentique ou directement numérisée. Dans ce dernier cas, 1'image d'un départ d'incident thermique est immédiatement transmise par radio au Poste de Commandement opérationnel. On remarque le fort recouvrement d'une passe sur l'autre, ce qui élimine d'autant mieux les problèmes de dévers, et limite les erreurs de positionnement sur des points éloignés de 1'axe vertical en cas de léger roulis qui ne serait pas totalement compensé par le système prévu de référence de verticale intégrée au système de calcul du détecteur thermique. L'angle α2 représente le champ de balayage réellement utilisé par le procédé d'un détecteur thermique à haute définition, le recouvrement d'une passe sur l'autre étant toujours assuré par un écartement des passes de 10 km entre deux traces au sol et un angle de balayage du scanner double de 1'angle utile. Un survol qui serait effectué par un avion non conçu pour voler au-dessus de 4.000 mètres de hauteur, tenant compte du fait qu'un pilote ne peut effectuer un vol prolongé au-dessus de 3-500 mètres d'altitude sans masque à oxygène, serait inefficace : un tel avion tel qu'un bimoteur classique de guet armé, non pressurisé, et sans oxygène pour le pilote, est représenté à l'échelle sur la figure 4 : il apparaît évident qu'un tel avion ne peut qu'être d'une faible utilité à cette altitude de 3-500 mètres au-dessus de montagnes dont beaucoup de sommets dans une région tel que les Alpes Maritimes se situent seulement 800 mètres plus bas et beaucoup de pentes se situent entre 25 et 0° par rapport à la verticale.
La figure schématise l'architecture du système des équipements de détection des avions rapides 1 de haute altitude : un calculateur embarqué 10 enregistre toutes les informations du système de navigation par satellite 11 couplé à une centrale inertielle 12 et en assure le traitement. Il reçoit également les informations d'attitude, d'assiette et de cap, fournies par le directeur de vol de l'avion à partir des gyros 13 ou d'un autre système de détection d'assiette. L'information de hauteur sol est fournie par le radiomètre 14 couplé aux systèmes de navigation, inertielle plus par satellite, de l'ensemble 11.
Toutes ces informations sont confrontées par le calculateur 16 à celles fournies par le calculateur du détecteur thermique 17, et en partie enregistrées sur les marges de l'image fournie par le capteur scanner par un enregistreur numérique 18, au format informatique 8 mm par exemple. Le calculateur transmet également à l'unité de brassage les informations de date, lieu et positionnement fournies par le système de positionnement et navigation par satellites, qui apparaîtront fixées par les incrus ateurs correspondants 19, 20 et 21 sur les images transmises par trois caméras vidéo 22, 23, 24. Les magnétoscopes 25 et 26 enregistrent les images des caméras vidéo avant et arrière, le caméscope mobile professionnel enregistre ses propres images de manière autonome. Les écrans de visualisation sont de deux types : vidéo 27 pour les caméras et informatique 28 haute définition pour le scanner thermique. Ils sont montés sur une console ancrée sur rails au plancher de l'avion. L'ensemble des informations est stocké sur un stockage de masse haute capacité 30. Une imprimante portable 29 d'une définition minimale de 360 x 360 points par pouce carré peut éditer à tout moment les diverses informations souhaitées.
La figure 6 schématise l'architecture d'un poste de commandement mobile : sur la gauche en 31» les diverses antennes de télémesures
(positionnement, distances etc..), fournissant les données brutes aux calculateurs : de positionnement de véhicules terrestres aussi bien que- des avions de détection ou des avions bombardiers d'eau et, de réception des scanners embarqués sur les avions de détection. Ces diverses données sont pré-traitées par le calculateur de télémesures
32, et les résultats accessibles au calculateur 37 et stockées si nécessaire en stockage de masse 38, d'où elles peuvent être extraites à tout moment pour information ou utilisation graphique sur l'écran 36 ou autre.
Un second écran informatique haute définition 35 permet la visualisation des analyses de températures des phénomènes thermiques en progression, et sera commuté sur l'un des détecteurs thermiques sur les avions de haute altitude ou ceux de surveillance rapprochée au moyen de l'ensemble de réception 3 , comprenant antennes et calculateur.
Deux imprimantes, l'une noir et blanc 39. pour l'édition des textes et schémas, notamment transmis par télécopie, par un moyen radio approprié de type VHF ou radiotéléphone, 1'autre imprimante 40 en couleurs, pour la recopie d'écran couleur.
Les divers moyens de transmission utilisés suivant les données à transmettre sont la phonie ou la radiotélécommunication, ou la radiocommunication et les portables divers tels que VHF ou UHF.
La figure 1 schématise le dispositif de routage des voitures et engins d'assistance et/ou de lutte contre les incidents thermiques. Un ordinateur portable 41 possédant le même système d'exploitation que l'ordinateur principal 37 du poste de commandement ou un interface d'adaptation, équipé d'un écran couleur de type SUPER VGA, ou mieux à haute résolution, reçoit les informations fournies par le système de positionnement par satellite à un navigateur de bord 42, et celles fournies par tout autre moyen émetteur à un récepteur 43 dont chaque voiture est équipée, pouvant fonctionner en mode différentiel, et par ailleurs l'ordinateur sera équipé d'un modem de communication compatible télécopie; il enregistre les informations transmises par les avions de détection 1 et par le poste de commandement mobile 31. avec la mention enregistrée de la date et de l'heure précise, fournies par le navigateur par satellites et recalant l'horloge interne de l'ordinateur. Ces diverses informations peuvent être transmises par radio ou par radiotéléphone, ou par télécopie au moyen du radiotéléphone, l'ensemble étant traité par le transmetteur multifonction 44. Le chef de voiture peut obtenir à tout moment à l'écran la position actuelle de l'anomalie et/ou de la zone du sinistre sur carte numérisée vectorielle ou scannérisée, la position actuelle du véhicule, et l'itinéraire le meilleur pour parvenir sur les lieux avec les temps moyens de parcours et l'heure probable d'arrivée, en fonction des différences de temps du parcours réel par rapport au temps moyen enregistré sur la mémoire de masse 37- L'heure exacte est affichée constamment, fournie par le moyen de navigation par satellite, ainsi que la position actuelle en coordonnées géographiques claires : degrés, minutes et millièmes de minute. L'alimentation de l'ordinateur est assurée par le courant de bord, mais il peut fonctionner également en autonomie complète grâce à deux batteries basse tension incorporées.
Un micro-ordinateur portable avec par exemple 8 à 20 Mo de mémoire vive, et 120 Mo de mémoire de masse, muni d'un modem de transmission, correspond à cette définition. En sortie, l'ordinateur peut être relié à une mémoire de masse 38, si la capacité du disque dur s'avère insuffisante, ce qui peut être le cas pour les cartes scannérisées. On lui adjoint dans ce cas une mémoire optique sur disques laser. Par ailleurs, on lui connecte un enregistreur 39 lié au système cartographique et au système de navigation par satellites, qui permet d'enregistrer les parcours effectués, en fonction du temps, et une imprimante séparée ou fixée 40 fonctionnant sur le même réseau d'alimentation. Cette imprimante permet également de tracer les schémas nécessaires aux directives, tout en gardant les données sur fichier, et éditer les messages reçus par télécopie, notamment en provenance des avions de détection.
Le procédé selon l'invention est particulièrement bien adapté à la détection aéroportée rapide et au positionnement précis des départs de feux de forêts. Il peut être élargi à :
- La détection préventive, de jour comme de nuit, de reprises de feux de forêts couvant sous terre dans les racines après l'extinction d'un incendie important ayant généré de fortes températures, et lorsqu'un vent violent et sec se lève de nouveau. - La détection et le positionnement précis de personnes en groupes ou isolées, égarées ou cherchant à franchir illégalement de nuit des frontières ou des zones interdites, y compris en zones montagneuses. - La détection précoce des risques d'éruptions volcaniques à l'échéance de plusieurs jours et le lieu où le magma en fusion risque de crever la croûte terrestre, notamment pour des volcans encore en activité, et l'organisation à temps des secours.
- La détection de crashes d'avions, même par mauvais temps, ce moyen permettant de gagner plusieurs heures et donc de sauver plus de vies humaines.
- La surveillance et la détection de la pollution marine, avec mesure exacte de la surface de pollution, de la dérive, de l'évolution. - La détection et le positionnement de nappes de pétrole lourd immergées et dérivantes, ainsi que leur suivi.
La détection et le positionnement des zones forestières atteintes par des maladies endémiques.
- Le positionnement précis et la surface d'avalanches, de glissements de terrains, coulées de boues et de roches, notamment en régions montagneuses, difficilement accessibles au sol.
- Le positionnement et la surveillance de la progression de sinistres intervenant sur des sites à haut risque comme les usines thermiques, en fournissant en temps réel la carte des températures atteintes par les diverses zones concernées par l'incident.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de détection aéroportée systématique et de positionnement d'anomalies thermiques (4) à la surface du sol, grâce à l'utilisation de divers avions (1) et moyens terrestres, de capteurs adaptés à la détection souhaitée et de systèmes de communication et de localisation, caractérisé en ce que :
- on choisit des avions (1) offrant une grande visibilité au sol et on les équipe, d'une part, de moyens de navigation très précis tel que par référence satellitaire, associés à un équipement d'enregistrement de leur position, d'autre part de moyens (2) de détection thermique par capteur à balayage scanner ou laser, et enfin de moyens de transmission à un poste de commandement au sol;
- on détermine le nombre d'avions nécessaires en fonction de la surface totale à couvrir et de la fréquence de passage souhaité, et on survole systématiquement à haute altitude la surface de la zone à risque que l'on veut surveiller, selon un circuit prédéfini, déterminé (3) en fonction du relief et d'une vitesse maximum choisie, compatibles avec les moyens de détection;
- on repère toute anomalie (4) thermique et on l'interprète en fonction de sa nature, grâce auxdits moyens de détection (2), soit à la verticale, au moyen d'un viseur vertical ou d'une caméra vidéo en position convenable, soit lors d'un passage travers, les coordonnées précises de l'anomalie étant alors fournies par le calculateur du détecteur thermique à balayage scanner installé; - on transmet ladite position relevée au poste de commandement où on affiche ses coordonnées claires en temps réel sur une carte vectorielle numérisée de la zone concernée, centrée autour du point de l'anomalie qui apparaît visiblement;
- pour la région concernée centrée sur cette anomalie (4) , on consulte tous les renseignements utiles préalablement stockés en mémoire audit poste de commandement, et relatifs à toutes les voies de communication et d'accès au terrain, au relief du site et à ses caractéristiques, à l'implantation de l'habitat, aux obstacles éventuellement présents sur la région et à tous les moyens de secours et d'intervention disponibles par zone en fonction du type de cause ayant provoqué l'anomalie détectée;
- on choisit, parmi ces moyens, les disponibilités dont on est alors informé les mieux appropriées pour combattre la cause de l'anomalie et le sinistre qui a pu se déclarer et s'étendre, et on lance l'ordre de leur mobilisation vers le point et la zone repérés de cette anomalie (4).
2. Procédé de détection aéroportée suivant la revendication 1, caractérisé en ce que :
- on fournit aux divers moyens d'intervention et de lutte toutes les informations nécessaires à leur acheminement vers le point de l'anomalie (4) dans les meilleurs délais, avec indication du temps moyen de trajet, le meilleur itinéraire, leur position par rapport à cette anomalie (4), et cela en temps réel;
- on vérifie au poste de commandement en retour d'informations la position exacte et permanente desdits moyens d'intervention et de lutte.
3- Procédé de détection suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'on enregistre en permanence et en temps réel l'ensemble des positions de tous les moyens d'intervention et de lutte depuis leur départ de leur lieu de casernement, et durant tous les trajets réellement effectués avec lecture simultanée du temps écoulé.
4. Procédé de détection et de localisation suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3. caractérisé en ce que l'ensemble des avions utilisés et des moyens terrestres concernés sont tous équipés d'un moyen identique de navigation et de localisation très précis, tel que par référence satellitaire.
5- Procédé de détection aéroportée systématique et de positionnement d'anomalies thermiques suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit circuit prédéfini (3) suivi par les avions survolant systématiquement à haute altitude la surface de la zone à risque que l'on veut surveiller, est composé d'une série de passes parallèles déterminés permettant audit moyen de détection (2) thermique de balayer l'ensemble de la surface au sol de la zone à surveiller.
6. Procédé de détection et de positionnement suivant la revendication 5 . et appliqué spécialement aux départs de feux de forêt, caractérisé en ce que :
- on relève à partir d'un avion de surveillance rapprochée équipé d'un scanner thermique, qui analyse à intervalles réguliers et en temps réel la carte et la trace du feu, de même que la direction et la force du vent en fonction des reliefs environnants;
- on détermine, en fonction du type de végétation attaquée et des caractéristiques et des moyens de lutte utilisés, les vecteurs orientés précis sur lesquels lesdits moyens doivent attaquer le feu.
7- Procédé de détection et de positionnement suivant l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que l'on fournit aux pilotes des avions d'intervention par bombardement d'eau la position exacte des moyens terrestres engagés sur le site.
8. Dispositif de détection aérop'ortêe systématique et de positionnement d'anomalies thermiques (4) à la surface du sol grâce à l'utilisation de divers avions (1) et moyens terrestres caractérisé en ce qu'il comprend :
- à bord desdits avions (1) des moyens de navigation très précis tels que par référence satellitaire associés à un équipement d'enregistrement de leur position et des moyens (2) de détection thermique par capteurs à balayage scanner ou laser et enfin des moyens de transmission à un poste de commandement au sol,
- à terre dans ledit poste de commandement tout moyen de communication avec lesdits avions (1) et tout moyen de traitement des informations transmises par ceux-ci, avec celles stockées dans une mémoire de tout moyen informatique adapté et correspondant à la région à contrôler afin d'afficher sur un écran la carte de celle-ci, centrée autour dudit point de l'anomalie détectée par lesdits avions (1).
9- Dispositif suivant la revendication 8, caractérisé en ce que lesdits avions (1) possèdent une aile haute ou au minimum une aile médiane située très en arrière, de préférence propulsés par deux turbines arrière équipées d'hélices poussantes à 5 ou 6 pales, de manière à offrir la plus grande visibilité au sol vers l'avant, sur les côtés et vers l'arrière notamment en virage.
10. Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 8 et 9 caractérisé en ce que ledit moyen informatique comprend un système expert prenant en compte tous les paramètres nécessaires tels que les renseignements fournis par la transmission en temps réel des plages de températures en cas de sinistre et la mesure de la rapidité de son évolution dans le temps, le nombre et le type de moyens de secours nécessaires pour vaincre 1'anomalie détectée et ses conséquences.
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