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Robotique et Systèmes d!InformationGéographiques
Amiens, le 22 Janvier 2008
• Groupe de travail “Véhicules Autonomes : air, terre,mer”, du GDR robotique
• Événement associé à RFIA 2008
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Programme
10:00 ! 10:30 : Simon Lacroix (LAAS/CNRS) "Introduction : quels liens
entre la robotique et les SIGs ?"
10:30 ! 11:30 : Nicolas Paparoditis (IGN/Matis) "Numérisation et
Modélisation 3D des environnements urbains"
11:30 ! 12:00 : Antoine Benain (Société Magellium) "TSIGANES/SITEEG:
vers une interaction entre SIG et agents mobiles"
12:00 ! 14:00 : Repas
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Programme (suite) 14:00 ! 14:30: Jean-Emmanuel Deschaud, Xavier Brun, François Goulette(Mines Paris / CAOR) : "Texturation d'environnements urbains par système
mobile avec un couplage Caméra/Télémètre Laser"
14:30 ! 15:00 : Maged Jabbour (UTC) "Gestion d'amers naturels dans un
SIG pour la navigation autonome en milieu urbain"
15:00 ! 15:30 : Nicolas Viandier, Juliette Marais (INRETS) "Prise en
compte de l'environnement de réception des signaux GNSS pour la
localisation en environnement urbain"
15:30 ! 16:00 : Pause
16:00 ! 16:30 : Cindy Cappelle (LAGIS) "Fusion de données multicapteurs
(GNSS, SIG-3D et autres capteurs proprioceptifs) pour la navigation
autonome en milieu urbain"
16:30 ! 17:00 : Table ronde et conclusions
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Simon Lacroix
Robotics and Interactions groupLAAS/CNRS, Toulouse
Quels liens entre Robotique et Systèmesd!Information Géographiques ?
![Page 5: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/5.jpg)
![Page 6: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/6.jpg)
Fil conducteur
• Besoins de modèles d!environnement pour la robotique– Robots terrestres– Robots aériens
• Robotique et SIGs
• Un problème essentiel è résoudre
![Page 7: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/7.jpg)
Besoins en modèles d!environnement pourles robots terrestres
• Pour planifier des mouvements et déplacements! évaluation/quantification des actions de déplacement
• Pour réaliser des mouvements! Détection d!éléments sur lesquels s!asservir (plus ou moinscomplexes)
• Pour se localiser! Missions définies en terme de localisation (“aller à”,“explorer/surveiller zone”…)
! Pour assurer la cohérence spatiale des modèles! Pour assurer l!exécution des déplacements
• Au delà de l!autonomie du mouvement, pour planifier / exécuter destâches :
! De perception, d!exploration, de surveillance, dans un contextemulti-robots…
![Page 8: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/8.jpg)
Quelques exemples
Modèle numérique de terrainz = f(x,y) sur grille cartesienne
Modèle probabiliste d!obstaclesP(Obst) sur grille cartesienne
(modèle robocentrique)
• À partir de stéréovision ou télémetrie laser, pour le décider ouplanifier des mouvements
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Quelques exemples
Par classification decouleur/texture(fusion avec les
prédédents modèles OK)
• À partir de vision monoculaire, pour le mouvement
Données brutes Segmentées Interprétées
Exploitation pourl!asservissement des
déplacements
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Modélisation et localisation
• Si localisation parfaite– Problème de la cartographie “résolu”
• Si il existe une cartographie parfaite– Problème de la localisation “résolu”
• Constat de base : les capteurs depositionnement dérivent
! Cartographie et localisation (SLAM)
![Page 11: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/11.jpg)
Quelques mots sur le SLAM
1. Observationdes amers
2. «"prédiction"»du déplacement3. Observation
4. «"Associationdes données"»"
5. Fusion"
! Un type de modèle supplémentaire : cartes d!amers
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Quelques mots sur le SLAM
Fonctions nécessaires :1. Détection des amers
2. Observation relatives (mesures)
• Des amers par rapport au robot
• Des déplacements du robot
3. Associations des observations
4. Ré-estimation des positions des amers et du robot
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Cartes d!amers
Avec un télémètre laser 2D :
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Cartes d!amers
Avec un radar (carte en 2D) :
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Cartes d!amers
Avec vision (stéréo, mono, pano) :
"
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Cartes d!amers
Avec vision (stéréo, mono, pano) :
"
![Page 17: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/17.jpg)
Cas des robots aériens
Besoins analogues aux robots terrestres :
– Modèles d!accessibilité («"sense and avoid"obstacles» pourdrones)
– Modèles pour asservir les déplacements («"follow road"», …)
– Besoins en localisation
– Au delà de l!autonomie du mouvement, pour planifier / exécuterdes tâches :! De perception, d!exploration, de surveillance, dans un
contexte multi-robots…
![Page 18: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/18.jpg)
Cas des robots aériens
Exemple : construction d!un MNT par stéréovision et SLAM
![Page 19: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/19.jpg)
Cas des robots aériens
Exemple : détermination de zones “atterrissables” (traversables pour unrover) par vision monoculaire
![Page 20: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/20.jpg)
Représentations de l!environnement pourl!autonomie des robots
Supports denavigation
Amers
Orthoimages
Traversabilité
MNT
! Différents modèles organisés en «"couches"»
! Certains modèles pré-existent
![Page 21: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/21.jpg)
Énorme développement des SIGs
SIGs de tout, de partout, accessibles partout
![Page 22: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/22.jpg)
Robotique et SIGs
1. Techniques analogues de construction de modèles del!environnement
2. Exploitation des SIGs par des robots (terrestres, aériens,maritimes)
3. Mise à jour de SIGs par des robots (cf “mobile mapping”)
! Fonction essentielle à assurer : localisationau sein de modèles de l!environnement
existants
![Page 23: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/23.jpg)
Fil conducteur
• Besoins de modèles d!environnement pour la robotique– Robots terrestres– Robots aériens
• Robotique et SIGs
• Un problème essentiel è résoudre
![Page 24: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/24.jpg)
Recalage données terrestres et aériennesA
irG
roun
d
![Page 25: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/25.jpg)
Recalage données terrestres et aériennesA
irG
roun
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![Page 26: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/26.jpg)
Recalage données terrestres et aériennes
Principales difficultés :
1. Grand changements de point de vue(impacte résolution et précision desdonnées)
2. Variations radiométriques
3. Données étalées dans le temps
![Page 27: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/27.jpg)
Mise en correspondance de MNTsterrestres et aériens
[Vandapel/Hebert @ CMU]
![Page 28: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/28.jpg)
Mise en correspondance de MNTsterrestres et aériens
[Vandapel/Hebert @ CMU]
![Page 29: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/29.jpg)
Recalage sur orthoimages
Spot 5 (2.5 m)Pleïades simulation
(0.8 m)Orthoimage (DTM)
(0.05 m)
1ère tentative @ LAAS : points d!intérêts ! échec…
![Page 30: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/30.jpg)
Recalage surorthoimages
Appariements de points “SIFT”(Niko Süenderhof @ Chemnitz Uni.)
Attention à lacohérence spatiale
![Page 31: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/31.jpg)
Recalage sur orthoimagesPEA Geoloc (Onera-DTM / Magellium) : recalage d!un drone sur
orthoimages existantes
1. Génération de mosaïqueà partir des images du drone
2. Recalage par maximisationd!information mutuelle ou surprimitives.
![Page 32: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/32.jpg)
Recalage sur orthoimagesPEA Geoloc (Onera-DTM / Magellium) : recalage d!un drone sur
orthoimages existantes
1. Génération de mosaïqueà partir des images du drone
2. Recalage par maximisationd!information mutuelle ou surprimitives.
![Page 33: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/33.jpg)
Autres travaux sur l!intégration de données air/sol
• Fruh-Zakhor 2003
• 4D-Cities @ GeorgiaTech (F. Dellaert)
• These d!O. Tournaire (IGN)
![Page 34: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/34.jpg)
Robotique aéroterrestre
“Remote eye” @ CMUGrasp @ Upenn (projet
Mars2020, localisation de cibles)
Travaux en cours @ ACFRPEA Action (Onera/LAAS)
![Page 35: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/35.jpg)
Robotique aéroterrestre
“Remote eye” @ CMUGrasp @ Upenn (projet
Mars2020, localisation de cibles)
Travaux en cours @ ACFRPEA Action (Onera/LAAS)
![Page 36: Robotique et Systèmes d Information Géographiqueshomepages.laas.fr/simon/robotiqueSIG/SimonLacroix-LAAS.pdf · Robotique et SIGs 1.Techniques analogues de construction de modèles](https://reader033.vdocuments.pub/reader033/viewer/2022052100/603a3cebb44ae81ff031c0ed/html5/thumbnails/36.jpg)
Conclusions ?
10:30 ! 11:30 : Nicolas Paparoditis (IGN/Matis) "Numérisation et Modélisation 3D des
environnements urbains"
11:30 ! 12:00 : Antoine Benain (Société Magellium) "TSIGANES/SITEEG: vers une
interaction entre SIG et agents mobiles"
14:00 ! 14:30: Jean-Emmanuel Deschaud, Xavier Brun, François Goulette (Mines Paris/ CAOR) : "Texturation d'environnements urbains par système mobile avec un couplage
Caméra/Télémètre Laser"
14:30 ! 15:00 : Maged Jabbour (UTC) "Gestion d'amers naturels dans un SIG pour la
navigation autonome en milieu urbain"
15:00 ! 15:30 : Nicolas Viandier, Juliette Marais (INRETS) "Prise en compte de
l'environnement de réception des signaux GNSS pour la localisation en environnement
urbain"
16:00 ! 16:30 : Cindy Cappelle (LAGIS) "Fusion de données multicapteurs (GNSS,
SIG-3D et autres capteurs proprioceptifs) pour la navigation autonome en milieu urbain"
16:30 ! 17:00 : Table ronde et conclusions