Procédé de gestion de flottes de véhicules agricoles autoguidés

Domaine de 1 ' invention

La présente invention concerne le domaine des véhicules agricoles autoguidés, et en particulier une flotte de véhicules agricoles autoguidés et un système capable d'effectuer une pluralité d'opérations liées à l'agriculture et notamment pour les cultures en rangs.

Le développement des technologies de géolocalisation permet de diriger, avec des dispositifs de guidage, des tracteurs, moissonneuses-batteuses et autres véhicules agricoles, afin de supprimer en partie la pénibilité du travail dans les champs, d'accroître la productivité et de réduire les coûts dans toutes les activités. Ces véhicules agricoles autoguidés présentent de nombreux avantages et permettent notamment :

- la suppression des chevauchements et les surfaces oubliées,

- des économies de carburant, de temps et de coûts,

- une diminution de l'usure de la zone active des organes de travail des outils et/ou des machines,

- la réduction du compactage du sol, grâce à un nombre réduit de passages

- le contrôle du trafic de l'exploitation,

- une meilleure mise en place des récoltes.

La plupart des dispositifs de guidage connus utilisent la navigation basée sur un système de positionnement par satellites également désigné sous le sigle anglais GNSS (pour Global Navigation Satellite System) tels que le GPS (Global Positioning System) .

Les cultures de tout type, que ce soit les cultures de fruits, de légumes, de céréales, les vignes nécessitent de nombreuses opérations comme par exemple le désherbage, le labourage, le semis, le binage, la tonte, le fauchage, la pulvérisation. L'invention concerne plus particulièrement l'autoguidage de flottes de véhicules agricoles autoguidés se déplaçant de concert sur la surface à travailler selon des lignes prédéfinies. Ces véhicules peuvent ainsi être plus légers, plus agiles et plus rapides.

On entend par « ligne » au sens du présent brevet un chemin continu fermé ou ouvert susceptible d'être parcouru par un desdits véhicules agricoles (ligne de guidage) et/ou parcourue par un élément de travail de l'outil dudit véhicule agricole (ligne de travail). La topologie des lignes est calculée préalablement à la mise en œuvre de la présente invention.

Pour les cultures en rang, par exemple le maïs ou le tournesol, chaque rang de culture correspond à une ligne de travail.

Pour les cultures pérennes, par exemple vergers ou vignes, chaque rang et chaque inter-rang de culture correspond à une ligne de travail, chaque inter-rang constituant une ligne de guidage pour un engin non-enjambeur .

Pour les cultures pérennes avec des engins enjambeurs, par exemple des pépinières ou des vignes, chaque rang correspond à une ligne de guidage.

Pour les autres cultures, par exemple du blé, la surface de travail est traversée par les lignes de guidages formant une couverture complète, compte tenu de la largeur de l'outil de travail .

État de la technique

On connaît dans l'état de la technique la demande de brevet US2018/364726 décrivant un système de commande d'un système de véhicule de travail agricole comprenant un contrôleur avec une mémoire et un processeur, le contrôleur étant configuré pour :

• Déterminer une pluralité de partitions basées, au moins en partie, sur une carte d'un champ agricole ;

• Déterminer une liste de partitions de la pluralité de partitions sur la base, au moins en partie, d'un ensemble de caractéristiques de délimitation de chacune de la pluralité de partitions ;

• Déterminer un ordre de la pluralité de partitions sur la base de la liste de partitions de la pluralité de partitions ; et

• Produire un signal indicatif d'un chemin de déplacement pour le véhicule de travail agricole.

Cette solution n'est pas satisfaisante pour plusieurs raisons. En premier lieu elle nécessite des échanges permanents, avec des débits importants, entre le véhicule autonome et le serveur lorsque c'est le serveur qui pilote un ou plusieurs robots, ou une puissance de calcul importante pour le calculateur du véhicule autonome, ainsi qu'une capacité de communication entre les véhicules autonomes pour coordonner leurs déplacements.

Dans une zone de culture, les conditions de radiocommunication ne sont pas toujours de grande qualité, et le fait que le serveur permette à l'opérateur de « télécommander » certaines fonctions du véhicule de travail (par exemple, démarrer et arrêter le véhicule de travail, demander au véhicule de travail de suivre un itinéraire à travers le champ, etc.) constitue un risque en cas de mauvaise communication.

Cette solution est aussi basée sur le partitionnement de l'espace de travail, ce qui ne permet pas d'optimiser les déplacements, car ils sont cantonnés dans une superficie fermée et de dimensions nécessairement inférieures aux dimensions de l'espace total à traiter. Cette solution interdit en particulier le travail dans une même partition de plusieurs véhicules.

On connaît aussi la demande de brevet US2007/233745 décrivant un procédé pour créer un plan d'itinéraire pour un groupe de systèmes de machines agricoles et un système de planification d'itinéraire correspondant. Cette solution de l'art antérieur prévoit la mise en réseau les différents systèmes de planification d'itinéraires et l'échange constant de données, pour déterminer individuellement des itinéraires pour les systèmes de machines individuels, les itinéraires des autres véhicules respectifs étant pris en compte dans la stratégie d'optimisation. Cette solution implique que tous les systèmes de machines savent alors où ils se trouvent et où se trouvent les autres systèmes de machines.

Le paragraphe [0034], D2 précise que « lorsqu'un nouveau système de machine est ajouté, il suffit d'établir une communication avec les autres systèmes de machine et de

« s'annoncer » au sein du groupe. Pour ce faire, il transmet ses données de planification d'itinéraire disponibles qui, dans le cas le plus simple, sont ses propres données de position, ses paramètres machine et des informations sur le fait que ce système machine est censé participer à cette opération. Il reçoit ensuite les données de planification d'itinéraire des autres systèmes de la machine, y compris le plan de route existant ».

Cela montre que chaque véhicule calcule son itinéraire et échange des informations avec tous les autres véhicules, alors que l'invention prévoit au contraire exclusivement une communication légère entre chacun des véhicules et le superviseur.

Solution apportée par l'invention

Afin de remédier aux inconvénients de l'art antérieur, la présente invention est basée sur la dissociation entre :

a) - le calcul de la topologie de la zone de déplacement, réalisé par un calculateur distinct du calculateur d'un des véhicules autonomes, notamment d'un superviseur ou d'un serveur, effectuant les traitements de calcul d'une numérique carte de la surface à traiter avec une définition de lignes de déplacement, associées chacune à un identifiant, sans affection de lignes à un véhicule autonome particulier à ce stade

b) - le guidage, pendant le déplacement sur une ligne dévolue à un véhicule, commandé par le calculateur du véhicule considéré, prenant en compte la carte numérique précalculée par le superviseur.

Avec cette répartition « macroscopique » traitée par le serveur, et microscopique traitée par le calculateur de chacun des véhicules, il est possible de réduire le flux de données échangées entre le serveur de chacun des véhicules autonomes et d'améliorer la robustesse du système même en cas de défaillance des radiocommunications. Ces échanges se limitent à l'émission par le véhicule d'un message court pour signaler son arrivée prochaine à la fin de la ligne allouée, et l'émission par le serveur d'un message bref contenant l'identifiant du véhicule concerné et l'allocation d'une nouvelle ligne.

L'invention revendique un procédé prévoyant successivement :

• la communication à une étape initiale de la carte à chacune des machines autonomes

• l'envoi par le superviseur de paquets d'information de faible poids pour indiquer la nouvelle ligne à parcourir à chacune des machines autonomes.

• le calcul des écarts entre la géolocalisation et la position planifiée par le calculateur de la machine autonome et non pas par le superviseur

Pour répondre aux inconvénients des solutions de l'art antérieur, la présente invention concerne un procédé comportant les étapes suivantes :

• la communication à une étape initiale de la carte à chacune des machines autonomes

• l'envoi par le superviseur de paquets d'information de faible poids pour indiquer la nouvelle ligne à parcourir à chacune des machines autonomes .

• le calcul des écarts entre la géolocalisation et la position planifiée par le calculateur de la machine autonome et non pas par le superviseur A cet effet, l'invention concerne selon son acception la plus générale un procédé de gestion d'une flotte de véhicules agricoles autoguidés comportant chacun un moyen de détermination en temps réel des coordonnées de sa position instantanée, ledit procédé consistant à :

- calculer une carte numérique comportant :

o au moins des données géoréférencées de contour de la zone de déplacement

o et une pluralité de lignes indexés L _± géoréférencées

- Transmettre à chacun des véhicules agricoles autoguidés des messages d'allocation d'au moins un ligne indexés L _±

caractérisé en ce que

- le procédé comporte une étape initiale d'enregistrement dans une mémoire numérique de chacun desdits véhicules agricoles au moins une copie de ladite carte numérique

- le déplacement de chacun desdits véhicules agricoles autoguidés étant commandé par un calculateur local en fonction des lignes indexées L _± allouées et lesdites coordonnées de position

- lesdits messages d'allocation d'une ligne indexée L _± suivante étant transmis à un véhicules agricoles autoguidés lorsque ledit véhicules agricoles autoguidés transmet un message de service .

Avantageusement, ladite carte numérique comporte en outre au moins des données géoréférencées d'au moins une zone à travailler constituée par un ensemble de tronçons de référence d'au moins une ligne ou d'un contour de ladite zone, lesdits véhicules agricoles autoguidés comportent chacun au moins un outil de travail pouvant prendre au moins deux états, ledit calculateur commandant en outre l'état dudit outil de travail en fonction desdites coordonnées de position et de ladite carte numérique. Selon une variante, ladite carte numérique comporte au moins une zone d'intérêt franchissable constituée par un ensemble de tronçons de référence d'au moins une ligne ou d'un contour de ladite zone, et en ce que ledit calculateur local du véhicule agricole autoguidé commande de modification de l'état de son outil de travail en fonction desdites coordonnées de position et en outre desdites données géoréférencées du contour de ladite zone d'intérêt franchissable.

Selon une autre variante, ladite carte numérique comporte lesdites zones d'intérêts sont indexées en fonction d'un type d'outil de travail, et en ce que ladite flotte de véhicules agricoles autoguidés est constituée par un ensemble hétérogène de véhicules agricoles autoguidés associés à des outils de travail différents.

Le traitement de haut niveau consistant à déterminer l'organisation optimale des lignes est effectuée sur le serveur central. Les traitements de suivi de précision de la ligne allouée sont traités exclusivement par le calculateur de chaque véhicule autonome, sans intervention sur serveur. Entre l'allocation d'une nouvelle ligne et l'arrivée à la fin de la ligne, le véhicule fonctionne donc de manière totalement autonome, sans nécessiter d'échanges avec le serveur. Lorsqu'il approche de la fin de la ligne allouée, il émet un message contenant son identifiant. En l'absence de réponse du serveur, le calculateur du véhicule autonome active une procédure de sécurité, par exemple mise à l'arrêt. Si au contraire le serveur transmet un message d'allocation d'une nouvelle ligne, le calculateur du véhicule autonome reprend la commande pour le suivi de la nouvelle ligne.

Selon une autre variante, il comporte le cantonnement ou la réservation des lignes alloués, l'étape de transmission desdits messages d'allocation excluant les lignes appartenant auxdites lignes cantonnés ou réservées.

Selon une autre variante, ladite carte numérique comporte en outre au moins des données géoréférencées de contour d'au moins une zone indexée de maintenance,

le déplacement de chacun desdits véhicules agricoles autoguidés étant commandé par un calculateur local en fonction de la zone de maintenance indexée allouée en réponse à un message de service et lesdites coordonnées de position.

Selon une autre variante, ledit message de service est transmis par lesdits véhicules agricoles autoguidés lorsqu'il approche de l'extrémité de la ligne allouée, et comporte les coordonnées instantanées .

Selon une autre variante, ledit message de service comportant les coordonnées instantanées du véhicule est transmis périodiquement par chacun desdits véhicules agricoles autoguidés .

Avantageusement, lesdits véhicules agricoles autoguidés échangent périodiquement lesdits messages et recalculent les allocations de ligne et/ou de zone de chacun desdits véhicules agricoles autoguidés.

Selon une variante, le procédé comporte des étapes d'enregistrement de paquets de données comprenant la position instantanée transmise par le calculateur local ainsi que l'état des outils de travail, et de transmission périodique dudit paquets de données à un serveur distant.

Selon une autre variante, lesdits véhicules agricoles autoguidés comportent des moyens de détection de zones d'intérêts et de transmission de données géoréférencées d'une zone d'intérêt détectée pour le recalcule de ladite carte numérique.

Selon une autre variante, ledit calculateur local de chacun desdits véhicules agricoles autoguidé commande l'arrêt en cas de détection d'un franchissement d'un contour.

Selon une autre variante, il comporte des étapes de changement dynamique des zones franchissables en zones non franchissables lorsque toutes les lignes débouchant dans la zone ont été travaillées .

Selon une autre variante, il comporte des étapes de transmission de données géoréférencées d'une zone d'intérêt détectée par un équipement tiers, pour le recalcul de ladite carte numérique.

Selon une autre variante, il comporte des étapes de changement dynamique des zones franchissables en zones non franchissables lorsque toutes les lignes débouchant dans la zone ont été travaillées .

L'invention concerne aussi un véhicule agricole autoguidé comportant un moyen de détermination en temps réel des coordonnées de sa position instantanée, et une mémoire numérique pour enregistrer une carte numérique transmise par un équipement tiers, ladite carte numérique comportant :

o au moins des données géoréférencées de contour de la zone de déplacement

o et une pluralité de lignes indexées Ri géoréférencées caractérisé en ce que ledit véhicule agricole autoguidé comporte un calculateur pour commander en temps réel le déplacement en fonction de ladite carte numérique enregistrée dans ladite mémoire, d'un message d'allocation d'au moins une ligne indexée Li reçue d'un équipement tiers, et desdites coordonnées de position, ledit calculateur étant en outre configuré pour commander l'émission d'un message de service à destination d'au moins un équipement tiers, pour déclencher l'émission par un équipement tiers d'un nouveau message d'allocation d'une ligne indexée Ri suivant.

Description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un exemple non limitatif de l'invention qui suit, se référant aux dessins annexés où :

[Fig.1] la figure 1 représente une vue schématique d'un système pour la mise en œuvre de 1 ' invention

[Fig.2]

[Fig. 3]

[Fig.4] les figures 2 à 4 représentent des calques permettant de calculer une carte numérique

[Fig.5] la figure 5 représente une vue schématique du parcours d'un engin agricole

Description des principes généraux.

Le système selon l'invention illustré par la figure 1 concerne un travail d'une aire organisée en une pluralité de lignes (2), avec à l'extrémité des lignes (2) des zones de retournement (3, 4) situés entre la surface cultivable et les limites de circulation des engins agricoles définis par les chaussées routières, fossés, haies et talus bordant la surface à cultiver. La parcelle de terre à culture structurée par des lignes orientées de manière à réduire les manœuvres. L'intervalle entre deux lignes adjacentes est généralement constant mais peut présenter localement des variations pour tenir compte de spécificités du terrain. Ces lignes sont dans la mesure du possible droites, mais peuvent présenter localement des courbures. Elles définissent les lignes de passage des engins agricoles, pour des travaux tels que le labour, l'ensemencement, le désherbage, la récolte, la pulvérisation de différents composés, etc.

La topologie de la parcelle est calculée par un serveur (5), distinct du calculateur et des équipements de l'un des véhicules autonomes, par des traitements d'optimisation et enregistrée dans une mémoire ( 6 ) du serveur sous forme de carte numérique comportant les informations géolocalisées relatives aux lignes ( 2 ) et aux zones de retournement ( 3 , 4 ) . Le serveur peut être un équipement fixe, ou un équipement mobile installé à proximité de la surface à travailler, par exemple une camionnette comportant un système informatique, des moyens de radiocommunication et une alimentation.

Le système comporte également des engins autonomes (100) tractant un attelage de travail (120). Chacun des engins autonomes (100) est équipé de moyens propres de géolocalisation (110), par exemple par un système de géolocalisation satellitaire (200).

Un planificateur calcule l'allocation des tâches de chaque engin et particulièrement les trajectoires de déplacement de chacun des engins autonomes (100), et transmet aux engins autonomes (100) les informations nécessaires pour assurer le suivi de la trajectoire allouée en fonction des données de géolocalisation reçues localement par chacun des engins.

La trajectoire sur la parcelle est calculée en fonction de la ligne allouée.

Description d'un exemple détaillée d'une culture de maïs en rang

Cet exemple concerne la mise en œuvre de l'invention pour le semis d'un champ de maïs présentant une zone à semer (1) en rayé sur la figure 2, avec en périphérie des zones fourrières (3) servant consécutivement aux manœuvres des engins puis au semis, ainsi que des obstacles non franchissables (11), par exemple une éolienne, et des zones franchissables (12) ne devant pas être ensemencées, par exemple des chemins de traverses ou des passages de tuyaux d'irrigation.

Ces informations sont précalculées en amont du procédé selon l'invention et enregistrées sous forme d'un premier calque numérique .

Les données initiales comportent un second calque illustré par la figure 3, présentant un ensemble de lignes, comprenant des lignes (2) correspondant à la zone à semer (1) ainsi que des lignes (13) correspondant aux lignes de déplacement dans les zones franchissables (12).

Un troisième calque illustré par la figure 4 présente des zones (14, 15) différenciées en fonction de la carte de préconisation. Par exemple, pour un semis, certaines zones (14) nécessitent un semis dense, et la valeur associée à cette zone sera par exemple 100.000 pieds par hectare, alors que les zones (15) moins fertiles ne nécessitent que 85.000 pieds à l'hectare.

Chacun des calques est géoréférencé pour permettre le rapprochement avec une carte numérique géographique ainsi qu'avec toute autre information topographique.

Ces calques numériques sont téléchargés soit directement dans la mémoire embarquée de chacun des véhicules agricoles, soit transmises à un planificateur réalisant un prétraitement et transmettant ensuite une carte numérique résultant de ce traitement à chacun des véhicules agricoles autonomes.

Lorsque la flottille de véhicules agricoles autonomes (100) est installée sur le champ, chacun reçoit du planificateur un message d'allocation de lignes à parcourir et/ou de lignes à travailler, sous forme de référence aux objets numériques de ladite carte numérique enregistrée localement.

Par exemple, le premier robot (100) est disposé au départ sur une zone fourrière (3) comme représenté en figure 5. Dans la mémoire locale de ce premier robot (100), est enregistrée d'une part la carte numérique résultant des différents calques susvisés, ainsi que les lignes allouées, par exemple une ligne de manœuvre (LM1) et un ensemble de lignes consécutives (L1 à L5 ) , pour un robot travaillant sur cinq rangs, avec la ligne médiane L3 constituant la référence de guidage du déplacement du premier véhicule agricole (100).

Selon une première option, les lignes alloués initialement sont limitées à une longueur de la zone à travailler. Lorsque le véhicule agricole (100) approche de l'extrémité de cette longueur, le planificateur lui envoie un nouveau message d'allocation de la série de lignes pour la longueur suivante. A cet effet, le véhicule agricole (100) émet périodiquement un message numérique comprenant son identifiant et la position résultant des moyens de géolocalisation embarqués ainsi qu'un acquittement des consignes réalisées.

Selon une autre option, le planificateur transmet une pluralité de série d'allocation, permettant au véhicule agricole (100) de traiter une succession de longueurs reliées entre elles par des lignes de manœuvre (LM1).

Selon un mode de réalisation sécurisé, les messages échangés entre chacun des robots et le planificateur sont cryptés et éventuellement chiffrés de bout-en-bout . Avantageusement, les données transmises et les données reçues par le planificateur sont enregistrées de manière horodatées.

En particulier, les données peuvent être injectés dans un nœud d'une chaîne de bloc (« Blockchain ») de manière à garantir une traçabilité probante des travaux réalisés par chacun des véhicules agricoles.

Dans certaines parties du champ, à la proximité d'une zone franchissable (12) par exemple une partie d'un chemin d'irrigation empiétant sur une ligne L5 , le tronçon T5 de ligne traversant cette zone (12) est associée à une consigne interrompant le travail de l'outil correspondant (les autres outils correspondant aux lignes L1 à L4 restant actifs).

Le pilotage et le guidage du véhicule agricole (100) sont assurés uniquement par le calculateur embarqué et les données locales de géolocalisation provenant des moyens propres de géolocalisation du véhicule agricole (100).

Le calculateur du véhicule agricole (100) modifie les commandes de direction du déplacement en fonction des écarts latéraux mesurés par rapport à la ligne de guidage L3 et/ou par rapport aux lignes de travail L1 à L5.

Les outils du véhicule agricole (100) sont pilotés en fonction des données du calque correspondant à la carte de préconisation et des données locales de géolocalisation. Pour améliorer la précision du travail, le calculateur transmet au circuit de pilotage de l'outil la valeur immédiate de consigne ainsi qu'au moins une valeur future. Le circuit de pilotage peut ainsi optimiser la commande de l'outil pour prendre en compte la dynamique de changement d'état de l'outil.

Le travail est réalisé par une flottille de véhicules agricoles (101, 102, 103) dont certains peuvent porter des outils de natures différents, et/ou de largeurs différentes.

Le planificateur attribue à chacun de ces véhicules agricoles (101 à 103) des messages d'allocation dédiés, calculés de façon à éviter des intersections de trajectoire et pour optimiser le traitement du champ.

Dans le cas où les messages d'allocations sont limités à une zone réservée à un même véhicule agricole (100), définie par les lignes limitées à une longueur, ou aux lignes contenues à l'intérieur d'une zone délimitée, le calculateur local commandera l'arrêt du véhicule agricole (100) avant la fin de la zone réservée en cas de perte de communication avec le planificateur .

Dans le cas où le planificateur reçoit un message de service d'un véhicule agricole (100) correspondant à une fin d'autonomie (par exemple calculée par le planificateur en fonction de l'autonomie résiduelle communiquée par le véhicule agricole (100) et la distance à parcourir sur la longueur suivante) il calcule pour ce véhicule agricole (100) une trajectoire de retour à une zone de maintenance. Les messages enregistrés dans la mémoire du véhicule agricole (100) en fin d'autonomie sont alors remplacés .

Le planificateur recalcule aussi de nouveaux messages d'allocation aux véhicules agricoles (100) restant opérationnels en fonction du retrait du véhicule agricole (100).

Optionnellement le planificateur communique occasionnellement des messages de changement de l'état des zones, par exemple lorsque la totalité de la zone à cultiver a été traitée, les zones de manœuvres deviennent des zones cultivables. Le message transmis par le planificateur est traité par le calculateur de chaque véhicule agricole (100) pour modifier le calque numérique afin de prendre en compte le changement d'état de certaines zones . Planificateur distribué

Selon une variante d'implémentation, le planificateur centralisé est remplacé par une solution distribuée où les calculateurs locaux de chacun des véhicules agricoles (100) échangent des messages de négociation d'allocation de tâches. Chaque calculateur peut par exemple enregistrer la table d'allocation spécifique au véhicule considéré, ainsi que les tables d'allocation des autres véhicules et procède à une vérification d'absence de recouvrement.