Description de l`algorithme de reconstruction de terrain

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2RT3D
Présentation de l’algorithme de
reconstruction de terrain de
Robosoft
Référence document Révision Date
RSP/6184/TEC/2009/01 1.1 28/10/2009
Auteur Visa
Yves QUEMENER

Présentation de l'algorithme de
reconstruction de terrain de Robosoft
Réf. RSP/6184/TEC/2009/01
Révision 1.1
Date 28/10/2009
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DIFFUSION DU DOCUMENT
Société / Organisme Nom Distrib. Copie
Robosoft PGES (RSP) Aubert CARREL X
Robosoft PGES (RSP) Francis MARTINEZ X
USAR – CNRS / PSIROB Michel GUGLIELMI X
LAAS Simon LACROIX X
LAAS Naveed MUHAMMAD X
THALES Optronique (TOSA) Joël MORILLON X
THALES Optronique (TOSA) Jean Sébastien BENOIST X
HISTORIQUE DU DOCUMENT
N°
Révision
DATE AUTEUR PRINCIPALES
MODIFICATIONS
MOTIFS
0.1 22/07/2009 Y. QUEMENER Création Version préliminaire
1.1 28/10/2009 Y. QUEMENER Modifications Prise en compte remarques de
lecture F.Martinez et A.Carrel

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Table des matières
1. INTRODUCTION 4
1.1 Objet du document 4
1.2 Terminologie 4
1.3 Objet de l’algorithme 4
2. ALGORITHME 5
2.1 Principe général 5
2.2 Principes détaillés 5
2.2.1 Création du MNT 5
2.2.2 Recherche de chemin 8
3. PERFORMANCES 9
3.1 Qualité et finesse du MNT obtenu 9
3.2 Algorithme de recherche de chemin 9
3.3 Sensibilité aux erreurs d’orientation 9
4. INTERFACE GRAPHIQUE 10

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1. Introduction
1.1 Objet du document
Ce document a pour but de présenter l’algorithme de reconstruction de modèle numérique de
terrain proposé par Robosoft dans le cadre du projet 2RT3D.
1.2 Terminologie
MNT Modèle numérique de terrain
Repère global Repère utilisé par la base de localisation du véhicule.
Repère local Repère relatif au point zéro de l’imageur laser. Il est donc mobile
par rapport au terrain et solidaire au véhicule.
Impact Point de mesure retourné par l’imageur laser dans le repère local.
Un tel point correspond à l’impact entre un faisceau laser de
mesure et un objet de l’environnement.
LNP Lidar Network Protocol. Protocole de transmission réseau mis au
point dans le cadre de 2RT3D qui permet de transmettre des
séries d’impact ainsi que la position et l’orientation du capteur. Ce
protocole est publié dans le document « Description of the
network protocol used to transmit lidar data »
1.3 Objet de l’algorithme
Le but de l’algorithme de reconstruction de MNT de Robosoft est de convertir une série
d’impacts reçus par Ethernet grâce au protocole LNP en une grille d’élévations utilisable pour la
navigation autonome. Il a été convenu que Robosoft présenterait un algorithme basique, par
comparaison à ceux mis au point par le LAAS mais qu’il permettrait d’effectuer rapidement des
essais de reconstruction avec des données réelles et simulées, voire d’effectuer des tests en
boucle fermée dans le simulateur.
Optionnellement, l’algorithme développé peut également donner des consignes de guidage
point à point qui permettent au robot d’éviter des obstacles tels que les murs et les fortes
pentes.

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2. Algorithme
2.1 Principe général
L’algorithme développé crée une carte d’élévation sur une grille de 80 x 80 cases de 2 mètres
de coté (pour une grille de 160x160 m donc) centrée sur le véhicule, et alignée sur les axes du
repère « monde ». Ces nombres sont précisés dans un script et sont donc aisément
modifiables.
Ces dimensions ont été choisies car 80 mètres est la distance maximale théorique de l’imageur
laser utilisé dans le cadre de ce projet.
On va attribuer chacun des impacts à un nœud du MNT afin de déterminer une altitude. Une
fois la carte d’élévation déterminée, on en déduit une carte de traversabilité qui servira à son
tour à déterminer un chemin praticable grâce à un algorithme de recherche de chemin A*.
2.2 Principes détaillés
2.2.1 Création du MNT
Chaque impact reçu est associé au nœud de la grille du MNT dont il est le plus proche (en ne
considérant que les coordonnées XY). L’altitude de cet impact vient ensuite contribuer aux
multiples caractéristiques associées à chaque nœud.
A chaque nœud du maillage du MNT correspond un ensemble de caractéristiques :
• Date à laquelle le dernier impact associé à ce nœud à été reçu
• Altitude minimum des impacts reçus
• Altitude maximum des impacts reçus
• Altitude moyenne des impacts reçus
• Altitude du dernier impact reçu
• Moyenne des incertitudes des données liée à ce nœud.
• Altitude moyenne des impacts reçus pondérés par les incertitudes
• Variance de l’altitude des impacts
Il est possible de visualiser ces différentes données dans l’interface graphique (cf. 4.Interface).
Ces informations vont être utilisées pour construire le MNT final qui attribue une altitude finale
à chaque nœud du MNT.
Le principe de l’algorithme est le suivant :
• Si la variance de l’altitude des impacts dépasse un certain seuil (paramétrable et
empiriquement fixé à 0.1, soit un écart-type de 31 cm) on considère que le voisinage du
nœud comporte une surface verticale. L’altitude finale attribuée au nœud est alors l’altitude
maximum enregistrée. Le nœud est également classé comme non traversable.
• Si la variance de l’altitude des impacts est inférieure à ce seuil, on considère que le
voisinage du nœud est une surface à peu près plane. On utilise alors l’altitude moyenne.
Un modèle simple d’incertitudes de mesure a été utilisé : on suppose un certain pourcentage
d’erreur dans les données de localisation, en position et en orientation, ainsi que dans les
mesures de distance de l’imageur. Cela se traduit par une incertitude de position de l’impact
d’autant plus grande que l’impact est éloigné de l’imageur.