Prévention de l'extension des essaims de criquets pèlerins

Les drones pourraient jouer un rôle décisif en matière d'identification et de prévention des essaims de criquets pèlerins, dans le cadre de la lutte contre ce migrateur dangereux et nuisible. 

Les criquets pèlerins ont un appétit vorace, au point d'être inégalés dans le monde des insectes. Dans leur zone d'activité, soit 20 pour cent de la surface terrestre, ils se reproduisent annuellement, se regroupent, et forment ensuite des essaims pouvant couvrir jusqu'à 150 kilomètres par jour, passant d'un continent à l'autre.

Alors que les essaims de criquets pèlerins sont inconnus en Amérique et en Europe, ils représentent une menace constante pour les ressources alimentaires de certains des pays les plus pauvres et les plus secs au monde, occupant une surface immense s'étendant de l'Afrique de l'Ouest au sous-continent indien. Les pays vulnérables luttent en faisant appel à une technologie de télédétection et d'étude sur le terrain en vue d'identifier et éliminer les zones de reproduction des criquets. Aujourd'hui, certains experts pensent que la technologie des drones, appelés dans le monde anglophone « véhicules aériens sans pilote (UAV) », pourrait offrir aux équipes d'étude et de lutte une solution économique et efficace.

Système d'alerte précoce

Un système d'alerte précoce et de lutte préventive contre les criquets pèlerins existe depuis plus de cinquante ans. C'est le système d'alerte le plus ancien au monde contre les migrateurs nuisibles. Environ vingt-quatre pays concernés ont créé des centres nationaux de lutte contre les criquets au sein de leur gouvernement, regroupant des équipes d'étude et de lutte spécialisées, bien formées, équipées pour parcourir tous les jours le désert dans des 4x4 afin de trouver et traiter les infestations.

Pour les détecter, ces équipes se fondent sur leur propres connaissances ainsi que sur les informations fournies par les nomades. Ces connaissances sont associées à des images satellite actualisées montrant les précipitations et la végétation, ce qui permet aux équipes d'identifier les sites potentiels de reproduction et les infestations de criquets en cours d'expansion. Les équipes enregistrent leurs observations dans une tablette qui transmet les données en temps réel via satellite à leur centre national de lutte contre les criquets. Cette information est ensuite transmise au Desert Locust Information Service (DLIS), installé au siège de l'Organisation des Nations Unies pour l’alimentation et l’agriculture (ONUAA) à Rome, en Italie.

La réussite de la prévention des invasions de criquet pèlerin se fonde sur une surveillance régulière dans le désert, des alertes précoces, et une réaction rapide. Si une invasion n'est pas détectée à temps, cela peut avoir un effet dévastateur sur la subsistance de la population locale. Il a par exemple fallu plus de 500 millions USD et deux années pour contrôler les crises acridiennes de 2003 et 2005 en Afrique du Nord. Quelque 13 millions d'hectares ont été traités avec des pesticides. En ce qui concerne les céréales, des pertes de 100 pour cent ont été rapportées dans certaines régions, et rien qu'en Mauritanie, 60 % des chefs de famille ont dû s'endetter. Au Mali, le niveau d'éducation a chuté car les enfants ont été retirés des écoles en raison de la mauvaise situation économique de leurs parents.

Même si le système d'alerte précoce et de lutte préventive est bien établi et reste efficace au jour le jour, il n'est pas parfait. Actuellement, trois obstacles fondamentaux ont un impact sur ce système : l'énorme étendue et l'éloignement des régions désertiques à explorer, l'insécurité politique croissante, l'inaccessibilité ainsi que les dangers dans ces régions, et enfin l'utilisation fiable des pesticides au cours des opérations de lutte.

Images en haute résolution

L'utilisation de drones pourrait permettre de lever ces obstacles dans de nombreux pays affectés. Sur le terrain, on pourrait utiliser les drones pour collecter automatiquement des images en haute résolution de zones de végétation potentiellement affectées. Commandé par une tablette portative robuste, le drone suivrait un plan de vol préprogrammé couvrant un rayon de 100 kilomètres.

Au terme du vol, les équipes chargées de l'étude pourraient exploiter les données collectées pour identifier les zones les plus susceptibles d'abriter des criquets, ce qui leur permettrait de se rendre directement sur place. Une fois que l'équipe atteint une zone suspecte, le drone pourrait la survoler et identifier d'autres zones proches et nécessitant un traitement. On pourrait ensuite utiliser un drone de lutte séparé pour répandre les pesticides directement sur les concentrations de criquets. Les drones pourraient encore être utilisés pour vérifier la présence de criquets dans des zones peu sûres ou inaccessibles par les équipes de terrain.

Cette solution présente bien des avantages comparée aux méthodes d'étude et de lutte employées actuellement dans les pays touchés par les invasions de criquets. Les études du terrain seraient plus efficaces puisque les équipes ne devraient plus parcourir le désert à l'aveugle en espérant tomber sur des zones de végétation suspectes ou des invasions de criquets.  Les drones permettraient au contraire d'identifier ces zones, ce qui donnerait la possibilité aux équipes d'étude de s'y rendre directement.

Une fois sur place, le drone donnerait une confirmation précise de l'étendue et de la gravité de l'invasion du site. Les opérations de lutte seraient plus sûres et plus efficaces car des opérateurs humains ne seraient plus exposés à des pesticides potentiellement dangereux lors de l'élimination des insectes. Les opérations de lutte contre les parasites deviendraient aussi plus efficaces parce que les drones seraient capables de traiter précisément les invasions, avec la bonne dose de pesticides et la bonne méthode.

Défis à relever

L'introduction des drones dans le système existant §d'alerte précoce et de prévention présente bien des avantages, mais il reste des défis à relever. Il faut d'abord concevoir un drone suffisamment endurant pour couvrir au moins 100 kilomètres en un seul vol, tout en étant chargé de détecteurs optiques capables de différencier une végétation annuelle d'un sol nu. Le système du drone devra ensuite pouvoir traiter et produire les résultats sur le terrain. Étant donné les limitations relatives aux batteries et aux pièces détachées dans les pays en développement, le drone devra fonctionner à l'énergie solaire et être composé de pièces robustes mais simples, facilement disponibles sur les marchés locaux.

Le drone devra aussi pouvoir détecter avec exactitude et fiabilité des taches ou concentrations de criquets sur un site. Un drone de lutte devra pouvoir associer une charge de pesticide potentiellement lourde et une durée de vol relativement longue en vue de traiter le plus possible d'invasions de criquets sur la surface la plus étendue possible.

La commande des drones d'étude et de lutte devra être simple et intuitive car les utilisateurs de terrain disposeront peut-être d’une expertise et de compétences informatiques limitées. Les gouvernements nationaux devront enfin élaborer des cadres juridiques permettant l'utilisation de drones pour des opérations de lutte contre les criquets.

L'ONUAA collabore actuellement avec des chercheurs universitaires et des partenaires du secteur privé en Europe pour répondre à des défis concernant la conception, l'endurance, la puissance, la détection de végétation et de criquets, et le traitement sur place des données en vue d'intégrer la technologie des drones dans les opérations nationales d'étude et de lutte. On s'attend à ce que les premiers essais sur le terrain débutent cette année en Mauritanie pour tester de nouvelles technologies potentielles, les perfectionner, et les adopter en vue d'une utilisation opérationnelle potentielle dans les pays touchés par les invasions de criquets.

L'ONUAA espère que d'ici cinq ans les drones joueront un rôle décisif dans la protection des denrées alimentaires et des moyens de subsistance contre le criquet pèlerin dans le cadre de la lutte contre la faim et la pauvreté mondiales. Cette technologie et les enseignements tirés de l'expérience avec le criquet pèlerin devraient pouvoir être modifiés et adoptés dans le combat contre d'autres maladies et parasites agricoles de par le monde.

À propos de l'auteur :

Keith Cressman (Keith.Cressman@fao.org) est le fonctionnaire principal en charge des prévisions acridiennes au sein du DLIS, ONUAA à Rome, en Italie. Il s'occupe du système global d'alerte précoce acridienne de l'ONUAA.

Liens connexes :

• Site Web L'observatoire acridien de l'ONUAA
• Nasa Earth Observatory – The Reach of the Desert Locust
• Page Web d'information satellite de l'ONUAA sur les prévisions acridiennes. 

Source:

Vous pouvez commander une version imprimée ou télécharger une version PDF de ce numéro en suivant ce lien.

Une sélection d'articles sont proposés sur le portail web du magazine : http://ictupdate.cta.int/fr, où vous pouvez vous abonner à la publication gratuitement.

The use of unmanned aerial vehicles to prevent the spread of desert locust swarms

Drones could play an integral role in identifying and preventing desert locust swarms in the fight against this dangerous migratory pest. 

The desert locust is the world's most dangerous migratory pest with a voracious appetite unmatched in the insect world. Within the desert locust's range, which is equivalent to 20% of the earth's land surface, the insects annually reproduce, concentrate and then form swarms that can move up to 150 kilometres per day in search of food.

These swarms are able to migrate across long distances, and can even jump from continent to continent.  A single desert locust swarm the size of Brussels could consume Belgium's entire food supply in a single day.

While desert locust swarms aren't found in the Americas or in Europe, these insects pose a constant threat to food supplies in some of the world's poorest and driest countries, occupying a huge area that stretches from West Africa to the Indian subcontinent. To control these swarms, vulnerable countries use remote sensing technology and ground surveys to identify and eliminate locust breeding areas. Now, some experts think drone technology could provide survey and control teams with an inexpensive and efficient method of searching for these destructive insects.

Early warning system

A global early warning and preventive control system against desert locust has been in place for more than half a century, representing the world's oldest migratory pest warning system. Some two dozen frontline countries have created dedicated national locust centres within their government, consisting of well-trained specialized survey and control teams equipped to scour the desert every day in 4WD vehicles to find and treat infestations.

To find insect infestations, these teams rely on their own knowledge as well as on information from nomads. This knowledge is combined with up-to-date satellite imagery indicating rainfall and green vegetation, allowing the teams to identify potential breeding sites and growing locust infestations. The teams record their observations on a rugged handheld tablet, which transmits the data in real time via satellite to their national locust centre. This information is then passed on to the Desert Locust Information Service (DLIS), based at the headquarters of the Food and Agriculture Organisation (FAO) of the United Nations in Rome, Italy.

The successful prevention of desert locust plagues relies on regular monitoring in the desert, early warning, and timely response. If a local plague is not detected on time it has devastating effects on local livelihoods. For example, it took more than $500 million and two years to control the 2003 and 2005 locust crises in northern Africa. Some 13 million hectares were treated with pesticides. Cereal losses reaching 100% were reported in some areas, and in Mauritania alone, 60% of household heads became indebted. Education levels dropped in Mali, as children were withdrawn from school due to economic pressure.

While the early warning and preventive control system to manage locust plagues is well-established and functions on a daily basis to protect valuable food supplies and livelihoods, it is not perfect. Currently, there are three primary limitations that impact this system: the huge and remote desert areas that must be searched for locust infestations; increasing political insecurity, inaccessibility and dangers within these areas; and the safe use of pesticides during control operations.

High-resolution imagery

The operational use of unmanned aerial vehicles (UAVs) – also known as drones – could potentially overcome these limitations in many affected nations. In the field, UAVs could be used to automatically collect high-resolution imagery of green, vegetated areas potentially affected by locusts. Controlled by a rugged, hand-held tablet, the UAV would follow a pre-programmed flight path, covering a 100 kilometre survey radius.

After the UAV finishes its flight, survey teams would be able to use the data to identify areas that seem most likely to harbour locusts, allowing them to travel directly to suspicious locations. Once the team reaches such an area, the UAV could be launched to hover overhead and identify other, nearby locust infestations that may require treatment. A separate control UAV could then be used to administer pesticides directly onto the locust concentrations. UAVs could also be used to check for locusts in areas that are insecure or cannot be accessed by ground teams.

The above scenario offers a number of advantages, as compared to the survey and control methods currently used in locust-affected countries. Ground surveys would become more efficient, since teams would no longer have to roam the desert in a random manner, hoping to come across suspicious-looking green areas or locust infestations. Instead, UAVs would be able to pinpoint these areas, allowing teams to directly travel to them.

Once in the potentially infested area, the UAV would provide a precise confirmation of the extent and scale of the infestation at that site, which could be several hectares or square kilometres in size. Control operations would become safer and more effective, as human operators would no longer be exposed to potentially dangerous pesticides while eliminating the insects. Pest control operations would also become more effective, since drones would be able to spray infestations precisely, using the correct pesticide dose and methodology.

#UN FAO tested #drones for #locust #monitoring https://t.co/5GbwbL8Gop #EarlyWarning #sUAS #UAV #Sahel #insect #sUAS pic.twitter.com/FOiYGTBkZD

— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) June 25, 2016

Remaining challenges

While incorporating UAVs into the existing desert locust early warning and prevention system seems to offer advantages, but several challenges remain. First, an UAV needs to be designed with sufficient endurance to cover at least 100 kilometres in one flight, while carrying optical sensors that can accurately differentiate green annual vegetation from bare ground. The drone system should then be able to process and output these results while in the field. Due to battery and spare parts limitations in developing countries, the UAV should be solar powered, and consist of robust yet simple parts that are easily available in local markets.

The UAV should also be able to accurately detect patches or concentrations of locusts within a single site on a reliable basis. A control UAV will need to be able to balance a potentially bulky pesticide payload with a long flight time, in order to treat the largest number of locust infestations within the greatest amount of area.

Operating both survey and pest control UAVs will have to be simple and intuitive, as users in the field may have only limited expertise and computer skills. Lastly, national governments will need to create legal frameworks that permit the use of drones for locust control operations.

The FAO is currently working with university researchers and private sector partners in Europe to address challenges concerning design, endurance, power, detection of green vegetation and locusts, and in situ data processing in order to incorporate drone technology into national survey and control operations. Initial field trials are expected to commence later this year in Mauritania to test some potential new technology, and to refine and adopt it for eventual operational use in locust-affected countries.

The FAO remains hopeful that within five years, UAVs will play an integral role in protecting food supplies and livelihoods from the desert locust, as part of the fight against global hunger and poverty. It is hoped that this technology and the lessons learned from the desert locust experience can be further modified and adopted for use in combatting other agricultural pests and diseases throughout the world.

About the Author:

Keith Cressman (Keith.Cressman@fao.org) is senior locust forecasting officer at DLIS, FAO in Rome, Italy. He operates FAO’s global desert locust early warning system.

Related Links:

• FAO Locust Watch website.
• Nasa Earth Observatory – The Reach of the Desert Locust.
• FAO’s satellite information for locust forecasting webpage. 

Source:

Republished with permission from ICT Update, issue 82, April 2016

Les cinq étapes de la création d’une carte au moyen de petits drones

Auparavant, on représentait tous les éléments d’une carte par des symboles dont les caractéristiques spatiales (emplacement, taille, forme) pouvaient être définies mathématiquement dans un système référentiel de coordonnées. On appelait « données vectorielles » les informations spatiales sous-jacentes aux éléments représentés de cette manière. En revanche, depuis l’apparition de la photographie aérienne, on peut désormais également produire des cartes avec des cellules de quadrillage (ou pixels) à chacune desquelles on assigne des valeurs de couleur normalisées, exactement comme pour une image numérique. On appelle « données raster » (ou matricielles) les données utilisées pour produire ce type de carte. Les cartes élaborées à partir des capteurs embarqués à bord des véhicules aériens sans pilote (VASP) ou drones sont dites « sous format matriciel ».

Une carte, au sens traditionnel du terme, doit au minimum répondre aux conditions suivantes : elle doit comporter une échelle et une flèche indiquant le nord, et elle doit offrir un grand degré de cohérence dans la précision des données. De nos jours, au lieu d’utiliser une échelle donnée pour obtenir la résolution souhaitée, les experts utilisent la résolution au sol (Ground sample distance, GSD). Cela représente la largeur et la longueur de la zone couverte au sol par un seul pixel de la mosaïque de capteurs de la caméra. La précision de la carte est donc intimement liée à la GSD. Pour une GSD fixée à 20 centimètres, il ne sera pas possible d’obtenir une mesure des distances entre des points perceptibles au sol plus précise que 20 cm.

Cinq étapes sont nécessaires pour créer une carte au moyen de drones de petite taille :

Étape 1. Conception de la carte et des plans de vol

Afin de s’assurer que la carte sera bien adaptée aux objectifs poursuivis, il importe de déterminer dès le début du processus le type de capteur(s) à utiliser (de lumière visible, de lumière infrarouge, multispectral ou hyperspectral). Une fois le type de capteur déterminé, il faut fixer la GSD adéquate. Plus la résolution au sol diminue et plus la résolution (et la précision) de la carte sera élevée.

Pour évaluer la résolution au sol souhaitée avec un appareil donné, il faut calculer l’altitude de vol correspondante, qui sera fonction de la résolution du ou des capteur(s) et de la distance focale de l’optique de la caméra. La création de cartes à partir d’images doit de plus garantir un recouvrement minimum des photos (exprimé en pourcentage). Pour satisfaire aux exigences en matière de recouvrement, il convient de calculer les intervalles auxquels l’appareil doit se déclencher, ainsi que l’espacement des bandes adjacentes au moyen des dimensions de l’empreinte au sol d’une image.

La Figure 1 illustre le rapport entre, d’une part, la taille et la résolution du capteur ainsi que la distance focale et l’altitude de vol et, d’autre part, la résolution au sol (GSD) et les espacements entre les déclenchements et entre les bandes.

Figure 1 : Paramètres du plan de vol (en mètres)

Par exemple, pour une GSD fixée à 12 millimètres, l’altitude de vol est de 50 mètres, l’appareil doit se déclencher tous les 9,8 mètres dans la bande de vol, et les bandes de vol doivent être espacées de 22 mètres.  
Une fois ces paramètres calculés, on peut mettre au point un plan de vol pour couvrir la zone d’intérêt. Il existe de nombreux outils de conception de plans de vol (gratuits ou payants) pour générer des plans de vol et des plans de tâches numériques de manière quasi automatique qui pourront ensuite être téléchargés sur le drone qui les exécutera alors automatiquement.

Étape 2. Acquisition des images

Afin de permettre l’orientation et la position absolues de la future carte, c’est-à-dire pour géo-référencer cette carte, il est nécessaire de placer sur le terrain des balises de taille et de forme adéquates : ces « Points de contrôle au sol » (PCS) doivent pouvoir être formellement identifiés sur l’imagerie aérienne, et leurs coordonnées dans le système de cartographie de référence souhaité seront mesurées par des méthodes de géomètres.

Dès que les balises PCS sont en place, le plan de vol peut être téléchargé sur le drone pour y être exécuté. Pour un fonctionnement sûr, il convient de procéder à des vérifications de vol et à l’évaluation du terrain avant le lancement du drone. À l’atterrissage, on télécharge le journal de bord et les images aériennes du drone vers un ordinateur portable ou un périphérique de stockage avant de procéder au traitement des images.

Étape 3. Traitement des images 

On associe volontiers la technologie des drones à la production de cartes en haute résolution, mais, sans la technologie de la Structure from Motion (SfM), la révolution cartographique que nous connaissons n’aurait jamais pu avoir lieu. Le degré d’automatisation extrêmement élevé qui caractérise cette technique de cartographie est essentiel pour la démocratisation de la production de cartes.

La première étape de la SfM consiste à aligner les caméras, processus accéléré par l’introduction des positions approximatives des caméras telles qu’enregistrées par le contrôleur de vol du drone. Ces positions approximatives sont également utilisées pour géo-référencer les positions des caméras, ainsi que tous les produits en aval générés par le processus de SfM. Lorsque des PCS (ainsi que leurs coordonnées terrestres) sont nécessaires pour un géoréférencement plus précis, leurs coordonnées-image doivent être visibles dans chaque visuel dans lequel ils apparaissent. Cette étape est généralement la seule intervention manuelle de la procédure de SfM. Dès qu’un modèle de terrain et un atlas de textures ont été produits, on peut générer différents produits géo-spatiaux. En règle générale, sur un ordinateur portable, on peut traiter quelque 500 images de 20MP (couvrant entre 5 et 10 hectares à une résolution au sol entre 10 et 20 millimètres) de grande qualité en l’espace de 24 heures environ.

Étape 4. Préparation et visualisation des produits géo-spatiaux

Une fois le processus de SfM achevé, on peut extraire différents produits géo-spatiaux. Pour une représentation en deux dimensions du terrain, on génère une orthophotographie sur le référentiel et la projection souhaités. On obtient alors une carte raster géo-référencée sans distorsion. Pour ajouter la troisième dimension, on peut générer un modèle altimétrique numérique (MAN) sous format matriciel ou vectoriel. L’association des produits susmentionnés permet des visualisations en 3D extrêmement réalistes, ainsi que des analyses plus ou moins automatiques relatives à la santé de la végétation, la détection de bâtiments, l’évaluation des sols sous l’angle du drainage et de l’irrigation, ou encore au calcul des volumes et de la hauteur des cultures.

Étape 5. L’extraction d’informations essentielles 

Des cartes matricielles véhiculent une quantité impressionnante d’informations, mais la diffusion des volumes de données très importants qu’elles contiennent occuperait une quantité considérable de bande passante. De nombreux logiciels de représentation graphique sont incapables de gérer de tels volumes. Il est donc impératif d’extraire des volumes de données les éléments essentiels pour toute analyse spécifique.

Cette opération est réalisée grâce à l’arpentage virtuel, un processus permettant à l’« arpenteur » de parcourir sans effort le terrain virtuel tout en procédant à des mesures, comme s’il se trouvait sur le terrain. Toutes les données capturées ainsi par l’« arpenteur virtuel » sont sauvegardées sous format vectoriel (format le plus efficace) puis exportées vers un logiciel DAO ou un système d’information géographique (SIG). La possibilité de se livrer à des travaux de topographie virtuels permet d’améliorer considérablement les performances et de réduire les coûts liés aux travaux de cartographie et de topographie. Le travail sur le terrain ne prend plus que quelques heures contre plusieurs semaines auparavant, voire plusieurs mois.

Autres progrès liés à la cartographie par drones

Notons que la cartographie SfM sans PCS est également possible : il suffit alors de connecter un récepteur miniaturisé de système mondial de navigation par satellite (GNSS) à double fréquence à la caméra pour enregistrer le moment précis de chaque déclenchement de l’appareil. De cette manière, les positions de déclenchement peuvent être déterminées de manière très précise, au centimètre près. Certains soutiennent que cette manière de procéder permet de faire l’impasse sur les PCS. De toute évidence, cette nouvelle approche devra faire l’objet de recherches plus approfondies avant de pouvoir convaincre les professionnels de la cartographie.

Enfin, l’émergence de scanners Lidar toujours plus légers constitue un autre progrès important. Le Lidar présente l’avantage unique de pouvoir pénétrer à travers la végétation, ce que n’arrive pas à faire la SfM.

Grâce à ces étapes et ces développements, les cartes numériques peuvent désormais être créées et analysées.

À propos de l’auteur :

Walter Volkmann (walter@unirove.com) préside Micro Aerial Projects L.L.C., une entreprise officielle de mesures géodésiques et cadastrales, spécialisée dans les solutions géo-spatiales.

Source:

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Five steps of making a map with small drones

Traditionally all features on a map were represented in the form of symbols whose spatial characteristics, like location, size and shape, could be mathematically defined in a spatial reference system. The underlying spatial information of features depicted in this way is referred to as vector data. Since the arrival of aerial photography, however, maps could also be made with contiguous cells, called pixels, to each of which normalised colour values are attached, just like a digital image. The data used to make a map in this way is referred to as raster data. The maps derived directly from unmanned aerial vehicles (UAV)-carried sensors are in raster form.

In the classical sense, a map has to satisfy at least the following basic conditions: it has to have a scale, a north arrow and be of uniform accuracy across the mapping domain. The scale on printed maps determined its resolution as well as its accuracy. In the digital age the scale of a map can be changed by simply scrolling the wheel of your mouse. Instead of using scale to achieve desired resolution, analysts nowadays make use of the Ground Sampling Distance (GSD). The GSD represents the width and length of the area covered on the ground by one pixel on the sensor array of the camera. For any given camera, the GSD is thus a function of how high above the ground the camera is located. The accuracy of the map is in turn intrinsically linked to the GSD. For a GSD of 20 centimetres it is not possible to measure distances between discernible features more accurately than 20 centimetres.

The small drone mapping workflow can be divided into five steps.

Step 1. Map design and flight planning

To ensure that the map is made “fit for purpose” it is important to decide from the outset which type of sensor(s) (visible light, infrared, multispectral, hyperspectral) will be needed. Once the appropriate sensor has been identified, the appropriate GSD has to be determined. The smaller the GSD, the higher the resolution (and accuracy) of the map will be.

To achieve the desired GSD with a given camera the corresponding flying height has to be computed. This is a function of the sensor resolution and the focal length of the lens of the camera. Moreover, making maps from images requires the so-called “stereo effect” which is brought about by image overlaps. Overlaps along the flight direction and between adjacent strips are expressed in percentages. Using the footprint dimensions of an image on the ground, the intervals at which the camera must expose and the spacing of adjacent lines which will satisfy the overlap conditions must be computed.

Figure 1 illustrates the relationship between camera sensor size and resolution, focal length and flying height on the one hand and GSD, photo and line spacing on the other.

Figure 1: Flight Planning Parameters (in units of meters)

For example, a GSD of 12 millimetres requires a flying height of 50 metres, the camera must be exposed every 9.8 metres along the flight line and flight lines must have a spacing of 22 metres.
With these parameters a flight plan can be compiled to cover the area of interest. There are many flight planning tools (open source as well as proprietary) available to more or less automatically generate digital flight and task plans which can be uploaded to the drone for automatic execution.

Step 2. Image acquisition

To provide the resulting map with absolute orientation and location, in other words to geo-reference it, it is necessary to place suitably sized and shaped targets on the terrain. These targets, known as Ground Control Points (GCPs) must be positively identifiable in the aerial imagery and their coordinates in the desired mapping reference system have to be established by survey. Obviously the targets have to be in place during the time of aerial image capture, however, they can be surveyed before or after image acquisition.

Once the GCP targets are in place, the flight plan can be uploaded to the drone for automatic execution. To ensure a safe operation, launching the drone should be preceded with flight checks and terrain evaluation. Upon landing the flight logs of the drone and the aerial images are downloaded to a laptop or storage device for processing.

Step 3. Image processing 

Drone technology is predominantly associated with high resolution mapping, but without the powerful Structure from Motion (SfM) technique we would not be experiencing the current mapping revolution. The very high degree of automation in this robust mapping technique is key in the democratization of map making.

The first step in the SfM workflow is the alignment of the cameras. This process can be accelerated by introducing the approximate camera exposure positions as recorded by the flight controller of the drone. These approximate camera positions are also used to approximately geo-reference the positions of the camera positions as well as all subsequent products generated by the SfM process. When GCPs (with their terrestrially determined coordinates) are needed for more precise geo-referencing, their image coordinates have to be observed in each image on which they appear. This is commonly the only manual intervention in the SfM process. Once a terrain model and a texture atlas have been derived, various geo-spatial products can be generated. As a rough rule of thumb some 500 20MP images (covering some 5 to 10 hectares at 10 to 20 millimetres GSD) can be processed at high quality in a matter of 24 hours or less on a gaming laptop.

Step 4. Preparation and visualisation of geo-spatial products

Once the SfM process has been completed various geo-spatial products can be extracted. For a two-dimensional depiction of the terrain an ortho photo is generated on a desired mapping datum and projection. This is a geo-referenced, distortion free raster map (as opposed to a distorted mosaic of “stitched” images). To add the third dimension a digital elevation model (DEM) either in raster or in vector form can be generated. Combining the above products allows for highly realistic 3D visualisations as well as more or less automated analyses such as vegetation health, building detections, terrain evaluations with regard to drainage and irrigation, volume calculations and crop heights, to mention a few.

Step 5. The extraction of essential information 

While raster maps such as high resolution ortho photos with underlying DEMs can convey a tremendous amount of information, they do so at the expense of very large data volumes which require considerable bandwidth for dissemination. Many graphic information systems, such as Computer Aided Drafting (CAD) programmes simply cannot handle these volumes. It is thus necessary to extract from the mass data volumes those elements that are essential for a specific analysis.

This is done by means of virtual surveying, a process which enables the “surveyor” to effortlessly navigate on and over the virtual terrain while performing measurements as if he were in the field. All data captured by the “virtual surveyor” in this fashion is saved in the much more efficient vector format and subsequently exported to CAD or Geographic Information Systems (GIS). The ability to do surveys virtually brings about enormous performance improvements and cost savings to mapping and surveying, typically reducing field work from weeks or months to a few hours.

Other developments related to drone mapping

It should be mentioned that SfM mapping without the use of GCP is also possible. This is accomplished by connecting a miniaturised dual frequency global navigation satellite system (GNSS) receiver to the camera to record the exact time of each exposure. In this way the camera exposure positions can be determined accurately to a few centimetres, thus it is argued, obviating the need for GCP. More research is needed before this approach can overcome the scepticism of many mapping professionals.

Finally, the emergence of ever lighter Lidar scanners is another important development. Lidar has the distinct advantage of penetrating vegetation, something which SfM fails to do.

With these steps and developments in mind digital maps can be created and analysed.

About the author:

Walter Volkmann (walter@unirove.com) is president of Micro Aerial Projects L.L.C., a geodetic and cadastral Surveyor, and geo-spatial solutions specialist.

Source:

Republished with permission from ICT Update, issue 82, April 2016

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Five steps of making a #map with small #drones #sUAS https://t.co/nkYUb6DcRg #mapping #howto #UAV #raster #vector pic.twitter.com/vTzBxuA1Eq

— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) June 11, 2016

Des drones pour compter les cocotiers

Dans les îles de Samoa, au cœur du Pacifique, la technologie des drones est utilisée dans le cadre d'une étude sur les cocotiers visant à prévoir plus précisément le rendement et la production d'huile de coco vierge. 

En 2015, l'organisation non gouvernementale agricole samoane WIBDI, Women in Business Development Incorporated (les femmes pour le développement intégré des entreprises), a réalisé qu'elle avait besoin d'un nouveau moyen pour collecter des données exhaustives auprès des associations d’exploitations agricoles, et de les organiser. WIBDI aide les familles rurales locales à s'engager activement sur le marché de niche des produits biologiques grâce au commerce équitable. Cette organisation cherchait un moyen de faciliter les contrôles du respect des normes en matière d'agriculture biologique et l'estimation de certaines cultures, notamment celle des cocotiers.

La noix de coco est à la fois la ressource renouvelable et le produit d'exportation le plus important des Samoa. Le pays exporte de l'huile de coprah, de l'huile de coco vierge, de la crème de coco, de la noix de coco séchée, de la fibre de coco et des produits à base de coquillages, à destination de l'Australie et de la Nouvelle Zélande pour la majorité des produits. WIBDI est le principal exportateur d'huile de coco vierge des Samoa et son premier client est l'entreprise The Body Shop.

À la recherche de solutions au problème de collecte de données, WIBDI s'est tourné vers l'entreprise samoane de services techniques Skyeye. Selon ses experts, les véhicules aériens sans pilote (UAV), communément appelés drones, étaient la solution idéale. Leur utilisation est moins coûteuse que celle d'un appareil avec pilote, et ils peuvent prendre des images d'une résolution supérieure à celle des images satellites.

Un serveur ouvert et gratuit

Dans le cadre de ses travaux de cartographie, Skyeye utilise un drone à voilure fixe pour la cartographie professionnelle pouvant couvrir des zones étendues au cours d'un même vol autonome. « Le drone nous permet de photographier des exploitations agricoles difficilement accessibles et d'effectuer des vols quand nous le souhaitons, si les conditions météorologiques sont favorables. La possibilité de capturer des images instantanées a représenté un avantage considérable pour ce projet de numérisation », explique Ephraim Reynolds, le technicien de Skyeye spécialisé en systèmes d'information géographique (SIG).

Une fois les images du drone récupérées, elles sont traitées pour produire des ortho-mosaïques (images assemblées dont la déformation est corrigée numériquement) afin de pouvoir les superposer sur une carte. Ces images sont ensuite ouvertes dans un logiciel SIG libre (QGIS). À l'aide de ce logiciel, les techniciens peuvent numériser des caractéristiques essentielles des exploitations agricoles. La haute résolution des images obtenues à partir des drones permet de procéder à un comptage visuel du nombre total d'arbres.

Skyeye utilise une application SIG nommée Web Feature Service (WFS) qui lui permet de donner accès aux utilisateurs à son géo-serveur, un serveur ouvert et gratuit conçu pour le partage de données géospatiales. Grâce à elles, les exploitants agricoles peuvent télécharger différents types d’informations, et modifier comme mettre à jour eux-mêmes la carte numérique de leur exploitation. « Skyeye peut ainsi répartir le travail et analyser les images des drones plus rapidement et de manière plus centralisée au sein d'un même système », explique M. Reynolds.

Repérer des zones d'atterrissage pour les drones

En estimant l'âge des cocotiers sur chacune des parcelles de l'exploitant agricole, WIBDI peut prévoir le rendement et la production d'huile de coco vierge. Ces estimations peuvent à leur tour être exploitées pour évaluer la viabilité de futures entreprises commerciales et obtenir des estimations plus précises quant aux bénéfices annuels escomptés.

L'utilisation de drones a représenté un avantage considérable pour WIBDI, mais elle n'a toutefois pas été sans poser quelques problèmes. M. Reynolds explique que le défi le plus important de Skyeye a été de sélectionner des zones d'atterrissage appropriées, particulièrement difficiles à trouver sur une île tropicale. « Les images satellites de Google dans les Samoa ne sont pas à jour. Parfois, la meilleure solution a été de demander aux habitants du village où nous pouvions trouver une clairière appropriée », raconte Ephraim Reynolds.

Maintenir une liaison radio stable avec le drone a constitué une contrainte supplémentaire. « Pour faire face à cette difficulté, nous avons restreint l'étendue de la trajectoire de vol du drone, ou alors nous l'avons lancé depuis des terrains surélevés », explique M. Reynolds.

Fin janvier 2016, Skyeye avait cartographié 10 480 hectares à l'aide de drones et avait comptabilisé 138 180 cocotiers. L'étude devrait être terminée d'ici le mois d'avril 2016. À l'avenir, Skyeye Samoa espère développer ce procédé de comptage des cocotiers mis au point pour WIBDI. Comme le fait remarquer Ephraim Reynolds, « Au fur et à mesure que les Samoa et la région du Pacifique prendront conscience que la technologie des drones peut être utilisée dans divers secteurs d'activité, notamment l'agriculture, la région renforcera sa capacité à atteindre des marchés importants et à rester en phase avec l'évolution des techniques modernes. »

À propos des auteurs :

Ephraim Reynolds (ephraim@skyeye.ws) est technicien spécialisé en SIG à Skyeye. Faumuina Felolini Tafuna’i (flyinggeesepro@gmail.com) est responsable des médias pour la Women in Business Development Inc.

Source:

Vous pouvez commander une version imprimée ou télécharger une version PDF de ce numéro en suivant ce lien : http://bit.ly/uav4ag-FR

Une sélection d'articles sont proposés sur le portail web du magazine : http://ictupdate.cta.int/fr, où vous pouvez vous abonner à la publication gratuitement.

Counting coconut trees with drones in Western Samoa

On the Pacific islands of Samoa drone technology is used in a coconut tree survey to forecast more accurately yield and production of virgin coconut oil. 

In 2015 the Samoan agricultural non-governmental organisation Women in Business Development Incorporated (WIBDI) realised that it needed a new way to collect and organise comprehensive data from associated farms. The organisation helps local rural families actively engage through fair-trade in the niche market of organic products. They were wondering what would make it easier to carry out organic standards inspections and conduct counts of certain crops, in particular coconut trees.

Coconut is Samoa’s most important renewable resource and export product. The country exports copra coconut oil, virgin coconut oil, coconut cream, desiccated coconut, coconut fibre (coir) and shell products mainly to Australia and New Zealand. WIBDI is the largest exporter of virgin coconut oil in Samoa and its main buyer is The Body Shop, which is based in the United Kingdom.

In search for answers to the data collection problem, WIBDI turned to Samoan tech-services company Skyeye for help. Skyeye’s experts explained to them that the technology of unmanned aerial vehicles (UAVs) – also known as drones – was the perfect solution. It is cheaper than a manned aircraft and capable of collecting higher-resolution imagery than those that are available from a satellite.

Open source server

For its mapping work, Skyeye uses a fixed wing professional mapping UAV, which is capable of covering large areas in a single autonomous flight. ’The drone allows us to capture images of farms that are not easily accessible and it gives us the flexibility to fly whenever we want as long as the weather permits it. Being able to capture up-to-date imagery has been a massive benefit to this digitisation project,’ says Skyeye’s Geographic Information System (GIS) technician Ephraim Reynolds.

After technicians download images from the UAV, they process them into orthomosaics: stitched-together images that have been digitally corrected for distortion, so that they can be overlaid onto a map. They then open these image layers in a free, open source GIS computer programme, known as QGIS. In QGIS, they are able to digitise key farm features – and the high resolution drone imagery clearly shows individual coconut trees, allowing them to conduct a visual count of total tree numbers.

Skyeye uses a GIS feature known as a Web Feature Service (WFS), which allows them to grant users access to its geoserver – an open source server made for sharing geospatial data. With WFS, users are able to download individual layers of information, such as the layer containing information about farm’s coconut trees. With these geospatial data farmers then can make their own changes and updates to the digital map. ‘In this way, Skyeye is able to divide the labour and make the process of analysing the drone imagery faster and more centralised within one system,’ says Reynolds.

Locating landing areas for drones

To further speed up the process of mapping, Skyeye shows farmers images of their farms from the air so they can draw their boundaries. By estimating the age of the palm trees on each of the farmer’s property, WIBDI is able to forecast the yield and production of virgin coconut oil. These estimates can in turn be used to assess the feasibility of future business ventures, and to make more accurate estimates of expected annual profits.

While the drones have been a boon to WIBDI, they have not been entirely trouble-free. According to Reynolds, Skyeye’s biggest challenge has been locating suitable landing areas, as the drone requires an open area free of vegetation to safely land after completing a mission – and such an area can be hard to find on a tropical island. ‘Google’s satellite imagery in Samoa is outdated. Sometimes, we found that the best solution is to ask the locals in the village where we can find suitably clearing,’ he describes.

Maintaining a strong radio link to the drone was another hassle due to tall coconut trees, which can obstruct the signal and result in the drone not capturing images. ’For this, we shortened the range of the drone’s flight path, or found higher ground to launch it from,’ explains Reynolds.

By the end of January 2016, Skyeye had mapped 10,480 hectares by drone and counted 138,180 coconut trees. The drone survey of all 558 farms in WIBDI’s network should be completed by April 2016. In the future, Skyeye Samoa hopes to extend the tree-counting process it has developed for WIBDI.  ’As Samoa and the Pacific continue to realise how drone technology can be used in various industries, especially in agriculture, the region will become better able to reach large markets and keep up with modern advancements,’ says Reynolds.

About the authors:

Ephraim Reynolds (ephraim@skyeye.ws) is GIS technician at Skyeye. Faumuina Felolini Tafuna’i (flyinggeesepro@gmail.com) is media specialist at Women in Business Development Inc. WIBDI.

Source:

Republished with permission from ICT Update, issue 82, April 2016

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— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) June 4, 2016

Djiru Warrangburra Peoples share their traditional knowledge across generations: a P3DM experience in Australia

Attracting approximately 2 million tourists each year, the Wet Tropics region is home to more than 18 distinct Rainforest Aboriginal tribal groups for whom the region holds deep cultural and spiritual significance. Many of these Aboriginal groups deal with multiple threats to their traditional landscapes, due to pressures such as tourism, agriculture and population growth. As some of the most disadvantaged people in Australia, Aboriginal people often do not have the resources to address these threats comprehensively and regularly experience the loss of vital cultural heritage and access to their traditional landscapes as a result of these pressures.

The Djiru Warrangburra people are one of the culturally rich Rainforest Aboriginal tribal groups of the region. They live in and around the rainforests and coastal flats of the Mission Beach area, about 2 hours south of the regional centre of Cairns.

Djiru traditional lands are also home to some of the last remaining numbers of the southern cassowary - Casuarius casuarius johnsonii - a species endemic to the Wet Tropics World Heritage Area and listed as endangered. 

In April 2016 Djiru people began implementing a participatory 3-dimensional model (P3DM) covering close to 60,000 hectares (576 sq km) of land and sea, and including areas such as World Heritage, National Parks, freehold tenure.

At a scale of 1:10,000 the Djiru P3DM exercise is intended to encourage intragenerational sharing of knowledge vital to the longevity of Djiru culture ad the identity of Djiru people. Still in progress the P3DM is expected to be complete by June 2016. The project is being facilitated by the Wet Tropics Management Authority and is funded under the Queensland Gambling Community Benefit Fund.

Les drones du Sri Lanka, de véritables pionniers

L'Institut international de gestion de l'eau (IIGE) au Sri Lanka a lancé des expérimentations avec des drones dans le but de fournir des informations utiles à de nombreuses études telles que la surveillance des récoltes, la réduction des effets des catastrophes naturelles, et la prévention des maladies. 

Ces derniers mois, l'Institut international de gestion de l'eau de Colombo a utilisé des drones, appelés dans le monde anglophone « véhicules aériens sans pilote (UAV) », afin de surveiller les récoltes de riz dans la région aride d'Anuradhapura et ses alentours. Des capteurs de couleur RVB (rouge, vert, bleu) et des capteurs proche infrarouge ont par exemple été utilisés pour photographier les champs de riz. Ces technologies ont le potentiel d'aider les agriculteurs à repérer les champs sous pression et à déterminer les potentielles zones à faible altitude pour le partage des ressources.

Le drone de l'institut est également régulièrement utilisé en partenariat avec les autorités locales. En décembre 2015, le département des relevés topographiques du Sri Lanka a mis en place un plan de réduction des effets des catastrophes pour Badulla, la capitale de la province d'Uva.

Si des techniques conventionnelles avaient été utilisées, le département aurait mis plus d'un an à effectuer le relevé topographique de la ville. En revanche, le drone de l'IIGE a réussi à cartographier la totalité de la zone de 10 km2 en à peine trois jours, avec quatorze vols, 4 600 images haute résolution obtenues, et une résolution spatiale moyenne de quatre centimètres.

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— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) May 26, 2016

Prévention des maladies

L'imagerie par drone peut également servir à mieux comprendre la propagation des maladies, ce qui aide les experts du domaine de la santé à créer des cartes de grande qualité. La maladie rénale chronique d'étiologie incertaine (CKDu) est l'une des maladies non contagieuses les plus graves touchant les Sri Lankais aujourd'hui, et elle reste mal comprise. Diagnostiquée pour la première fois au milieu des années 1990, cette maladie est désormais présente dans six des neuf provinces du pays. Elle est essentiellement confinée dans la région sèche et ne touche que les agriculteurs cultivant le riz. La CKDu aurait jusqu'à présent entraîné la mort d'environ 25 000 personnes, et on estime que 8 000 personnes reçoivent actuellement un traitement.

Dans la région de Mahiyangana, la CKDu se serait propagée en contaminant l'eau potable issue des puits. Le drone a été utilisé pour rassembler des données géoréférencées sur les lieux d'habitation des ménages et l'emplacement des puits. Les données collectées peuvent en outre servir à la réalisation d'un modèle numérique d'élévation afin de localiser les zones élevées et basses de deux villages.

Les données ont été utilisées dans le cadre d'un projet pilote sur la prévention de la CKDu dans la région. Selon Ranjith Mulleriyawa, le responsable du projet, ces photos et cartes aériennes ont fourni aux chercheurs une meilleure vue globale de la région, et les ont aidés à comprendre de quelle manière les puits contaminés sont liés à la propagation de la CKDu dans les zones concernées.

Haute précision

L'IIGE prévoit également d'utiliser le drone au Népal afin de répertorier les sources d'eau fraîche à l'aide d'un petit capteur thermique. Les bassins hydrographiques ciblés au Népal sont dissimulés derrière une végétation dense, ce qui rend difficile l'utilisation de capteurs optiques standards afin d'identifier et de localiser les sources. Le capteur thermique monté sur le drone peut trouver les sources à travers la végétation car leur température est inférieure à celle de la terre qui les entoure.

Si l'utilisation des drones dans la recherche ainsi que d'autres applications pratiques de cette technologie sont encore balbutiantes, les premiers essais de l'IIGE ont déjà démontré leur efficacité. En effet, les drones peuvent servir à effectuer des relevés topographiques des régions étendues et difficiles d'accès en un temps relativement limité, et avec une grande précision. Pour les experts et décideurs politiques, ces images aériennes peuvent constituer des sources d'informations plus précises et davantage actualisées que celles dont ils disposaient auparavant. Les images de grande qualité des drones peuvent aider les agriculteurs à repérer de manière précoce les mauvaises récoltes, et leur donner assez de temps pour réagir.

Selon l'IIGE, les relevés topographiques effectués par des drones seront particulièrement utiles dans les recherches qui nécessitent une surveillance très précise et répétée. Il peut s'agir par exemple de vérifier les changements dans les systèmes de culture, de modifier le statut de ressources hydriques importantes et de documenter l'étendue des catastrophes environnementales. Il ne fait aucun doute que les agriculteurs ne tarderont pas à utiliser des drones pour surveiller leurs cultures, tout comme ils utilisent aujourd'hui des machines plus traditionnelles pour semer et récolter.

À propos de l'auteur :

Salman Siddiqui (S.Siddiqui@cgiar.org) est responsable senior de la division des systèmes d’information géographique, des capteurs à distance, et de la gestion des données auprès de l'Institut international de gestion de l'eau au Sri Lanka.

Source:

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Assurer plus efficacement les exploitants agricoles indiens en utilisant les drones

Le paiement de l'assurance-récolte pourrait être accéléré grâce à la technologie des drones en vue de prévenir les difficultés financières, et permettre à davantage de petits exploitants agricoles de s'assurer. 

Chaque année, des milliers d'exploitants agricoles indiens se suicident. Ceci s’explique par des conditions météorologiques difficiles, mais aussi parce que leur assurance-récolte, principale protection contre les aléas climatiques, leur a fait faux bond.

Credit: GaryCycles (CC license)

Moins de 23 pour
cent des exploitants indiens sont couverts par une assurance-récolte. Et même ceux qui sont assurés connaissent des difficultés financières générées par des retards de paiement, lesquels sont souvent liés à la lenteur du processus d'évaluation des dommages. Il faut donc beaucoup de temps avant que les assureurs reçoivent des données actualisées et exactes.

Les exploitants indiens doivent recevoir plus rapidement les remboursements au titre des assurances. Le gouvernement central indien a donc lancé un projet pilote d'assurance-récolte axé sur la technologie et nommé « Kisan ». Il fait partie du nouveau régime d'assurance-récolte gouvernemental, Pradhan Mantri Fasal Bima Yojna, que l'on pourrait traduire par « régime d'assurance-récolte du Premier Ministre ».

Système d'assurance-récolte

Le projet pilote Kisan associe des données agricoles collectées par des drones, appelés dans le monde anglophone « véhicules aériens sans pilote (UAV) », des images satellite haute définition, et des données collectées de manière participative à partir des smartphones des exploitants. Ces données peuvent ensuite être combinées avec des méthodes d'évaluation traditionnelles, permettant aux fonctionnaires d'accélérer l'évaluation des dommages touchant les récoltes et d'estimer les rendements avec plus de précision.

Même si l'utilisation des drones par Kisan est à un stade expérimental, les données collectées par les appareils peuvent être utilisées par les analystes agricoles gouvernementaux, les exploitants agricoles et les compagnies d'assurance, en vue d'améliorer le système d'assurance-récolte sous différents aspects. L'imagerie aérienne permet d’identifier les terres cultivées et celles qui ne le sont pas, et d’évaluer l'ampleur des dommages causés par des catastrophes naturelles. Les analystes experts peuvent aussi utiliser les données collectées par les drones sur la topographie et l'altitude afin d’assurer un suivi de l'érosion des sols et concevoir plus efficacement des systèmes de drainage et d'irrigation.

Les analystes agricoles pourraient employer les données de l'indice de végétation par différence normalisée (Normalized Difference Vegetation Index, NDVI) collectées pour mener des enquêtes plus rapides et plus précises quant à la santé des cultures, pour un traitement plus rapide des sinistres. Ils peuvent utiliser les mêmes données pour développer des modèles statistiques de gestion des risques, sur la base des rendements historiques, des nuisibles et des données météorologiques. Les données des drones pourraient également être utiles pour la détection et la prédiction précoce des infestations parasitaires, des données que les compagnies d'assurance pourraient partager avec les exploitants agricoles. Enfin, les données pourraient permettre de détecter les fraudes à l'assurance, empêchant ainsi les fraudeurs d'assurer la même parcelle plusieurs fois ou de réclamer des dommages inexistants.

Interdiction des drones

Les drones ne fonctionneront pas seuls. À l'avenir, les assureurs agricoles recourront certainement à des combinaisons différentes de données provenant de satellites et de drones, éventuellement associées à des méthodes d'analyse traditionnelles afin de générer une image réellement complète des terres agricoles indiennes. Avec ces nouvelles méthodes, les assureurs pourraient proposer un produit de meilleure qualité et plus économique, accessible à davantage d'exploitants agricoles.

Bien que la technologie des drones semble très prometteuse pour les assureurs agricoles indiens, il existe de nombreux défis réglementaires et logistiques à relever. Depuis octobre 2014, les drones sont interdits aux citoyens en Inde. Cette interdiction restera certainement d'actualité tant que la Direction générale de l'Aviation civile (DGCA) indienne n'élaborera pas un système de réglementation des drones commerciaux.

Alors que l'interdiction des drones civils est toujours effective, certaines organisations gouvernementales commencent à en acquérir. Début 2016, le Ministère de l'Agriculture a annoncé qu'il permettrait au Mahalanobis National Crop Forecast Centre (MNCFC) d'acheter des drones pour évaluer les dommages subis par des cultures. À terme, le Ministère de l'Agriculture prévoit d'acheter des drones pour chacun des états indiens afin d'appuyer le programme d'assurance-récolte.

L'immense secteur agricole indien présente un autre obstacle à l'adoption généralisée de l'imagerie par les drones pour l'assurance-récolte. Même s’ils permettent d'accélérer la collecte de données et de la rendre plus économique, de nouveaux modèles commerciaux seront nécessaires pour que l'assurance-récolte soit efficace à une échelle aussi importante.

Il ne sera par conséquent pas toujours facile d'introduire l'imagerie par les drones dans le système d'assurance-récolte indien. Si le projet Kisan est une réussite, davantage d'exploitants agricoles indiens pourront bénéficier de la sérénité qu'apporte une bonne assurance-récolte. Et ils auront beaucoup moins à craindre des mauvaises conditions météorologiques.

À propos de l'auteur :

Ruchit G Garg (Ruchit@harvesting.co) est le fondateur et le directeur général de Harvesting, une entreprise dont le siège se trouve dans la Silicon Valley, aux États-Unis, et qui propose aux exploitants agricoles des informations fondées sur les données.

Source: 

ICT Update #82

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— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) 24 May 2016

Drone technology helps insure Indian farmers more effectively

Crop insurance payouts could be sped up with the help of drone technology, preventing financial hardship and potentially helping more small-scale farmers get insured. 

Thousands of farmers are killing themselves in India every year. They make this ultimate sacrifice not just because the weather gods have been brutal. It is also because they have been failed by crop insurance, their primary protection from climatic flippancy.

Credit: GaryCycles (CC license)

Less than 23% of India’s millions farmers are covered by crop insurance, and even those who are insured regularly suffer financial hardship from delayed payouts. These payments are often deferred by the slow damage assessment process as land record office personnel travel from village to village to conduct inspections. This means that it takes insurers a long time to receive timely, accurate data.

Indian farmers need to get their insurance payments faster. Therefore, India's central government has launched a technology-focused crop insurance pilot project called “Kisan” to address the problem. It is part of Indian central government’s new crop damage insurance scheme that is called “Pradhan Mantri Fasal Bima Yojna”, which translates as “Prime-Minister's crop insurance scheme”.

Crop insurance system

The Kisan pilot programme combines agricultural data collected by unmanned aerial vehicles (UAVs) – also known as drones – with high-definition satellite imagery, as well as crowd sourced data collected from farmers’ smartphones. These data sources can then be used with more traditional estimation methods, potentially helping officials speed up crop damage assessments and more accurately estimate yield.

While Kisan’s use of UAVs is still experimental, the data the devices collect can be used by government agricultural analysts, farmers, and insurance companies to improve the crop insurance system in a number of ways. Aerial imagery can be used to quickly classify surveyed areas into cultivated and non-cultivated land, and to assess how much damage has been caused by natural disasters. Expert analysts can also use UAV-gathered topography and elevation data to monitor soil erosion and to more accurately design water drainage and irrigation systems.

Agricultural analysts could use Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data collected by UAVs to conduct faster and more accurate crop health surveys – allowing insurers to process claims faster. They can use the same data to construct statistical models for risk management, based on historical yield, pest, and weather data. Drone data might also be useful for the early detection and prediction of pest infestations, data that insurance companies could share with farmers. Finally, drone data can be used to detect insurance fraud, preventing fraudsters from insuring the same piece of land multiple times, or claiming damage where there is none.

A ban on drones

UAVs won't operate alone. In the future, agricultural insurers will likely rely on different combinations of satellite and UAV data, which can be combined with traditional analysis methods to create a truly comprehensive view of India's farmland. By using these new data-collection methods, insurers would be able to deliver a better, cheaper product. And this would make it possible for more farmers to get insured.

Although UAV technology shows considerable promise for agricultural insurers in India, there are plenty of regulatory and logistical challenges to overcome. Since October 2014, civilians have been banned from using drones in India – a restriction that will likely last until the Indian Directorate General of Civil Aviation (DGCA) comes up with a regulatory system for commercial drones.

While the civilian UAV ban is still in place, some government organisations are beginning to acquire the devices. In January 2016, the Agriculture Ministry announced that it would allow the Mahalanobis National Crop Forecast Centre (MNCFC) to purchase UAVs for assessing crop damage. Eventually, the Agriculture Ministry anticipates buying UAVs for each Indian state to support the crop insurance programme.

India's massive agricultural sector presents another obstacle to the widespread adoption of UAV imagery in crop insurance. While UAVs will help make data collection faster and cheaper, innovative business models will be required to make crop insurance work on such a massive scale.

Therefore, introducing UAV imagery into Indian crop insurance won't always be easy. If the Kisan programme is successful, more Indian farmers will be able to enjoy the peace of mind that good crop insurance brings. And they will have far less to fear from bad weather.

About the Author:

Ruchit G Garg (Ruchit@harvesting.co) is founder and CEO of Harvesting, a Silicon Valley, US based company that provides data driven insights to farmers.

Source:

Republished with consent from ICT Update, issue 82, April 2016

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— Drones 4 Agriculture (@UAV4Ag) May 23, 2016

The network of NGOs known as BIMTT deploys participatory 3D modelling within its operations in Madagascar

Itasy is the smallest region of Madagascar and is characterised by a high agricultural potential. Nonetheless productivity is challenged by poor communication and limited market outlets and lack of land tenure security.

Close to 90% of the population of this region depends on agriculture. Production systems are diverse due to areas characterized by very high population densities (areas predominantly alluvial and volcanic soils) or by low quality soils (Central, West). Out-migration is high.

The regional plan for development highlights the need for investing in agriculture and related rural livelihoods, communication infrastructure and the establishment effective local administrations.



In order to contribute to improving sustainable resource management in selected villages, FAFAFI / SPAnta, both members of BIMTT (a network of rural trainers within the Christian Churches in Madagascar), has developed a programme focused on strengthening farmers, promoting local initiatives and the collaboration with the local authorities. The initiative is is inclusive and centred on practicing Participatory 3D Modelling (P3DM). P3DM is used to involve all local actors in the process from the documenting and geo-locating socio-economic and environmental realities on the 3D map, to plan future development. As a whole the initiative is aimed at supporting farmers, community based organisations and local authorities acquire skills in adopting the 'theory of change', participatory planning, monitoring and evaluation. 3D mapping at village level has proven to engage and excite  participants, increasing their initiative and commitment in engaging in activities which would benefit the entire community.


As of March 2016 a total of three villages have completed their 3D models. These include Antalata Vaovao and Faliarivo villages in Ampefy Commune, and Marosoka village in Analavory Commune.

The 3D models have been used to develop community-based village development plans.

FAFAFI/SPAnta in collaboration with the General Secretary of BIMTT plan to replicate the P3DM process in all villages benefitting from FAFAFI/SPAnta support in the Itasy region.

Mieux comprendre la réglementation en matière de drones

Les autorités exigent que l’on réglemente les droneset que l’on supervise leur usage croissant, et ce pour des raisons de respect de la vie privée, de sûreté et de sécurité. Les opérateurs de drones devront en tenir compte.

Bien que l’utilité des drones, appelés dans le monde anglophone « véhicules aériens sans pilote (UAV) », pour la population civile ne soit plus à démontrer, cette nouvelle technologie éveille la méfiance. Des pilotes britanniques réclament par exemple que des recherches soient menées sur les conséquences éventuelles d’une collision d’un drone avec un avion de ligne, après les 23 accidents évités de justesse en 2015 dans l’espace aérien britannique. Enfin, la police hollandaise mène actuellement des expériences avec des aigles dressés pour capturer les drones indésirables.

Certaines personnes se méfient des drones car elles les associent à la technologie militaire létale. D’autres ont vu les récents bulletins d’information qui montraient l’utilisation irresponsable et indiscrète de drones par des civils. Ces incidents ont suscité l’inquiétude des gouvernements et citoyens du monde entier qui déplorent l’absence de réglementation dans le domaine.

Le débat sur la réglementation des drones agite également les pays en développement. Certains, comme l’Afrique du Sud, ont déjà validé une réglementation relative à l’utilisation par la population civile de cette technologie, tandis que d’autres tels que le Kenya en ont interdit l’usage en l’absence d’autorisation explicite des autorités. Pourtant, force est de constater que de nombreux pays en développement n’ont pris aucune disposition relative à l’utilisation civile de cette technologie.

Pourquoi des règles et normes sont-elles indispensables ?

L’existence de règles harmonisées, et plus particulièrement à destination des opérateurs de drones, est l’un des prérequis fondamentaux pour utiliser des petits drones dans l’espace aérien public. Ces règles doivent porter sur la sûreté et la formation, et faciliter la reconnaissance transfrontalière de la certification des aéronefs et pilotes. Cette réglementation doit de plus être assortie de dispositions appropriées en matière de protection de la vie privée, de protection des données, de responsabilité et d’assurance. La réglementation en matière de drones doit également faire état de normes applicables à l’usage privé comme à l’usage commercial. Elle doit couvrir des questions comme l’identification des types de petits drones et l’élaboration de technologies capables d’empêcher des pirates ou des tiers de prendre le contrôle des engins en vol. Différents éléments peuvent contribuer à réduire les risques auxquels les opérateurs sont exposés : des documents d’orientation clairs et précis, des procédures douanières, une réglementation simplifiée et des formulaires et produits d’information facilement accessibles en ligne.

L’exploitation commerciale de plus en plus fréquente des drones de petite taille demande des ajustements supplémentaires, plus spécifiques, tels que des limitations de responsabilité des tiers, l’introduction de catégories de poids pour les drones inférieurs à 500 kilogrammes, et des adaptations des niveaux de risque associés aux caractéristiques de vol des drones de très petite taille. Certaines des préoccupations qui entourent les drones ne datent pas d’aujourd’hui : la protection des droits fondamentaux de la population civile comme la confidentialité des images et des données étaient déjà une problématique liée à l’utilisation d’aéronefs et d’hélicoptères pilotés.

Les discussions internationales sur la réglementation en matière d’utilisation commerciale des drones ont été officiellement lancées en 2007 avec la création du Groupe d’étude sur les systèmes de véhicules aériens non habités (UASSG), au sein de l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI). Différents États membres et plusieurs organisations de gestion de l’aviation ont été impliqués. En 2011, la circulaire 328 a été publiée, suivie, en 2015, d’un manuel sur les systèmes de véhicules aériens non habités et de propositions d’amendements aux législations nationales relatives à l’aviation civile.

Les efforts de coordination actuels de l’OACI sur la scène internationale se concentrent presque exclusivement sur les gros aéronefs téléguidés utilisés pour des missions transfrontalières, mais pas sur ceux de plus petite taille. Toutefois, une grande partie du matériel mis au point par le groupe d’étude pourra être utilisée pour élaborer des réglementations spécifiques à chaque pays et adaptées aux conditions régionales pour les drones inférieurs à 500 kilogrammes, et avec des opérations en visibilité directe.

L’Agence européenne de la sécurité aérienne (AESA) a été chargée d’élaborer un cadre réglementaire, ainsi que des propositions concernant la réglementation en matière d’utilisation de drones à caractère civil et à faible risque.

Les réglementations en matière de drones dans les pays ACP

Les travaux de recherche menés par le Centre technique de coopération agricole et rurale (CTA) ont récemment passé en revue l’état actuel des réglementations relatives aux drones dans le groupe des pays d’Afrique, Caraïbes et Pacifique (ACP). Ces travaux ont livré plusieurs catégories de réponses distinctes par rapport à la problématique des drones. Pour élaborer leur réglementation, les États membres de l’OACI utilisent par exemple les normes, les pratiques et autre matériel d’orientation recommandés par l’organisation.

L’Afrique du Sud a mis en œuvre et appliqué un ensemble exhaustif de règles contraignantes régissant les drones. Elle figure à présent parmi le groupe restreint des États disposant d’une réglementation déjà en vigueur. D’autres pays, comme le Sénégal et le Kenya, ont banni l’usage à caractère civil des drones ou de tout autre système aéroporté spécifique (comme les caméras). Ces pays ont toutefois apporté des modifications à leur législation nationale relative à l’aviation en l’assortissant des dispositions juridiques liées aux drones. D’autres pays, comme le Tchad et le Gabon, ont laissé des commentaires lors de la mise à jour de leur législation relative à l’aviation, précisant que des normes internationales devaient encore être établies sur des points spécifiques tels que la certification, la délivrance de licences, et les types d’aéronefs. D’autres pays encore ont élaboré tout un éventail de formulaires, manuels et produits d’information. Certains se sont parfois contentés d’adopter la régulation en matière de drones d’un autre pays sans apporter aucun amendement officiel à leur législation nationale relative à l’aviation.

Dans les situations d’urgence, comme après le passage du cyclone sur Vanuatu, on a utilisé des drones à des fins de reconnaissance et d’évaluation des dommages sur les îles Éfaté et Tanna, en collaboration avec le gouvernement, mais en l’absence de cadre juridique et de règles spécifiques. La question n’est donc plus de savoir s’il convient d’intégrer les drones dans les formes d’aviation existantes mais bien de définir comment et quand il convient de le faire. Lorsque les règles ne sont pas claires, les petits opérateurs professionnels de drones œuvrant dans le domaine de l’agriculture ou de la gestion des ressources naturelles doivent faire appel à leur bon sens et faire preuve de diligence : ils doivent détenir un permis, disposer de la documentation et de l’immatriculation de l’aéronef et de l’instrument utilisé, et demander l’autorisation auprès des autorités locales.

Une nouvelle expertise en matière de drones

Pour que la technologie des drones à caractère civil puisse être mieux acceptée par l’opinion publique, il faut impérativement s’attaquer aux problèmes liés à la sûreté et à la confidentialité, et adopter une réglementation pertinente et harmonisée. Le rôle joué par l’OACI et le groupement JARUS est essentiel pour élaborer les normes appropriées et les pratiques recommandées. Les efforts de coordination au niveau régional pourraient stimuler l’harmonisation des règles, licences et certifications nationales entre pays voisins. Cette manière de faire pourrait contribuer à mieux diffuser les applications commerciales et faciliter la croissance des entreprises régionales ainsi que leur expertise technologique en la matière.

Les pays ACP souhaitant réglementer cette technologie sont invités à consulter les opérateurs professionnels et les utilisateurs de drones pour s’assurer que les cas d’utilisation ont bien été définis et que les autorisations sont en phase avec les activités concernées dans un pays donné.

À propos de l’auteur :

Cédric Jeanneret (cedricj@gmail.com) est géographe indépendant. Il se passionne pour la collecte et l’analyse d’informations géographiques pour cartographier et tirer des enseignements de la diffusion des innovations et de l’adoption des technologies dans les systèmes socioécologiques.

Source: 

ICT Update #82

Liens connexes :

• Site Web du groupement JARUS (Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems) 
• Étude des aspects légaux des aéronefs téléguidés réalisée par l’OACI (2015) 
• Page Web de la Civil Aviation Authority sud-africaine sur les VASP  

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Making sense of drone regulations

Authorities demand regulation for and supervision of the increasing use of drones, because of privacy, safety and security issues. Drone operators must be aware of this. 

While unmanned aerial vehicles (UAV) – also known as drones – are indisputably useful for civilians, the technology has an increasing public relations problem. For example, UK pilots were calling for research into what would happen if a UAV hit an airliner, after 23 near-misses around UK airports in six months during 2015. In Japan, UAVs equipped with a net have been developed to capture rogue UAVs that might threaten disruptions along flight paths. And the Dutch police are experimenting with trained eagles to take unwanted UAVs out of the sky.

Some people are wary of drones due to the technology's association with lethal military technology. Others have seen recent news reports describing the reckless and indiscreet use of UAVs by civilians, from paparazzi drones to unauthorized UAVs flights over tourist hot-spots. These incidents have made governments and citizens around the world raise serious concerns about leaving the technology unregulated.

Image: Walter Volkmann

PhotoThe debate about UAV regulation also concerns developing countries. Some nations, like South Africa, have already implemented regulations on the use of the technology by civilians, while others, like Kenya, have banned the use of UAVs without explicit permission from authorities. Several small island developing states in the Pacific have adopted the regulations formulated by their bigger, more developed neighbours. That is the case for Samoa and Tonga, for example, who follow the UAV laws of New Zealand. Still, many developing countries have no provision at all when it comes to the use of this technology by civilians.

Why rules and standards are necessary

One of the fundamental prerequisites for the use of small UAVs in public airspace is the existence of harmonised rules, in particular for UAV operators. These rules should pertain to safety and training, facilitate cross-country recognition of aircraft and pilot certification. Furthermore, such regulations should be combined with appropriate provisions for the protection of public privacy, data protection, liability and insurance. UAV rules also need standards that apply to both private and commercial use, covering issues such as the identification of types of small UAVs, and development of technologies that can prevent hackers or third parties from taking control of the devices while they are in the air. Clear and concise guidance material, customs procedures, simplified regulations, and readily available online forms and information products, like maps that show where it is allowed or not to use UAVs, could all help to succeed in reducing risks for operators.

The increasing commercial exploitation of smaller drones will require further, specific adjustments, such as limitations on third-party liability, the introduction of UAV weight categories below 500 kilograms, and adjustments to the risk levels that are associated with the flight characteristics of very small UAVs. Some concerns with UAVs are not new: the protection of fundamental civilian rights, such as the privacy of images and data, was already an issue with the use of manned aircraft and helicopters. In this context UAVs represent an increase in the scale of aerial data collection – a new challenge when it comes to strengthening and managing the legal protection of privacy rights and both personal and business data.

The international discussion about regulation of the commercial application of UAVs formally began in 2007 with the creation of an unmanned aerial system study group within the International Civil Aviation Organisation (ICAO). The study group brought to the table several member states and aviation management organizations. In 2011 the study group produced a circular 328, followed in 2015 by a manual on unmanned aircraft systems and proposed amendments to national civil aviation laws.

ICAO's current coordination efforts in the international arena focus almost exclusively on the large remotely-piloted aircrafts used for trans-boundary missions and not on the smaller UAVs. However, much of the material that was prepared by the study group is useful to develop country-specific and regionally relevant regulations for small UAVs under 500 kilograms and with visual line-of-sight operations, as Leslie Cary, who manages ICAO’s programme on drones, said at the Remotely Piloted Aircraft Systems Symposium in March 2015.

The European Aviation Safety Agency (EASA) has been tasked by the European Commission to develop a regulatory framework for drone operations and proposals for the regulation of civil, low-risk drone operations. In achieving this, EASA is working closely with the Joint Authorities for Rulemaking of Unmanned Systems (JARUS), which is producing guidelines that should serve the UAV governance of the national airspaces.

Regulations in ACP countries

Research led by the Technical Centre for Agricultural and Rural Cooperation (CTA) recently examined the current state of drone-related regulations in the African, Caribbean and Pacific (ACP) group of states. It revealed several distinct categories of responses to the drone issue. Indeed, ICAO member states use the organisation's standards and recommended practices and other guidance material to develop their own regulations.

South Africa in particular has implemented and now enforces a comprehensive set of legally-bound rules governing UAVs, placing it among the small group of nations that have working regulations. Others, like Senegal and Kenya, have banned the civilian use of drones or specific airborne tools, such as cameras, although they have amended their aviation laws with drone-related provisions developed by ICAO. Others, like Chad and Gabon, still left notes in their newly updated aviation laws stating that international norms still need to be established on specifics such as certification, licensing and aircraft types. Others have created a variety of forms, guides and information products, and sometimes have simply adopted the UAV rules of another country, without any official amendments to their aviation laws.

In emergency situations, like post cyclone Vanuatu, drones have been used on Efate and Tanna islands for reconnaissance and damage assessment purposes with the endorsement of the government, but in the absence of a legal framework and specific rules. Thus, it appears that the question is no longer whether, but how and when the integration of UAVs into existing forms of aviation will take place. When rules are unclear, professional small UAV operators working in agriculture or natural resource management should use common sense and follow diligence: have an operator permit, documentation and registration for the aircraft and the instrument used, and seek approval from local authorities. Ideally they also should seek approval from customs and national transport agencies.  

Emerging UAV expertise

Tackling safety and privacy issues together with the adoption of harmonised relevant regulation will play a crucial role in the public acceptance of civilian drone technology, and the role of ICAO and JARUS is instrumental in developing the appropriate standards and recommended practices. Regional coordination efforts could spur further harmonisation of national operating rules, licences and certification between neighbouring countries. By doing this they could help the spread of commercial applications and facilitate the growth of regional enterprises and expertise on UAV technology.

ACP countries looking to regulate the technology should consult with professional operators and users of drones to ensure that UAVs’ user cases are well defined and their authorisation streamlined for the relevant activities within the individual countries.

About the Author:

Cédric Jeanneret (cedricj@gmail.com) is a freelance geographer. Cédric is particularly interested in capturing and analysing geographic information to map and learn about the diffusion of innovations and adoption of technology in socio-ecological systems.

Source:

Republished with consent from ICT Update, issue 82, April 2016

Related links:

• Website of the Joint Authorities for Rulemaking on Unmanned Systems (JARUS).
• ICAO study of legal issues relating to remotely piloted aircraft (2015):
•  Webpage of the South Africa Civil Aviation Authority on UAVs

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