Le système de détection automatique des incendies de forêt avec IA permet une lutte précoce et efficace contre les incendies

Paratronic présente le système de détection automatique des incendies de forêt avec des caméras industrielles d'IDS Imaging Development Systems GmbH.

Les vagues de chaleur provoquées par le changement climatique sont actuellement en forte augmentation dans toute l'Europe et le risque d'incendie de forêt qui en découle s'accroît immensément. Les incendies dans les espaces naturels sont de plus en plus souvent incontrôlables en raison de la sécheresse et du vent, et le risque de mise en danger des personnes, des animaux, de la nature et des infrastructures augmente. Mais comment détecter et localiser les incendies à temps afin de minimiser, voire d'éviter, des dommages lourds de conséquences ? Le traitement d'images et l'intelligence artificielle permettent de relever de tels défis. Les réseaux neuronaux et les algorithmes d'apprentissage profond permettent à un système de traitement d'images de voir, de reconnaître et de vérifier des objets - dans ce cas, la fumée.

L'entreprise française Paratronic s'est penchée sur la question. Dans le cadre de son domaine d'activité, la surveillance des risques naturels, le fournisseur de solutions se consacre entre autres avec succès au développement de produits intelligents pour la surveillance des incendies. Leur système de détection automatique des incendies de forêt ADELIE (Alert Detection Localisation of Forest Fire), dont les composants clés sont le traitement d'image industriel et l'intelligence artificielle, a fait ses preuves sur le terrain. Quatre caméras industrielles de la société IDS Imaging Development Systems GmbH sont intégrées dans chaque système.

Elles observent en permanence une zone forestière spécifique dans un rayon pouvant aller jusqu'à 20 kilomètres. Selon l'installation, il leur faut au maximum deux minutes pour contrôler un rayon de 360 degrés. Grâce aux algorithmes développés par Paratronic, le système est en mesure de détecter et de localiser les foyers d'incendie à partir des images prises et de fournir des informations en temps réel pour les possibilités d'action correspondantes. Le système ADELIE garantit ainsi une planification et un guidage efficaces des forces d'intervention des sapeurs-pompiers pour la protection de notre cadre de vie, sans oublier la protection des bâtiments, des lignes électriques, des lignes de télécommunication, de l'infrastructure routière ou ferroviaire.

Application
Le système ADELIE se compose d'au moins deux points de surveillance interconnectés. Chaque point de surveillance comprend deux caméras de détection et une caméra supplémentaire qui sert à lever les doutes. Quatre caméras Ethernet d'IDS sont intégrées dans chaque caméra de détection ADELIE. Au total, huit caméras IDS sont ainsi utilisées par point de surveillance. Ces points permettent une surveillance à 360°, chaque azimut étant visualisé environ toutes les deux minutes. La surveillance automatique de l'espace naturel observé s'effectue 24 heures sur 24, sept jours sur sept.




Le système est relié à une unité de traitement dont le logiciel contient des algorithmes de traitement d'images basés sur l'intelligence artificielle. Le programme développé par Paratronic enregistre, compare et analyse les images fournies par les caméras. Bien avant qu'un arbre ne brûle, de la fumée se dégage de l'herbe et des broussailles environnantes. En comparant les images et en se basant sur des caractéristiques apprises, le système détecte la fumée qui monte. Dès que cette fumée est visible depuis le poste de surveillance, ADELIE déclenche l'alarme. Cette phase est la détection automatique des incendies et des feux de forêt. L'opérateur de service commande alors à distance la caméra pour lever le doute et vérifie la nature de la détection. Il localise le foyer d'incendie par triangulation sur une carte et informe le centre d'intervention, qui lance les mesures de lutte contre l'incendie.

Parallèlement, toutes les informations, images et connaissances acquises par l'IA sont transmises sans délai à la centrale d'alarme incendie ou au centre de contrôle des incendies. Grâce à la visualisation en temps réel de l'événement, à la localisation du foyer d'incendie sur une carte numérique et à différentes fonctions de réalité augmentée, il est possible de visualiser immédiatement le contexte, l'ampleur et l'évolution de l'incendie, et de prendre les mesures adéquates pour le combattre. Une caméra vidéo télécommandée complète le système. Celle-ci sert à vérifier et à surveiller l'incendie jusqu'à l'arrivée de la première unité d'extinction et permet de suivre l'incendie sans interruption depuis son début jusqu'à son extinction.




Lors du choix du modèle approprié pour le système automatique de détection des incendies de forêt, la décision a été prise en faveur d'une caméra Ethernet de la série SE d'IDS. « Notre système utilise le modèle UI-5240SE-NIR-GL », explique Loïs Carrié, ingénieur développement chez Paratronic. Cette caméra industrielle particulièrement performante est équipée d'un capteur CMOS 1,3 mégapixels de e2v. Le capteur à haute sensibilité est utilisé par Paratronic dans la variante proche de l'infrarouge NIR (EV76C661ABT). Outre sa sensibilité exceptionnelle à la lumière, le capteur offre deux variantes d'obturateurs (global et roulant), commutables en cours de fonctionnement. Cela permet une flexibilité maximale en cas d'exigences et de conditions environnementales changeantes, comme dans ce cas, causées par les différents moments de la journée et conditions météorologiques. De plus, quatre zones d'intérêt (AOI) sont disponibles.

Cela permet de contrôler plusieurs caractéristiques simultanément ou de capturer les AOI dans une série d'expositions avec des paramètres différents. La caméra répond ainsi à toutes les exigences, confirme Loïs Carrié. « Nous avons choisi ce modèle pour trois raisons principales. D'une part, il convainc par sa sensibilité spectrale. Le capteur capte toutes les longueurs d'onde de couleur visibles, avec une sensibilité particulièrement bonne dans le proche infrarouge. De plus, nous avons besoin de pouvoir placer un filtre de longueur d'onde à proximité du capteur dans la monture C. Enfin, la caméra permet de prendre quatre images de manière séquentielle avec un temps d'exposition croissant. La prise de vue en continu permet d'obtenir une plage dynamique très élevée. »

Logiciel
Pour la capture d'images, le système utilise le kit de développement logiciel uEye. « C'est là que notre propre système de traitement d'images entre en jeu », explique Edouard Bouillot. Le logiciel ADELIE se charge ensuite d'analyser les images afin de détecter la présence de fumée sur la canopée. L'analyse a lieu en comparant deux images prises dans la même orientation afin de détecter une éventuelle fumée. Cela est rendu possible par plusieurs algorithmes exclusifs développés par PARATRONIC, qui permettent de comparer un très grand nombre de facteurs invisibles à l'œil nu.

Cette analyse se déroule en trois phases. Dans la première phase, les images à comparer sont enregistrées au 50e de degré le plus proche. La deuxième phase consiste à comparer les images entre elles afin de mettre en évidence les éventuels changements, tels que le mouvement ou le déplacement d'objets ou l'apparition de fumée. La troisième phase consiste en une analyse avancée basée sur l'utilisation de différents algorithmes : Les différences mises en évidence ne sont pas seulement examinées du point de vue de leur forme, de leur taille, de leur distance, etc. afin d'éliminer autant que possible tous les éléments autres que la fumée. D'autres algorithmes utilisant des classificateurs automatiques et travaillant avec des paramètres extraits d'une ou de plusieurs images complètent cette analyse.



Les données sont ensuite transmises au système de contrôle informatique via un réseau numérique, par exemple des câbles à fibres optiques. Les jeux de données respectifs contiennent à la fois un fichier JPEG de l'image pour l'affichage à l'écran et un fichier contenant le numéro de la caméra, l'angle de vue, la date et l'heure de la prise de vue ainsi que l'azimut. L'intégration d'une station météorologique permet également de saisir et de prendre en compte des données météorologiques telles que la force du vent ou les précipitations. Si une image et le fichier qui lui est associé signalent un incendie, un contrôle automatique est effectué : le système estime l'emplacement de la fumée et le compare ensuite à des endroits connus où d'autres types de fumée sont présents. De cette manière, on s'assure qu'une alarme ne se déclenche que si la détection n'a pas eu lieu dans une zone d'exclusion, c'est-à-dire dans une zone où l'on sait que de la fumée est présente en permanence, comme dans une cheminée d'usine. Si une seule tour a détecté la fumée, la distance indiquée dans la télémétrie est utilisée. Si au moins deux tours l'ont détectée, la localisation précise du foyer d'incendie a lieu au niveau de la centrale par triangulation.

Comme pour tout système automatique, une validation humaine des alarmes transmises est indispensable aussi pour ADELIE. Le personnel du centre de contrôle utilise une caméra haute résolution avec un zoom optique puissant (30x, avec un objectif grand angle) pour déterminer s'il s'agit réellement d'un début d'incendie. Grâce à ces caméras, appelées détecteurs de doute, les personnes chargées de la surveillance peuvent observer la situation à distance sans interrompre le système de détection. Le système de notification ADELIE reste donc pleinement actif afin de pouvoir faire face à l'apparition éventuelle de plusieurs incendies.

Le système est extrêmement performant. Pour chaque site, 13 500 images sont prises en 24 heures, transmises et stockées pendant 30 jours, qu'elles contiennent ou non une détection. En plus des images capturées, le système enregistre également les vidéos de la caméra utilisée pour observer et valider l'incident, permettant ainsi une documentation complète. Sur la base de toutes les données collectées, ADELIE peut établir des statistiques à partir desquelles les forces d'intervention peuvent ajuster et optimiser leurs actions. « Grâce aux images enregistrées, nous pouvons analyser le déroulement de l'incendie et la lutte contre le feu qui s'ensuit. La quantité de données augmente continuellement avec chaque événement qui entre dans la base de données. Cela augmente alors la fiabilité des statistiques, nécessaires à l'amélioration continue des mesures de prévention et de contrôle », résume Edouard Bouillot.

Le système est notamment utilisé avec succès dans la Sarthe, le département le plus boisé du quart nord-ouest de la France. Les incendies de forêt y sont de plus en plus fréquents, surtout au printemps et en été. Depuis quelques années, les incendies dans les espaces naturels sont de plus en plus fréquents. Après de nombreux incendies de forêt en 2019, 117 000 hectares de forêts ont été équipés d'un réseau de systèmes automatiques de détection d'incendie début 2021. Au total, 48 caméras surveillent désormais les forêts au-dessus de la cime des arbres en douze points répartis dans le département, à proximité de zones particulièrement vulnérables.

Avantages
• Surveillance permanente des incendies de forêt : toute l'année, sur tout ou partie du territoire, de jour comme de nuit.
• Gain de temps : visualisation en temps réel de la catastrophe, transmission immédiate des alarmes, localisation précise du foyer d'incendie grâce à un système de triangulation.
• Grâce aux caméras, et notamment à la caméra de levée de doute, la vérification et la confirmation sont beaucoup plus rapides qu'un appel d'urgence.
• Élimination des risques humains : plus d'hommes isolés dans des tours de garde.
• Surveillance à long terme : l'enregistrement des données permet d'améliorer en permanence la surveillance et la détection des incendies de forêt.




ADELIE est donc plus qu'un système de détection automatique d'incendie et de feu de forêt, c'est un système intégré de surveillance et de gestion de l'information en matière d'incendie et de feu de forêt. La solution française de traitement d'images contribue ainsi de manière décisive à limiter les dégâts. Grâce à la détection précoce des incendies et à la localisation précise des foyers d'incendie, elle réduit considérablement le risque de propagation et peut minimiser les dommages qui en découlent pour les personnes, l'environnement et l'économie.

fr.ids-imaging.com