Plus des trois quarts des communautés de l'Alaska n'ont pas accès aux autoroutes ou aux routes. Dans ces régions reculées, les petits avions sont le bus d'une ville, ambulance, et la livraison de nourriture, le seul moyen de faire entrer et sortir les gens et les choses.

Aussi routinier que puisse être le vol quotidien, ça peut être dangereux. Ces petits aéronefs (ou d'aviation générale) sont généralement pilotés à vue, par un pilote regardant par les fenêtres du cockpit. Si des orages soudains ou du brouillard apparaissent, un pilote pourrait ne pas être en mesure de voir une piste, avion à proximité, ou terrain en pente. En 2018, la Federal Aviation Administration (FAA) a signalé 95 accidents d'aviation en Alaska, y compris plusieurs accidents mortels survenus dans des régions éloignées où la mauvaise visibilité peut avoir joué un rôle.

« Les pilotes d'aviation générale en Alaska doivent être conscients des conditions prévues lors de la planification avant le vol, mais aussi de toutes les conditions changeant rapidement pendant le vol, " dit Michael Matthews, un météorologue au MIT Lincoln Laboratory. « Il y a certaines règles, comme si vous ne pouviez pas voler avec moins de trois milles de visibilité. Si c'est pire, les pilotes doivent voler aux instruments, mais ils doivent être certifiés pour cela."

Les pilotes vérifient les conditions météorologiques actuelles ou prévues avant de voler, mais un manque de stations d'observation météorologique automatisées dans toute la brousse de l'Alaska rend difficile de savoir exactement à quoi s'attendre. Aider, la FAA a récemment installé 221 caméras Web à proximité des pistes et des cols de montagne. Les pilotes peuvent consulter les flux d'images en ligne pour planifier leur itinéraire. Toujours, il est difficile de parcourir ce qui pourrait être des centaines d'images et d'estimer jusqu'où on peut voir.

Donc, Matthews a travaillé avec la FAA pour transformer ces caméras Web en capteurs de visibilité. Il a développé un algorithme, appelé Estimation de la Visibilité par l'Analyse d'Images (VEIA), qui utilise le flux d'images d'une caméra pour déterminer automatiquement la visibilité de la zone. Ces estimations peuvent ensuite être partagées entre les prévisionnistes et avec les pilotes en ligne en temps réel.

Yeux entraînés

Dans la conception, l'algorithme VEIA détermine la visibilité de la même manière que les humains. Il recherche des "bords" stationnaires. Pour les observateurs humains, ces bords sont des repères de distances connues d'un aérodrome, comme une tour ou le sommet d'une montagne. Ils sont formés pour interpréter à quel point ils peuvent voir chaque marqueur par rapport à un clair, journée ensoleillée.

De même, l'algorithme apprend d'abord à quoi ressemblent les bords dans des conditions claires. Le système examine les images des 10 derniers jours, un délai optimal car tout délai plus court pourrait être faussé par le mauvais temps et plus long pourrait être affecté par les changements de saison, selon Mathieu. En utilisant ces images de 10 jours, le système crée une image composite "claire". Cette image devient la référence à laquelle une image courante est comparée.

Pour lancer une comparaison, un algorithme de détection des contours (appelé filtre de Sobel) est appliqué à la fois à l'image de référence et à l'image actuelle. Cet algorithme identifie les contours persistants :l'horizon, immeubles, flancs de montagne et supprime les bords éphémères comme les voitures et les nuages. Puis, le système compare les forces globales des bords et génère un rapport. Le rapport est converti en visibilité en miles.

Développer un algorithme qui fonctionne bien sur les images de n'importe quelle caméra Web était un défi, dit Matthews. Selon l'endroit où ils sont placés, certaines caméras peuvent avoir une vue à 100 milles et d'autres à seulement 100 pieds. D'autres problèmes provenaient d'objets permanents qui étaient très proches de la caméra et dominaient la vue, comme une grande antenne. L'algorithme devait être conçu pour regarder au-delà de ces objets proches.

"Si vous êtes un observateur sur le mont Washington, vous avez un œil exercé pour rechercher des choses très spécifiques pour obtenir une estimation de visibilité. Dire, les remontées mécaniques de la montagne Attitash, etc. Nous ne voulions pas créer un algorithme entraîné si spécifiquement; nous voulions que ce même algorithme s'applique n'importe où et sur tous les types d'arêtes, ", dit Matthews.

Pour valider ses estimations, l'algorithme VEIA a été testé par rapport aux données des stations automatisées d'observation de surface (ASOS). Ces gares, dont près de 50 en Alaska, sont équipés de capteurs qui peuvent estimer la visibilité chaque heure. L'algorithme VEIA, qui fournit des estimations toutes les 10 minutes, était précis à plus de 90 % dans la détection des conditions de faible visibilité par rapport aux données ASOS colocalisées.

Pilotes avertis

La FAA prévoit de tester l'algorithme VEIA à l'été 2020 sur un site web expérimental. Pendant la période d'essai, les pilotes peuvent visiter le site Web expérimental pour voir des estimations de visibilité en temps réel à côté de l'imagerie de la caméra elle-même.

"En outre, les estimations VEIA peuvent être ingérées dans des modèles de prévision météorologique pour améliorer les prévisions, " dit Jenny Colavito, qui est le chef de projet de recherche sur le plafond et la visibilité à la FAA. "Tout cela conduit à mieux informer les pilotes des conditions météorologiques afin qu'ils puissent éviter de se heurter à des dangers."

La FAA envisage d'utiliser des caméras météo dans d'autres régions, à partir d'Hawaï. « Comme l'Alaska, Hawaï a un terrain et des conditions météorologiques extrêmes qui peuvent changer rapidement. Je prévois que l'algorithme VEIA sera utilisé avec les caméras météo à Hawaï pour fournir autant d'informations que possible aux pilotes, " ajoute Colavito. L'un des principaux avantages de VEIA est qu'il ne nécessite aucun capteur spécialisé pour faire son travail, juste le flux d'images des webcams.

Matthews a récemment accepté un R&D 100 Award pour l'algorithme, nommé l'un des 100 produits les plus innovants au monde développés en 2019. En tant que chercheur en gestion du trafic aérien depuis 28 ans, il est ravi d'avoir obtenu cet honneur.

"Certains cols de montagne en Alaska sont comme des autoroutes, surtout en été, avec le nombre de personnes qui volent. Vous pouvez trouver d'innombrables histoires de terribles accidents, des gens qui font juste des choses de tous les jours - une famille en route pour un match de volley-ball, ", réfléchit Matthews. "J'espère que VEIA pourra aider les gens à vivre leur vie de manière plus sûre."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.