Model-checking for precision agriculture
Model-checking pour l'agriculture de précision
Résumé
Precision agriculture (PA) has grown strongly in recent decades with advances in locating methods and sensor and remote sensing technologies. The principle of the PA is to seek and implement the Right action at the Right time and in the Right place ("3R"), with the objective of improving the efficiency of agriculture according to the criteria of agriculture sustainable. We consider in this thesis the evaluation of the feasibility of agricultural operations with respect to the criteria set in a PA recommendation, using formal modeling and verification techniques.To model and verify these operations, a representation of temporal and spatial dynamics is necessary. The model-checking of timed automata systems with requests in temporal tree logic answers these needs. The spatial positions can be represented in an ad-hoc manner within the framework of these formalisms. Three examples of agricultural operations are considered in this thesis. The first relates to the computing of an optimal sequence of commands for a precision spraying in viticulture. The second concerns selective harvesting in viticulture. The last one is related to the verification of an agricultural robotics mission. We study in these examples the reachability of a target state for the operation, or the reachability with an optimal cost criterion.To overcome the combinatorial explosion problem encountered in the treated cases, a decomposition methodology for reachability model-checking has been developed. The experimental results with and without decomposition are presented for the 3 examples of operation studied. The decomposition methodology was applied to 2 of the 3 examples and the experimental results indicate its efficient.
L'agriculture de précision (AP) s'est fortement développée au cours des dernières décennies avec les progrès des technologies de localisation, des capteurs et des techniques de télédétection. Le principe de l'AP est de rechercher et mettre en oeuvre la Bonne action au Bon moment et au Bon endroit ("3B"), avec l'objectif d'améliorer l'efficience de l'agriculture suivant les critères d'une agriculture durable. Nous considérons dans cette thèse l'évaluation de la faisabilité d'opérations agricoles vis à vis de critères relevant de l'AP, en faisant appel à des techniques de modélisation et de vérification formelles.Pour modéliser et vérifier ces opérations, une représentation des dynamiques temporelles et spatiales est nécessaire. Le model-checking de systèmes d'automates temporisés avec des requêtes dans une logique temporelle arborescente répond à ces besoins, les positions spatiales pouvant être représentées de façon ad-hoc dans le cadre de ces formalismes. Trois exemples d'opérations agricoles sont considérés dans ce mémoire. La première est relative au calcul d'une séquence optimale de commandes pour une pulvérisation de précision en viticulture. La seconde concerne la récolte sélective en viticulture. La dernière est relative à la vérification d'une mission de robotique agricole. Nous étudions dans ces exemples l'atteignabilité d'un état cible pour l'opération, ou l'atteignabilité avec un critère de coût optimal.Pour pallier au problème d'explosion combinatoire rencontré dans les cas traités, une méthodologie de décomposition pour le model-checking d'atteignabilité a été développée. Les résultats expérimentaux avec et sans décomposition sont présentés pour les 3 exemples d'opération étudiés. La technique de décomposition est appliquée sur 2 des 3 exemples et les résultats expérimentaux montrent son efficacité.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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