L'une des nouvelles technologies les plus intéressantes dans le monde des drones est le LiDAR, où la lumière est utilisée pour fournir aux utilisateurs des données géospatiales précises dans une grande variété de nouveaux environnements. Dans cet article, nous expliquons comment fonctionne le LiDAR, nous explorons ses avantages par rapport à la photogrammétrie et nous discutons des caractéristiques et des avantages du LiDAR Atmos en particulier.

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Principes de base du LiDAR

Différence avec la photogrammétrie RVB traditionnelle

La photogrammétrie utilise des caméras photographiques standard pour capturer des milliers d'images d'une zone. Ces appareils fonctionnent selon le principe suivant : le soleil éclaire un objet qui absorbe ou transmet partiellement la lumière et réfléchit le reste. La lumière réfléchie est capturée par le capteur de l'appareil photo. Ce capteur peut voir la couleur et la luminosité, mais il ne peut pas détecter la profondeur.

Comme l'appareil photo ne détecte pas la profondeur, il faut reconstruire des centaines, voire des milliers de photos qui se chevauchent pour obtenir des coordonnées 3D. Dans un modèle de haute qualité, chaque caractéristique est généralement incluse dans environ 8 images qui se chevauchent.

Une fois ces images obtenues, on utilise la photogrammétrie dans des logiciels tels que Pix4D ou Metashape, etc. L'ajustement du faisceau est utilisé pour obtenir l'orientation précise des images dans les six degrés de liberté. Les images sont ensuite comparées pour détecter et faire correspondre les caractéristiques entre les images et leur position est supposée à l'aide de la triangulation. Il est important de noter qu'il s'agit d'un calcul statistique des positions plutôt que d'une mesure directe.

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Comment fonctionne le LiDAR

Un capteur LiDAR fonctionne un peu différemment, car il utilise la détection active pour mesurer directement la distance des objets à l'aide d'impulsions laser, plutôt que la méthode statistique utilisée par la photogrammétrie.

Le LiDAR lui-même agit comme une source de lumière (au lieu du soleil), qui se reflète sur l'objet en question et est reçue par le capteur LiDAR. Le faisceau laser du LiDAR est également légèrement divergent. Cela permet au faisceau de "traverser" des objets tels que des branches d'arbre. Le détecteur peut détecter plusieurs retours, ce qui permet d'étudier plusieurs surfaces.

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Le capteur LiDAR mesure la portée de l'impulsion laser et l'angle de balayage de la tête rotative est connu avec précision. Étant donné qu'un drone LiDAR vole dans l'air à grande vitesse, les principales spécifications qualitatives portent sur la précision de la position et de l'orientation du LiDAR.

La partie du LiDAR qui mesure la position et l'orientation est appelée INS. L'INS se compose d'un IMU qui mesure l'orientation et d'un GNSS qui mesure la position avec une grande précision. Ces informations peuvent être utilisées pour déterminer directement la position en 3D d'un point sur terre.

Le produit de sortie du LiDAR est un nuage de points, dont l'utilisation la plus courante est la visualisation de l'altitude, mais l'intensité de l'impulsion reçue est également mesurée. La visualisation du nuage de points avec l'intensité sur une échelle de pseudo-couleurs/fausses couleurs permet de distinguer les différents objets au sol qui ont la même altitude.

Ces résultats peuvent ensuite être visualisés dans Pix4D, ou dans d'autres produits tels que Displaz, ArcGIS ou Fugro, puis utilisés pour la vectorisation, le développement de MNT/DSM, l'estimation de la biomasse, les volumes, les profils, le suivi de l'avancement, et bien d'autres choses encore !

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Avantages par rapport à la photogrammétrie

La photogrammétrie possède de nombreux atouts, notamment en termes de coût, de colorisation et de précision. Cependant, le LiDAR peut-il offrir un avantage considérable par rapport à la photogrammétrie en ce qui concerne ;

^{1. Structures fines}
La photogrammétrie a des difficultés avec les lignes électriques et les machines complexes installées sur le site, car elle ne dispose pas de suffisamment de points de référence. La méthode de détection active du LiDAR n'a aucun problème avec ces éléments.

^{2. Taches à fort feuillage}
‍Les fermeset les forêts aux arbres épais n'interfèrent pas avec le LiDAR. Le LiDAR capture des données à la fois de la canopée et du terrain en dessous, contrairement à la photogrammétrie qui ne capture qu'un MNS de la canopée de la forêt.

^{3. Surfaces uniformes}
‍Sur dessurfaces lisses comme les routes ou les plages, la photogrammétrie est insuffisante en raison du manque de points uniques. Le LiDAR, avec ses mesures actives, ne connaît pas ce problème.

^{4. Conditions d'éclairage uniques}
‍LiDARn'a pas besoin de conditions d'éclairage externes pour générer des données, il est donc possible d'effectuer des relevés dans des conditions de faible éclairage ou même de nuit.

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Atmos Caractéristiques et avantages du LiDAR 

Comme nous l'avons mentionné plus haut, étant donné qu'un drone LiDAR vole dans l'air, la précision du modèle final dépend fortement de la précision de la position ou de l'orientation du LiDAR, ainsi que du champ de vision, de la précision de la portée, etc. Par conséquent, la principale question que chaque client doit se poser est la suivante : quelle est la précision de l'INS du LiDAR ?

Le site Atmos LiDAR

AtmosLe système LiDAR est équipé d'un scanner LiDAR Hesai et d'un système INS Inertial Labs / Novatel. Celui-ci comprend deux antennes GNSS pour le positionnement et l'estimation du cap.

This combination of a high-end INS and a double heading antenna is really important. A high end INS results in highly impressive accuracy figures, namely a +/- 1cm [0.4in] ranging accuracy, 0.5cm [0.2in] precision, a pitch/roll accuracy of <0.01°, and max altitude of 150m [492ft] AGL. Double heading antennae result in a yaw accuracy of 0.05°, and contribute to the above positional accuracy as well.  

Atmos Avantages du LiDAR

Qu'est-ce que cela signifie pour les utilisateurs ? 

Tout d'abord, les données ont un niveau de bruit exceptionnellement bas, ce qui signifie que de petites caractéristiques telles que les lignes électriques sont facilement détectables sans qu'il soit nécessaire de filtrer et de modifier les données sources de manière extrême. 

Deuxièmement, cela signifie qu'il n'est pas nécessaire d'aligner les bandes, ce qui entraîne souvent des imprécisions et ajoute au moins une heure au flux de travail chaque fois que l'utilisateur effectue un vol. L'utilisateur bénéficie également d'une plus grande précision du nuage de points et d'un chevauchement plus faible, ce qui lui permet de couvrir une plus grande superficie par vol.

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Un facteur important dans le choix d'un système LiDAR est également le compromis entre la densité des points et la couverture de la zone. Un compromis efficace entre la densité des points et la couverture de la zone déterminera le retour sur investissement du système dans son ensemble. Le système LiDAR Atmos est capable d'atteindre 52 ^pts/m2 [4,^9pts/pi2] à 480Ha [1190 Acres].

Conclusion

Les avantages du LiDAR par rapport à la photogrammétrie, en particulier dans la gestion des environnements complexes et végétalisés, associés à des chiffres de précision impressionnants, constituent un argument convaincant en faveur de son adoption. Cette technologie permet non seulement de surmonter les limites des méthodes traditionnelles, mais elle ouvre également de nouvelles possibilités d'applications dans les domaines de la sylviculture, de l'exploitation minière, de la construction, etc. Dans ce monde, le LiDAR Atmos , avec ses chiffres de précision remarquables et son flux de travail efficace, apparaît comme un outil puissant pour les professionnels à la recherche de nuages de points détaillés et exempts de bruit.

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FAQ

_{Qu'est-ce qu'un retour ?}

Un faisceau laser n'est pas un objet unique, il contient des morceaux de lumière, dont certains se reflètent sur le sol et d'autres sur d'autres objets intermédiaires comme l'herbe, les feuilles et les branches d'arbres. Lorsque le capteur LiDAR détecte que certains morceaux de lumière ont été réfléchis, cela est enregistré comme un retour. Si vous n'avez qu'un seul retour, vous n'obtenez que la première réflexion provenant de chaque faisceau laser, ce qui signifie que vous ne recevez que des données sur l'objet le plus proche du drone, à l'instar de la photogrammétrie. Par conséquent, la capture de plus d'un retour permet d'obtenir plus d'informations sur les objets sub-superficiels, comme le sol sous la canopée d'une forêt. Le LiDAR Atmos est capable de 3 retours, d'autres offrent jusqu'à 5 retours, mais ces^4ème et^5ème retours supplémentaires sont souvent considérés comme n'apportant pas beaucoup d'informations et contribuant plutôt à augmenter le bruit qui doit être filtré dans le post-traitement, ce qui ajoute des exigences supplémentaires au flux de travail.

_{Le site Atmos' LiDAR est-il colorisé ?}  

Chaque point du nuage de points LiDAR se compose d'une position en x, y et z et d'un niveau d'intensité. Certains utilisateurs aiment attribuer une couleur à chaque point du nuage de points, car cela permet de distinguer certains éléments qui ne sont pas distinguables par leur intensité. Bien que le site Marlyn ne comporte pas d'appareil photo intégré au capteur LiDAR, il est possible, avec le site Marlyn , de capturer d'abord les données photogrammétriques, puis de remplacer la charge utile par le capteur LiDAR et de capturer le capteur LiDAR. Vous pouvez ensuite utiliser Cloud Compare ou ArcGIS pour coloriser les données. Il est également possible de coloriser le nuage de points en utilisant des données satellitaires disponibles dans le commerce.  

_{Est-il nécessaire d'utiliser des GCP ?}

Il est en effet possible de renseigner vos données à l'aide de points de contrôle en utilisant deux méthodes possibles - l'intensité ou l'élévation. Pour l'intensité, il est possible d'utiliser des éléments naturels présentant un contraste d'intensité élevé (@905nm de longueur d'onde !). Pour l'élévation, des objets avec des arêtes vives et une certaine élévation (>10cm) peuvent être utilisés, des points de contrôle disponibles dans le commerce sont disponibles pour cela.

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