Un guide comparatif pour vous aider à choisir vos capteurs topographiques

Pour les professionnels de la topographie et de la cartographie, le LiDAR et la photogrammétrie sont depuis longtemps des outils indispensables, mais les progrès récents de la technologie des drones ont changé la façon dont les données sont saisies.

Par rapport à la topographie aérienne traditionnelle, qui repose presque exclusivement sur des avions pilotés, les drones offrent une alternative sûre, précise et plus abordable. Il en résulte une démocratisation des solutions de topographie. Désormais, les projets dans les domaines de l’agriculture, de la construction, de la conservation, de l’exploitation minière, de la reconstitution de scènes d’accidents et autres peuvent bénéficier de nuages de points détaillés, de cartes précises et de modèles 3D.

Pour les topographes-géomètres confirmés et ceux qui débutent dans le domaine, la question de savoir s’il faut travailler avec le LiDAR ou la photogrammétrie est familière. Dans cet article, nous allons vous présenter les avantages et les inconvénients des deux méthodes. Il ne s’agit pas de dire que l’une est tout simplement meilleure ou qu’elle doit être préférée à l’autre quoi qu’il arrive. La bonne décision dépend plutôt de la tâche spécifique à accomplir, des compétences de l’opérateur en question et, comme toujours, du budget dont vous disposez.

Qu’est-ce que le LiDAR ?

LiDAR est l’abréviation de “light detection and ranging” (détection et télémétrie par la lumière). Les capteurs LiDAR émettent des impulsions lumineuses et mesurent le temps qu’il faut pour qu’elles soient réfléchies par le sol, ainsi que l’intensité avec laquelle elles le sont.

Bien qu’elle existe depuis des décennies, ce n’est que depuis quelques années que la technologie LiDAR est devenue suffisamment compacte pour être intégrée à une charge utile qu’un drone peut transporter.

Le capteur LiDAR ne représente qu’une partie d’un processus complexe. Pour recueillir les données nécessaires à la construction d’un nuage de points reflétant fidèlement le terrain et sa topographie, le système LiDAR intègre d’autres composants de haute précision : un système de positionnement par satellite (données GNSS) et une unité de mesure inertielle (IMU).

Avec un peu de magie logicielle, les vols LiDAR peuvent être utilisés pour construire des nuages de points en 3D et des cartes d’intensité – deux éléments dont l’interprétation requiert de nombreuses compétences, mais qui fournissent des données inestimables pour les opérations minières, forestières, agricoles et de construction.

Les avantages du LiDAR

L’avantage le plus souvent cité de l’utilisation du LiDAR pour la cartographie est la précision de la technologie.

Tout d’abord, il est important de réfléchir à ce que signifie la précision pour vous et votre projet. Accordez-vous la priorité à une précision relative ou absolue ? En d’autres termes, souhaitez-vous que votre produit final soit précis en ce qui concerne ses caractéristiques les unes par rapport aux autres ou en ce qui concerne leurs emplacements ?

Le LiDAR est la solution pour une précision absolue et constitue généralement le meilleur choix lorsque l’objectif est d’obtenir un modèle réaliste de la surface du sol. C’est en effet la meilleure méthode pour prendre en compte l’altitude, la végétation et les conditions du moment.

L’intégration du LiDAR avec les données GNSS et le fait qu’il s’agisse d’une mesure directe – envoyant des milliers d’impulsions laser depuis le haut – garantissent que votre carte numérique de terrain finale sera d’une extrême précision verticale.

Les complications topographiques ne se présentent pas seulement sous la forme d’ondulations du terrain. La végétation peut également empêcher les méthodes de topographie basées sur la photographie d’obtenir des données granulaires au niveau du sol.

Les impulsions lumineuses du LiDAR pénètrent dans les espaces entre les feuilles et les branches, atteignant ainsi le sol et améliorant la précision des mesures.

Le LiDAR est également préférable si les conditions de luminosité de votre chantier ne sont pas constantes. Si vous souhaitez effectuer des relevés nocturnes ou des missions à faible visibilité, le LiDAR peut s’acquitter de cette tâche sans avoir besoin d’une source de lumière externe.

Enfin, le LiDAR permet de capturer des détails de faible diamètre. Les câbles électriques en sont un bon exemple. Grâce à un échantillonnage ponctuel de haute densité et à une approche de mesure directe, vous pouvez utiliser le LiDAR pour cartographier avec précision la caténaire des câbles.

Les inconvénients du LiDAR

La difficulté la plus évidente liée à l’utilisation du LiDAR est son coût élevé. En raison de la complexité opérationnelle accrue et de la nécessité d’utiliser des composants et des capteurs plus sophistiqués, il est possible de dépenser facilement des dizaines de milliers de dollars pour une solution de topographie complète.

Cette complexité augmente également la marge d’erreur et la dépendance à l’égard d’un professionnel expérimenté. Avec de multiples capteurs et des informations qui ne sont pas facilement accessibles sans une bonne dose de traitement, l’extraction des données nécessaires n’est pas simple.

Il est également important de garder à l’esprit que les capteurs LiDAR sont traditionnellement plus encombrants que les simples caméras. Avec la popularité croissante des drones pour les levés aériens, le besoin d’un drone plus grand pour gérer une charge utile plus lourde peut augmenter une dépense déjà importante.

Le dernier inconvénient du LiDAR est sans doute sa plus grande force : il est le meilleur outil pour travailler dans des situations très spécifiques. Pour de nombreuses applications, la photogrammétrie classique suffit. Cette tendance s’accentue au fur et à mesure que les logiciels de traitement d’images s’améliorent.

Qu’est-ce que la photogrammétrie ?

En termes simples, la photogrammétrie est une méthode de mesure des distances à l’aide de photographies. Ces photographies sont traitées à l’aide de logiciels spécialisés afin de générer des modèles précis et réalistes du monde.

Les cartes orthomosaïques et les modèles 3D ont de nombreuses applications, de la planification de la construction à la gestion de projets en cours, en passant par le matériel de marketing.

Le nombre d’images dont vous avez besoin pour une photogrammétrie efficace peut varier de quelques centaines à quelques milliers. Tout dépend de la taille du site en question et de la profondeur et de la précision que vous souhaitez obtenir.

Les pilotes de drone devront déterminer l’altitude de vol optimale pour obtenir la distance d’échantillonnage au sol nécessaire. Vous devrez également définir un chevauchement pour chaque image afin que votre logiciel puisse assembler vos images de manière transparente.

Les avantages de la photogrammétrie

La photogrammétrie présente un avantage majeur : elle est accessible. Grâce à l’évolution des technologies de drones et de cartographie, les flux de travail ont été simplifiés, et les cartes et modèles 3D précis sont désormais à la portée de toutes les organisations équipées d’un drone doté d’une caméra performante.

En dehors de l’étalonnage de l’appareil photo, la planification de base du vol et la mise en place des points de contrôle au sol, réaliser une mission de cartographie et transformer les données en informations utiles est relativement simple. Ce processus produit des résultats tangibles dans de nombreux scénarios, tels que la construction, la conservation, l’exploitation minière ou encore l’agriculture.

Il est important de souligner que les résultats sont également facilement accessibles. Les cartes et modèles 3D, dotés de couleurs et de caractéristiques reconnaissables, sont instantanément intuitifs, ce qui en fait un excellent outil de collaboration et une source de données sur laquelle les parties prenantes peuvent travailler sans passer trop de temps à manipuler les données.

Enfin, l’un des avantages clés de la photogrammétrie est sa flexibilité. En fonction des objectifs de la mission, il est possible de mieux contrôler le compromis entre la vitesse, l’altitude et la précision requise. Cela permet une approche plus adaptable et personnalisée pour répondre aux besoins spécifiques de chaque projet. De plus, le coût abordable de cette méthode, qui ne nécessite qu’un investissement initial dans un drone professionnel et un logiciel de traitement des données, la rend accessible à un large éventail d’organisations.

Les inconvénients de la photogrammétrie

Les méthodes de topographie basées sur la photogrammétrie présentent quelques inconvénients.

Tout d’abord, la précision de vos cartes et modèles dépend fortement de la qualité de la caméra de votre drone et de celui-ci.

La taille du capteur, l’ouverture, la résolution et la longueur focale ont un impact sur la distance d’échantillonnage au sol (GSD) ainsi que sur l’altitude à laquelle vous volez. En outre, il sera difficile de produire des résultats d’une précision absolue si vous n’utilisez pas plusieurs points de contrôle au sol ou un drone équipé d’un système RTK ou PPK.

Le deuxième défi auquel sont confrontées vos ambitions en matière de photogrammétrie est la météo, ou plus précisément, les conditions de luminosité. L’obscurité, la couverture nuageuse, la poussière et d’autres facteurs peuvent avoir un impact négatif sur la qualité des résultats de vos levés.

En matière de traitement des données, on ne peut mesurer que ce que l’on voit clairement. Cela signifie que les vols avec une visibilité limitée – que ce soit en raison de la végétation, des ombres ou de l’heure de la journée – produiront moins de points au sol, et par conséquent, des cartes et des modèles moins précis.

Quand choisir le LiDAR

Le LiDAR est recommandé si vous cartographiez un terrain complexe avec un pourcentage élevé de végétation. Grâce à ses mesures directes qui pénètrent entre les feuilles, les branches et les arbres, vous pouvez construire des nuages de points topographiques précis à partir des données obtenues.

Cette technologie est également idéale pour mesurer avec précision des objets tels que les câbles, qui sont généralement trop fins pour être détectés par d’autres méthodes.

Le LiDAR devrait également être votre méthode de choix si la précision est la priorité pour la tâche topographique à accomplir. Cependant, cette méthode présente des problèmes tels que le coût et l’expertise nécessaires pour traiter les données.

Choisissez le LiDAR dans les cas suivants :

• Cartographie de terrains difficiles d’accès, complexes et envahis par la végétation
• Capture de détails sur des structures fines, telles que les lignes électriques ou les bords de toit
• Projets où le détail et la précision sont des priorités.

Quand choisir la photogrammétrie

Le prix abordable de la photogrammétrie en fait une option préférable pour ceux qui débutent dans la topographie avec des drones. De plus, le faite qu’elle soit moins chère que le LiDAR n’est pas son seul avantage.

En effet, de nombreuses applications seraient mieux servies en optant pour la photogrammétrie. C’est notamment le cas lorsque vous souhaitez travailler sur des plans à l’aide de cartes orthomosaïques, collaborer à l’aide de modèles 3D ou fournir des mises à jour régulières sur l’état d’avancement d’un projet, le tout pour un coût relativement faible.

Choisissez la photogrammétrie pour :

• Des numérisations riches en contexte, accessibles et nécessitant un minimum de post-traitement et d’expertise
• Des cartes et des modèles facilement compréhensibles pour des personnes non expertes
• Les ensembles de données nécessitant une évaluation visuelle.

LiDAR ou photogrammétrie : Qui est le plus précis ?

Tout comme les nuages de points en couleurs réelles produits par la DJI L1, la réponse n’est pas aussi simple que le noir et blanc.

Le LiDAR a tendance à produire des scans plus détaillés et plus précis que la photogrammétrie. De plus, il est idéal pour les scénarios dans lesquels la précision est primordiale, car il peut fonctionner correctement malgré les défis environnementaux tels que la faible luminosité ou la végétation dense.

Les nuages de points LiDAR peuvent être incroyablement granulaires, avec une densité allant jusqu’à 500 points par mètre carré et une précision d’élévation verticale inférieure à trois centimètres. Une forte densité de points de données se traduit par un ensemble de données plus robuste, offrant ainsi une plus grande souplesse dans le traitement des résultats.

Cela ne signifie pas que la photogrammétrie est intrinsèquement imprécise. Si votre terrain est relativement simple et dépourvu de végétation dense, vous pouvez toujours construire des cartes et des modèles très détaillés, en particulier si vous utilisez également un module de positionnement RTK.

LiDAR vs Photogrammétrie : Les données

Le LiDAR et la photogrammétrie sont des méthodes de collecte de données fondamentalement différentes.

Avec le LiDAR, vous obtenez des milliers de points de données qui forment un nuage de points en 3D décrivant le terrain en question. Pour rendre ce nuage visuellement accessible, vous devrez incorporer des couleurs provenant d’ensembles de données distincts.

Avec la photogrammétrie, vous obtenez des centaines ou des milliers d’images qui doivent être traitées et assemblées pour produire quelque chose de valable : un nuage de points en 3D, une carte ou un modèle navigable.

Le traitement des nuages de points en LiDAR n’est pas aussi répandu ou accessible que les logiciels de photogrammétrie. Cela signifie que vous devrez faire appel à un spécialiste sur place pour transformer ces données brutes en quelque chose d’exploitable, en plus d’avoir accès au logiciel adéquat.

Les solutions de photogrammétrie de DJI

Mavic 3 Entreprise RTK

Le Mavic 3 Entreprise RTK offre aux topographes-géomètres professionnels un équilibre idéal entre prix, précision et accessibilité. Grâce à son capteur cinétique en temps réel (RTK) embarqué, les photos sont géolocalisées automatiquement et corrigées par rapport aux points de contrôle au sol, avec une précision de l’ordre du centimètre.

En choisissant le Mavic 3 Entreprise RTK, vous faites un investissement de départ intelligent, quelle que soit votre demande en matière de topographie.

Matrice  300 RTK + Zenmuse P1

Le combo P1 et M300 RTK est la solution phare de DJI pour la photogrammétrie. Le P1 est une charge utile de photogrammétrie avancée, équipée d’un capteur plein format et d’objectifs interchangeables à focale fixe. Un obturateur mécanique global et des fonctions logicielles telles que la capture oblique intelligente en font la solution idéale pour les vols de photogrammétrie à grande échelle.

Associé au M300 RTK, le P1 permet aux géomètres de couvrir jusqu’à 3 km2 en un seul vol et d’obtenir des résultats d’une précision de 3 cm à l’horizontale et de 5 cm à la verticale, sans avoir besoin de points de contrôle au sol (GCP). Cela en fait un outil très performant pour les professionnels de la topographie qui cherchent à obtenir des résultats précis et fiables en un minimum de temps.

Les solutions LiDAR de DJI

Matrice 300 RTK + L1

Dernières réflexions

En somme, les deux méthodes ont leurs avantages et leurs limites, et le choix de l’une ou l’autre dépendra des besoins spécifiques de chaque projet. Il est important de prendre en compte la tâche à accomplir, la précision requise, les conditions sur le terrain, ainsi que le budget et l’expérience de l’équipe. Avec l’évolution des technologies de drone et des charges utiles de plus en plus sophistiquées, les professionnels de la topographie devront apprendre à utiliser les deux méthodes pour maximiser leur efficacité et leur précision.

Nous espérons que vous avez apprécié notre article de blog.

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