La photogrammétrie par drone est-elle une alternative aux techniques classiques d’arpentage terrestre ?

La recherche révèle que les drones peuvent concurrencer de manière précise, fiable et économique les méthodes de cartographie terrestre traditionnelles

S’il semble que la technologie des drones ait parcouru un très long chemin au cours des dernières années, c’est parce qu’elle l’a fait. Autrefois considérés comme plus un gadget qu’un équipement spécialisé, les drones géospatiaux changent maintenant le jeu de l’arpentage – en utilisant des méthodes photogrammétriques pour créer des cartes en un temps record.

Vous essayez de décider si un drone de photogrammétrie est le bon investissement pour votre entreprise d’arpentage ? Lisez la suite pour découvrir comment cette technologie peut vous aider à économiser du temps, des efforts et finalement de l’argent, sans sacrifier la précision. 

Photogrammetry

Pour comprendre comment les drones peuvent être utilisés dans l’arpentage, rappelons rapidement la photogrammétrie aérienne. Cela implique de prendre plusieurs images aériennes d’un élément et de les utiliser pour créer des modèles 2D ou 3D numérisés à haute résolution à partir desquels des mesures précises peuvent être déduites. Cela peut être complété par un logiciel de cartographie spécialisé qui recherche les caractéristiques communes des images et les utilise pour assembler vos photos de manière à offrir une représentation précise d’un espace. Bien qu’il s’agisse généralement d’un point de coordonnées, la caractéristique commune exacte peut varier en fonction du type de photogrammétrie que vous utilisez (nous en reparlerons plus tard). Selon la portée du projet, un modèle réalisé avec la photogrammétrie peut nécessiter de quelques centaines à plusieurs milliers d’images distinctes.

Notamment, une seule photographie aérienne ne peut pas être utilisée comme carte photogrammétrique car des problèmes tels que la perspective et la distorsion n’ont pas été résolus. Bien que les images aériennes soient idéales pour la photographie et le cinéma, vous avez besoin d’images fixes sous plusieurs angles pour garantir la précision.

En règle générale, le moyen le plus rentable de capturer toutes ces images aériennes dont vous avez besoin consiste à utiliser un véhicule aérien sans pilote (UAV) comme un drone. Alors que les avions et les hélicoptères peuvent tous deux être utilisés, ces options ont tendance à être beaucoup plus coûteuses.

L’un des principaux avantages des photographies aériennes photogrammétriques est qu’elles peuvent être utilisées pour créer plusieurs types de cartes . Selon le type de logiciel de photogrammétrie dont vous disposez, il est possible de créer une variété de sorties, telles que des cartes orthomosaïques, des modèles de nuages ​​de points 3D, des modèles numériques de surface, etc. D’autres types de cartographie, comme LiDAR – qui utilise des impulsions de lumière pour mesurer la topographie – nécessiteront cependant une charge utile distincte.

Types de photogrammétrie aérienne

La photogrammétrie peut être globalement divisée en deux catégories :

  • Photogrammétrie métrique : cette méthode utilise des points de coordonnées sur des entités pour visualiser un objet avec des mesures presque exactes. Les cartes peuvent ensuite être construites en fonction de l’emplacement des coordonnées les unes par rapport aux autres. Ces coordonnées sont généralement définies physiquement avec ce qu’on appelle des points de contrôle au sol .
  • Photogrammétrie interprétative : plutôt que des coordonnées spécifiques, la photogrammétrie interprétative prend une photo et ajoute de la topographie en examinant des indicateurs tels que les formes, les ombres et les motifs présentés dans une image, plutôt que des coordonnées.

Chaque style de photogrammétrie peut être utilisé pour l’arpentage, en fonction des spécificités du travail et de l’attention portée aux détails. Dans l’ensemble, cependant, la photogrammétrie métrique est la plus précise des deux et est recommandée pour les travaux d’arpentage nécessitant une précision centimétrique. Les deux styles dépendent d’ un logiciel de cartographie spécialisé pour assembler les images dans une carte photogrammétrique.

Photogrammetry - Terrestrial Surveying

Photogrammétrie par drone vs arpentage terrestre classique

Malgré les progrès de la technologie, l’arpentage terrestre peut encore être difficile et complexe. Traditionnellement, les professionnels de l’arpentage se sont appuyés sur des outils tels que les stations totales, les récepteurs GPS et les scanners laser au sol pour acquérir des données spatiales haute résolution sur la topographie de la surface terrestre. Cela peut prendre beaucoup de temps et de main-d’œuvre, ce qui augmente les coûts des projets d’arpentage et détourne les travailleurs d’autres tâches. Dans certains cas, l’arpentage terrestre peut même être dangereux pour les employés, en particulier lorsqu’ils travaillent sur des sites avec un terrain escarpé ou éloigné difficile à atteindre à pied.

La cartographie photogrammétrique à partir de drones, cependant, permet aux géomètres d’accomplir plus en moins de temps. Les travaux d’arpentage qui prendraient généralement des semaines à accomplir peuvent être terminés en quelques jours avec des drones. En tant que tel, l’utilisation de drones peut s’avérer nettement moins chère pour de nombreux projets.

Parce que les drones peuvent être déployés rapidement, à peu près n’importe où, leur utilisation élimine le besoin d’envoyer une équipe d’arpentage dans des zones dangereuses, comme les toits, les rebords, les routes, les sols instables et les talus escarpés. Même les éléments inaccessibles, tels que les tours de téléphonie cellulaire et la cime des arbres, peuvent être cartographiés facilement grâce à l’utilisation de drones.

Photogrammetry - Pilot

Prouver la valeur de la photogrammétrie par drone

Bien que chacun des avantages énumérés ci-dessus concerne la capacité d’un drone à réduire le temps, le danger et les coûts du projet, il y a un autre facteur très important à considérer : les drones sont-ils aussi précis que les méthodes terrestres traditionnelles ? Pendant de nombreuses années, les précisions signalées par les drones ont souvent été en deçà de leur potentiel théorique. Ceci, cependant, a commencé à changer.

Selon une étude récente du Journal of Unmanned Vehicle Systems , un drone doté des bonnes capacités, comme un matériel sans pilote de pointe et un traitement consciencieux des données, est suffisamment précis pour compléter ou remplacer les méthodes d’enquête terrestres pour de nombreuses applications, ont affirmé les chercheurs.

Pour étayer leur hypothèse, ces chercheurs ont triangulé sept fois un site d’église de 4 acres, à l’aide d’un drone DJI Inspire 2 équipé d’un système PPK GNSS de haute précision et d’une caméra Zenmuse X4S. Le site contenait à la fois des surfaces lisses que les données de drones sont connues pour bien modéliser (parkings, champs et toits) ainsi que des caractéristiques qui ne devraient pas bien fonctionner avec la photogrammétrie aérienne (murs, câbles aériens et sol sous la végétation). Les chercheurs ont utilisé des données provenant de paires d’images stéréo pour combler les caractéristiques manquantes ou déformées.

Et même si le système de positionnement haut de gamme du drone signifiait que la précision dépendait peu du contrôle au sol, l’équipe a collecté 23 points de contrôle bien répartis pour calculer la transformation de la redondance et fournir suffisamment de données pour des statistiques significatives.

La collecte de données aériennes a été réalisée en une demi-journée de temps sur le terrain, avec une autre journée et demie de travail de traitement. L’arpentage conventionnel et le traitement des données, quant à eux, ont pris trois jours.

Avec seulement une erreur quadratique moyenne verticale (RMSE) de 2 cm, la cartographie par drone s’est avérée cohérente et suffisamment précise pour être utilisée pour de nombreuses applications typiques de l’arpentage terrestre. Les chercheurs ont également observé que la précision s’améliorait lorsque le drone volait à une altitude inférieure (bien qu’avec des rendements décroissants). S’il s’agissait d’un projet d’arpentage terrestre typique, l’utilisation de drones aurait permis de gagner 33 % de temps et 58 % d’économies de coûts.

Les chercheurs ont en outre étudié la viabilité économique de la cartographie par drone en menant une enquête sur le toit d’une installation de panneaux solaires. L’équipe a recueilli des données aériennes sur les toits de trois épiceries, allant de 3 acres à 7 acres, en une seule journée. Sans mettre aucun travailleur sur le toit, toutes les fonctionnalités ont été extraites en stéréo, y compris les conduites de gaz, les évents de toit, les unités CVC, les puits de lumière et les panneaux électriques. Alors que l’arpentage terrestre conventionnel aurait pris 12 jours entre le lancement du projet et la livraison finale, le « vol jusqu’à la livraison » n’a pris que 7 jours, ce qui a permis de réaliser des économies de 41 % et de 58 % en temps.

Dans un autre exemple, l’équipe a recueilli des données aériennes pour un relevé topographique-planimétrique complet d’un terrain de golf de 260 acres en une journée. Si les méthodes classiques avaient été déployées, trois équipes de terrain auraient mis 30 jours pour collecter ces données, entraînant des temps d’arrêt importants pour le cours. En effet, certaines zones fortement végétalisées du parcours nécessitaient un levé conventionnel, mais le drone a pu cartographier de nombreux endroits semi-obscurcis via une compilation stéréo en sélectionnant un modèle stéréo approprié. En effet, l’ensemble du site a été cartographié en 15 jours, avec une économie de 75 % et un gain de temps de 50 %.

Photogrammetry - Efficiency Gains

Alors, les drones peuvent-ils être qualifiés d’outils précis et efficaces pour l’arpentage des terres ? La réponse est un oui catégorique. De plus, l’étude du Journal of Unmanned Vehicle Systems démontre clairement le potentiel d’économie de temps et d’argent de la technologie, une considération qui ne devrait jamais être perdue pour les géomètres.

Autres applications de la photogrammétrie par drone

À ce stade, nous avons établi que les drones peuvent avoir un impact démesuré sur les projets d’arpentage, réduisant potentiellement des journées entières de travail. L’arpentage, cependant, n’est pas le seul domaine où la photogrammétrie UAV a un impact transformationnel . Les autres secteurs comprennent:

  • Construction : L’arpentage avec photogrammétrie peut révéler des informations sur le terrain en cours de construction. De plus, la modélisation aérienne avec des drones peut aider au BIM et à la gestion globale du projet de construction.
  • Immobilier : Les agents immobiliers utilisent des drones pour créer des modèles 3D précis de maisons à vendre et proposer des visites virtuelles. Cette technique a pris son envol à la suite de la pandémie de COVID-19.
  • Ingénierie : les ingénieurs peuvent utiliser des images photogrammétriques pour créer un modèle 3D des bâtiments et des équipements
  • Énergie : les sociétés pétrolières et gazières utilisent des drones pour surveiller les zones autour des pipelines afin de détecter les changements environnementaux au fil du temps. L’arpentage est également couramment mis en œuvre dans ce secteur.

Dans presque toutes les industries qui valorisent des mesures précises, un UAV pourrait potentiellement être utilisé comme un atout.

Pourquoi DJI ?

Il est clair que les drones d’aujourd’hui sont devenus un ajout extrêmement précieux à la boîte à outils d’un géomètre et complètent ou remplacent de plus en plus les méthodes d’arpentage terrestre pour de nombreuses applications. Cependant, pour vous assurer d’obtenir le type de résultats précis que vous attendez, vous devez non seulement utiliser des méthodes d’arpentage par drone appropriées, mais vous avez également besoin du meilleur équipement.

Les drones de cartographie de nouvelle génération, tels que le DJI Phantom 4 RTK , permettent aux géomètres d’obtenir une précision des données au centimètre près tout en nécessitant moins de points de contrôle. Les principales caractéristiques de ce drone comprennent un système de positionnement centimétrique, un système TimeSync pour assurer la précision des données et un capteur CMOS de 20 mégapixels d’un pouce. Une précision de coordonnées presque exacte est rendue possible grâce à une précision de positionnement horizontal RTK de 1 cm + 1 ppm, une précision de positionnement vertical RTK de 1,5 cm + 1 ppm et une précision horizontale absolue maximale de 5 cm des modèles photogrammétriques. Combiné à une puissante charge utile de caméra de photogrammétrie, comme la Zenmuse P1 , vous disposez d’une configuration idéale pour les géomètres.

Bien sûr, même le meilleur drone est limité par le logiciel de cartographie que vous utilisez avec lui. Des solutions puissantes telles que DJI Terra aident à convertir vos photos en orthomosaïques 2D et modèles 3D exploitables.

Pour en savoir plus sur le drone DJI et les charges utiles qui conviennent à votre organisation, consultez notre guide des acheteurs d’arpentage . Si vous souhaitez lire le rapport complet avec la méthodologie de test détaillée et les résultats de précision, accédez-y gratuitement ici .

Sources:

https://www.gisresources.com/common-business-uses-photogrammetry/

https://www.nrcresearchpress.com/doi/full/10.1139/juvs-2018-0030?src=recsys&#.XmHk-6gzY5v

Nous espérons que vous avez apprécié notre article de blog.

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