Photogrammétrie vs. LiDAR pour la cartographie aérienne
Dans le monde de l'arpentage, il existe plusieurs techniques de collecte de données. La technologie que vous utilisez dépend fortement de l'usage que vous ferez de ces données. En matière de cartographie aérienne, deux technologies se distinguent comme les plus utilisées et souvent les plus efficaces : la photogrammétrie et le LiDAR.
Supposons donc que vous ayez un projet de cartographie par drone à venir et que vous vous demandiez laquelle de ces techniques est la meilleure à utiliser. Vous êtes au bon endroit, car nous allons analyser ce que chaque méthode fait et à quoi elle est le mieux adaptée.
Qu'est-ce que la photogrammétrie ?
La photogrammétrie désigne l'activité consistant à prendre plusieurs photographies sous différents angles et avec des chevauchements variés, puis à utiliser un logiciel spécialisé pour construire des cartes 2D, des orthomosaïques, des modèles 3D et des MNT (modèles numériques de terrain), entre autres. La photogrammétrie est pratiquée depuis longtemps avec des aéronefs pilotés, mais l'invention des systèmes UAS l'a rendue encore plus accessible aux industries qui ne pouvaient pas se le permettre auparavant.
Qu'est-ce que le LiDAR ?
LiDAR signifie Light Detection and Ranging (détection et télémétrie par la lumière), une technologie qui repose sur des faisceaux laser pour mesurer les distances. Une charge utile LiDAR est fixée à un système d'aéronef, et les miroirs oscillants envoient des faisceaux laser vers l'objet à capturer à des intervalles spécifiques.
Ce système mesure ensuite la distance parcourue par le faisceau une fois qu'il est réfléchi par l'objet. Le LiDAR génère des nuages de points qui forment la forme exacte de l'objet capturé. Cependant, le LiDAR ne fonctionne pas seul. Pour qu'il soit efficace, des systèmes GPS ou GNSS doivent être en place, ainsi qu'une IMU (Inertia Measurement Unit) précise.
Photogrammétrie vs. LiDAR : Quelles sont les différences ?
Maintenant que nous savons comment fonctionnent ces deux technologies, comparons-les en fonction des facteurs à prendre en compte lors du choix d'une méthode de cartographie aérienne.
Précision
Généralement, les données LiDAR sont plus précises que celles de la photogrammétrie, et la différence provient de la manière dont les données sont collectées. Pour la photogrammétrie, nous nous appuyons sur des caméras pour prendre les photos. Cependant, il est possible de collecter des données imprécises dans des conditions nuageuses, un éclairage faible ou des zones avec une végétation très dense.
La charge utile utilisée affecte également la précision des données collectées. Les charges utiles professionnelles avec obturateurs mécaniques, telles que celles du DJI Mavic 3 Enterprise, seraient un excellent point de départ si vous souhaitez des données de photogrammétrie précises. Bien que vous puissiez utiliser des systèmes PPK et RTK pour améliorer la précision des données de photogrammétrie, les facteurs mentionnés précédemment s'appliquent toujours.
D'autre part, comme le LiDAR repose sur l'envoi d'impulsions, les données que vous en obtenez ont tendance à être plus précises. C'est parce que ces impulsions traverseront les nuages et même la végétation dense. Cependant, ces impulsions ne traversent pas les objets solides, donc si la lumière ne peut pas passer, les systèmes LiDAR ne seront pas efficaces.
Couverture
La surface que chacun de ces systèmes peut couvrir dépend de la plateforme que vous utilisez. Dans certains cas, la photogrammétrie peut couvrir plus de terrain, surtout lorsque vous utilisez des drones à voilure fixe, VTOL ou eVTOL qui peuvent voler à des altitudes plus élevées et plus longtemps. Vous pourriez couvrir encore plus de terrain avec le LiDAR en volant à des altitudes plus élevées, car le LiDAR a parfois un champ de vision plus large, mais vous pourriez compromettre la qualité des données collectées.
Pour la plus grande précision des données LiDAR, il est conseillé de voler lentement et à des altitudes plus basses, couvrant moins de terrain à la fois. De plus, vous devez également tenir compte de la zone dans laquelle vous volez. En Europe, par exemple, la hauteur maximale de vol dans la catégorie ouverte est de 120 meters ; voler plus haut nécessitera une licence ou une approbation spéciale.
Pour couvrir plus de terrain avec les deux techniques, vous pourriez utiliser plusieurs drones avec une planification de flotte appropriée afin de ne pas vous heurter. À l'avenir, les essaims de drones pourraient devenir la norme, où vous pourrez contrôler plusieurs drones pour la cartographie ou toute autre activité à partir d'un seul centre.
Facilité d'utilisation
La photogrammétrie offre une expérience utilisateur plus simplifiée. Tant que vous disposez du bon capteur et que vous suivez les étapes appropriées pour préparer et collecter les données, des logiciels comme Agisoft, Pix4D ou DroneDeploy traiteront les données pour vous et vous fourniront des livrables utilisables. D'autre part, le LiDAR est plus complexe et nécessite plus d'expertise pour être géré.
Livrables
Les livrables que vous obtenez peuvent également aider à déterminer la technique à utiliser. Avec la photogrammétrie, vous pouvez obtenir des orthomosaïques claires et des modèles 3D, ce qui la rend idéale pour présenter des caractéristiques externes telles que des bâtiments ou des zones sinistrées. Le LiDAR produit des nuages de points denses qui montrent les objets capturés. Bien que vous puissiez les coloriser pour mieux les comprendre, le résultat peut être d'une résolution inférieure à celle de la photogrammétrie. Cependant, ces nuages de points sont très efficaces pour représenter le terrain ou montrer la surface réelle de l'objet.
Vitesse de traitement
Le traitement des données de photogrammétrie prend parfois beaucoup de temps, surtout lorsqu'il est effectué sur un PC de bureau. Le traitement de 100 acres (40.5ha) avec un PC de 8 GB RAM 1 TB ROM prend une semaine. Le même traitement avec 64 GB RAM ne prend que quelques heures. Vous avez besoin d'une puissance de traitement élevée pour obtenir les résultats en quelques heures. D'autre part, le LiDAR est plus rapide car vous pouvez obtenir le nuage de points 3D dès que le drone atterrit pour les petits projets, bien que les grands projets puissent prendre un certain temps à traiter.
Coût
Bien qu'il ait été possible de fabriquer des charges utiles plus petites à utiliser sur des drones, ces systèmes restent assez chers. Si vous recherchez un moyen moins coûteux de collecter des données, la photogrammétrie est relativement moins chère que le LiDAR. Tant que le drone que vous possédez est équipé d'une caméra, il est possible de l'utiliser pour la photogrammétrie. Cependant, le travail professionnel nécessite des capteurs de haute qualité qui ne sont pas bon marché, mais restent plus abordables que le LiDAR.
Applications
En fonction de leur fonctionnement, de leurs forces et de leurs faiblesses, voici les meilleures applications pour chacun :
– Photogrammétrie – La photogrammétrie est la plus efficace pour créer des orthomosaïques 2D, des MNT et des modèles 3D de zones avec peu ou pas de végétation ou de tout ce qui pourrait bloquer la caméra. Cette technique sera parfaite si vous souhaitez visualiser un projet architectural ou surveiller les changements de végétation.
– LiDAR – Grâce à sa capacité à pénétrer la végétation, le LiDAR est le plus efficace pour la gestion forestière, la cartographie de la végétation, la cartographie des terrains, la cartographie des infrastructures et l'inspection d'actifs tels que les routes, les pylônes de téléphonie mobile et les couloirs de services publics.
Avancées technologiques
Depuis que l'homme a pu prendre son envol avec des avions, diverses industries ont réfléchi à la manière dont les systèmes d'aéronefs pourraient les aider. L'une de ces industries est celle de l'arpentage.
En avançant rapidement jusqu'à l'introduction des drones, les ingénieurs ont réussi à rendre les charges utiles de photogrammétrie et de LiDAR suffisamment petites pour être montées sur des drones. La technologie qui n'était autrefois utilisée que dans le domaine militaire est désormais accessible aux utilisateurs professionnels et grand public. D'autres avancées technologiques, telles que l'IA et la 5G, permettent d'automatiser le flux de travail de cartographie et de traitement, minimisant le temps tout en améliorant la précision.
Grâce à l'apprentissage automatique, il est possible d'entraîner un modèle à détecter certains objets sur une carte ou dans un flux en direct, tels que des bâtiments, des personnes ou des animaux. Cela fonctionne bien pour la surveillance, l'agriculture de précision, le suivi, la détection des changements de formes de terrain ou la création d'une présentation numérisée plus compréhensible des données générées par le processus de cartographie aérienne.
Des services comme One3D.ai vous permettent de collecter et de télécharger des images vers le cloud pour un traitement en temps réel, ce qui est encore plus efficace avec la 5G. Outre la collecte de données, le LiDAR est également utilisé dans les systèmes UAS pour détecter et éviter les obstacles, et il fonctionne mieux que les systèmes basés sur l'infrarouge.
Réflexions finales
Et voilà. La photogrammétrie et le LiDAR ont tous deux leurs avantages et leurs inconvénients. Votre choix doit dépendre du projet, de la zone que vous allez cartographier, des livrables souhaités et de votre budget. Si possible, vous pouvez les combiner car ils offrent tous deux des informations uniques.
