Comment fonctionne la cartographie par drone
Du plan de vol au fichier que votre ingénieur ouvre dans Civil 3D : ce qui se passe à chaque étape, ce qui détermine la précision et ce qu'il faut demander avant de commander une carte.
Des milliers de photos qui se chevauchent, un seul modèle mesuré
Une carte par drone n'est pas une seule photo. Ce sont des centaines ou des milliers de photos prises selon une grille, chacune chevauchant ses voisines, avec la position de la caméra enregistrée pour chaque image. Le logiciel de photogrammétrie repère les mêmes points au sol dans de nombreuses photos, calcule où se trouvait la caméra pour chacune et triangule la position 3D de millions de points. À partir de ce nuage de points, il construit une surface et, à partir de la surface, il produit une image du site redressée et à l'échelle réelle, appelée orthomosaïque.
Le LiDAR fonctionne différemment. Le drone transporte un lecteur laser qui émet des centaines de milliers d'impulsions par seconde et mesure le temps que met chacune à revenir. Combiné à un système précis de positionnement et d'orientation, chaque retour devient un point 3D. Comme certaines impulsions se glissent entre les feuilles et les branches, le LiDAR peut mesurer le sol sous la végétation là où la photogrammétrie ne voit que la canopée. Voir LiDAR pour savoir quand il en vaut la peine.
Les deux méthodes aboutissent au même résultat : des données mesurées dans un vrai système de coordonnées, qu'un arpenteur-géomètre, un ingénieur, un estimateur ou un urbaniste peut utiliser dans son propre logiciel. La qualité de ces données se décide surtout avant que le drone quitte le sol.
Les usages sont vastes : volumes de stocks dans les carrières et les cours, suivi de chantier mensuel, terrassement, déblai et remblai par rapport à une conception, contexte préachat et de rezonage pour l'aménagement de terrains, et plans conformes à l'exécution à la livraison. Chaque usage demande quelque chose de différent au vol. Un volume exige une surface de base constante d'un mois à l'autre. Un suivi de chantier exige le même plan de vol et le même contrôle à chaque visite, pour que la comparaison soit juste. Une surface de conception exige un modèle de sol nu dans le référentiel de l'ingénieur. Décidez de ce que vous achetez avant que quiconque planifie le vol.
Sept étapes, de la commande au livrable
1. Définir l'objectif
Une vue d'ensemble pour le marketing, un volume de stock, une surface topographique pour la conception et un suivi de chantier mensuel exigent tous une précision, une résolution et des livrables différents. Écrivez quelle décision la carte appuie et quel logiciel l'ouvrira. Cette seule phrase guide chaque paramètre qui suit.
2. Convenir du système de coordonnées
La carte doit s'aligner sur le relevé, la conception et les limites de propriété. Au Canada, cela signifie habituellement NAD83(SCRS) avec une projection UTM ou provinciale et des hauteurs CGVD2013; aux États-Unis, NAD83(2011) avec une zone State Plane et NAVD88. Obtenez par écrit de l'arpenteur-géomètre ou de l'ingénieur le référentiel horizontal, la projection, le référentiel vertical et les unités. Un mauvais référentiel est la raison la plus fréquente pour laquelle une bonne carte est inutilisable.
3. Planifier le vol
Le télépilote fixe l'altitude (qui détermine la résolution), le recouvrement, les lignes de vol, l'angle de la caméra et la vitesse dans le logiciel de planification, puis vérifie le plan par rapport à l'espace aérien, aux obstacles, au terrain et à l'endroit de décollage. Les structures élevées et les terrains escarpés exigent un suivi de terrain ou des passages obliques supplémentaires.
4. Établir le contrôle au sol
Un arpenteur-géomètre ou l'équipe place et mesure des points de contrôle au sol (GCP) et des points de vérification distincts avec un GNSS de qualité arpentage. Les GCP rattachent le modèle au système de coordonnées; les points de vérification sont mis de côté pour le tester.
5. Voler et vérifier sur place
L'équipe effectue la mission, puis vérifie le nombre d'images, la netteté, l'exposition et les journaux GNSS avant de partir. Un nouveau vol le jour même coûte quelques minutes. Un nouveau vol la semaine suivante coûte une remobilisation.
6. Traiter
Les images sont alignées, rattachées au contrôle, densifiées en nuage de points, puis transformées en surfaces et en orthomosaïque. Les points au sol sont séparés des bâtiments, de l'équipement et de la végétation par classification pour produire un modèle de terrain de sol nu. DroneLink effectue le traitement à l'interne.
7. Contrôler la qualité et livrer
Les erreurs aux points de vérification sont mesurées et déclarées, les produits sont examinés pour repérer les trous, le flou et les artefacts, et les fichiers sont exportés dans les formats que lit votre logiciel. Les livrables arrivent par lien dans le dossier de projet DroneLink, avec tous les vols regroupés.
Les paramètres de planification et ce qu'ils contrôlent
| Paramètre | Ce que cela signifie | Pratique courante de l'industrie | Ce que cela change |
|---|---|---|---|
| Distance d'échantillonnage au sol (GSD) | La taille au sol d'un pixel de l'image | Environ 1 à 3 cm par pixel pour les travaux de construction et de topographie; plus grossière pour les grandes zones rurales | Le détail, et la limite inférieure de la précision. Une altitude plus basse donne une GSD plus fine et plus de photos |
| Recouvrement longitudinal | Le chevauchement entre les photos le long d'une ligne de vol | Environ 75 à 80 % | Une mise en correspondance fiable; plus de recouvrement pour les arbres, l'eau et les surfaces uniformes |
| Recouvrement latéral | Le chevauchement entre les lignes de vol voisines | Environ 65 à 75 % | Une couverture sans trous; plus de temps de vol |
| Angle de la caméra | Nadir (vers le bas) ou oblique | Nadir pour les orthos; ajouter des passages obliques pour les façades et les modèles 3D | La qualité des surfaces verticales |
| Contrôle au sol | Des cibles mesurées au sol | Plusieurs GCP répartis sur le périmètre et au centre, plus des points de vérification indépendants | La précision absolue et sa preuve |
| Positionnement | Comment les positions de la caméra sont connues | GNSS autonome, RTK ou PPK | La quantité de contrôle au sol nécessaire |
| Obturateur et vitesse | Le temps d'exposition par rapport à la vitesse sol | Assez rapide pour que le flou de bougé reste sous un pixel | La netteté |
GCP, RTK et PPK : comment la carte se retrouve au bon endroit
Il existe deux types de précision. La précision relative indique à quel point les distances et les formes à l'intérieur de la carte sont bien mesurées. La précision absolue indique à quel point la carte est bien positionnée sur les coordonnées réelles. Une carte peut mesurer parfaitement un stock et se trouver quand même à un mètre de l'endroit indiqué par la conception.
Le GNSS ordinaire d'un drone connaît sa position à quelques mètres près. Sans contrôle au sol, toute la carte peut se décaler ou s'incliner d'autant. Selon les connaissances générales de l'industrie, les travaux effectués avec un positionnement RTK ou PPK et vérifiés par rapport au contrôle au sol se situent généralement à quelques centimètres près; les travaux sans l'un ni l'autre se situent généralement entre quelques décimètres et quelques mètres.
Le RTK (cinématique en temps réel) corrige la position du drone pendant le vol à partir d'une station de base ou d'un réseau de corrections. Il dépend d'une liaison radio ou cellulaire stable. Le PPK (cinématique post-traitée) enregistre les données GNSS brutes sur le drone et sur une base, et corrige les positions après le vol. Il n'a pas besoin de liaison en direct, ce qui convient aux sites éloignés. L'un comme l'autre réduit le nombre de GCP nécessaires. Aucun des deux n'élimine le besoin de points de vérification, car sans eux personne ne peut prouver la précision.
La précision verticale est habituellement moins bonne que la précision horizontale, et elle se dégrade sur la végétation, l'eau, les toits brillants et les surfaces sombres et uniformes. Pour tout usage de qualité arpentage, un arpenteur-géomètre titulaire d'un permis devrait établir le contrôle, fixer la norme selon laquelle la carte est testée et approuver le résultat. Le drone est un instrument de mesure dans le processus de l'arpenteur-géomètre, pas un substitut. Pour en savoir plus, voir précision.
Ce que vous recevez et ce qui l'ouvre
| Livrable | Ce que c'est | Format courant | S'ouvre dans |
|---|---|---|---|
| Orthomosaïque | Une image aérienne redressée et mesurable | GeoTIFF, JPG avec fichier de géoréférence, ECW | GIS, CAD, Google Earth (en KMZ) |
| Modèle numérique de surface (MNS) | Les hauteurs du dessus de tout : toits, arbres, équipement | GeoTIFF | GIS, conception civile |
| Modèle numérique de terrain (MNT) | Les hauteurs du sol nu, objets retirés | GeoTIFF, surface LandXML | Civil 3D, GIS |
| Courbes de niveau | Des lignes d'égale élévation à un intervalle établi | DXF, DWG, SHP | AutoCAD, Civil 3D, ArcGIS, QGIS |
| Nuage de points | Des millions de points 3D, souvent classifiés | LAS, LAZ | CAD, GIS, visionneuses de nuages de points |
| Maillage 3D | Un modèle 3D texturé du site ou du bâtiment | OBJ, FBX, 3D Tiles | Logiciels 3D, BIM, visualisation |
| Rapport de volumes | Les quantités de stocks ou de déblai et remblai, avec la méthode et la surface de base | PDF, CSV | Tout le monde |
| Rapport de précision | Les erreurs aux points de vérification et le sommaire du traitement | Arpenteur-géomètre, ingénieur, auditeur |
Pourquoi les cartes par drone échouent, et comment l'éviter
La carte ne s'aligne pas sur la conception
Mauvais référentiel, projection, géoïde ou unités. Tout semble correct jusqu'à ce que l'ingénieur superpose la carte.
Personne ne peut dire quelle est sa précision
Aucun point de vérification n'a été mesuré; la précision n'est donc qu'une supposition.
Des volumes qui changent d'un relevé à l'autre
Des surfaces de base différentes, des lignes de pied différentes, des méthodes différentes d'un mois à l'autre.
Des trous et des bords fondus
Trop peu de recouvrement, des ombres qui bougent, des arbres, de l'eau ou de la végétation agitée par le vent.
Des fichiers perdus dans les fils de courriels
La firme d'arpentage a une version, le bureau de chantier une autre, l'architecte une troisième.
Qui a besoin de quoi d'un vol de cartographie
Arpenteur-géomètre
- Ce qu'il leur faut de vous
- Les données brutes, les coordonnées de contrôle et le rapport de traitement
- Ce qu'il vous faut d'eux
- Le système de coordonnées, le contrôle et l'approbation
- Sur le dossier DroneLink
- Contrôle et points de vérification convenus avant le vol; rapports dans le dossier de projet
Ingénieur civil
- Ce qu'il leur faut de vous
- Une surface de sol nu dans son logiciel de conception
- Ce qu'il vous faut d'eux
- La surface de conception pour la comparaison déblai-remblai
- Sur le dossier DroneLink
- MNT et courbes de niveau en DXF ou LandXML, dans le même référentiel que la conception
Surintendant de chantier
- Ce qu'il leur faut de vous
- Les conditions et les quantités actuelles cette semaine
- Ce qu'il vous faut d'eux
- L'accès au site, une zone de décollage sécuritaire, l'horaire des grues et des camions de transport
- Sur le dossier DroneLink
- Des vols planifiés consignés par date dans un seul dossier
Architecte ou studio de visualisation
- Ce qu'il leur faut de vous
- Le contexte : terrain, bâtiments voisins, vues
- Ce qu'il vous faut d'eux
- L'origine des coordonnées et le format du modèle
- Sur le dossier DroneLink
- Maillage et ortho exportés vers ses outils; voir BDM3d Studios pour des rendus dans le contexte réel du site
Questions
Quelle est la précision de la cartographie par drone?
Cela dépend de la méthode. Selon la pratique générale de l'industrie, un positionnement RTK ou PPK vérifié par rapport au contrôle au sol donne généralement quelques centimètres; sans l'un ni l'autre, les erreurs se situent généralement entre quelques décimètres et quelques mètres. La précision verticale est habituellement moins bonne que la précision horizontale, et seuls des points de vérification peuvent la prouver.
Qu'est-ce que la distance d'échantillonnage au sol?
La GSD est la taille d'un pixel de l'image au sol, par exemple 2 cm. Voler plus bas donne une GSD plus fine et plus de détails, mais exige plus de photos et plus de temps de vol.
Ai-je encore besoin de points de contrôle au sol avec un drone RTK?
Il en faut moins, et parfois aucun pour un travail relatif, mais il faut toujours des points de vérification indépendants pour prouver la précision absolue. Pour un travail de qualité arpentage, l'arpenteur-géomètre voudra habituellement aussi du contrôle.
Quelle est la différence entre un MNS et un MNT?
Un MNS comprend le dessus de tout ce que voit la caméra : bâtiments, arbres, véhicules. Un MNT est le sol nu, sans ces éléments, et c'est ce que les ingénieurs utilisent pour la conception et le déblai-remblai.
La photogrammétrie par drone peut-elle voir à travers les arbres?
Non. La photogrammétrie mesure ce que voit la caméra, c'est-à-dire la canopée. Le LiDAR peut souvent atteindre le sol par les trouées dans la végétation, ce qui explique son usage sur les sites boisés et envahis par la végétation.
Dans quels formats de fichiers les cartes par drone sont-elles livrées?
Les orthomosaïques en GeoTIFF, les nuages de points en LAS ou LAZ, les surfaces en GeoTIFF ou LandXML, les courbes de niveau en DXF ou DWG, les maillages en OBJ et les rapports en PDF. Ils s'ouvrent dans AutoCAD, Civil 3D, ArcGIS, QGIS et Google Earth.
Combien de temps faut-il pour traiter une carte par drone?
Le temps de traitement augmente avec le nombre d'images et les livrables. Un petit site peut être traité en quelques heures; les grands sites avec nuages de points et classification prennent plus de temps. Demandez l'échéancier au moment de la commande.
Une carte par drone est-elle un levé officiel?
Non. Une carte par drone peut faire partie du travail d'un arpenteur-géomètre, mais un levé officiel des limites doit être effectué et signé par un arpenteur-géomètre titulaire d'un permis, en vertu des lois provinciales ou des États.
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