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Drones d’arpentage ou stations totales : Pour quel type de projet d’arpentage les drones sont-ils idéaux ?

Pourquoi les drones deviennent des outils incontournables pour les professionnels de l’arpentage et quel est le drone idéal pour débuter dans ce domaine ?

 

La précision et la fiabilité étant essentielles pour les professionnels de l’arpentage, il est compréhensible que beaucoup aient hésité à adopter la technologie des drones. Les méthodes traditionnelles fonctionnent et, comme le dit le vieil adage, si ce n’est pas cassé, il ne faut pas le réparer.

Mais ce scepticisme est dû à des idées fausses. De nombreux projets d’arpentage peuvent être menés à bien avec la précision offerte par les drones. Et bien qu’il y ait un compromis de précision dans certains cas, il y a d’énormes économies de coûts, de temps et de sécurité à faire en intégrant les drones dans les flux de travail traditionnels.

Les drones sont devenus des outils de transformation dans toute une série d’industries. L’arpentage n’est pas différent, mais les méthodes traditionnelles auront toujours leur place. En effet, dans certains cas, elles représentent la seule solution possible.

 

 

1. Pourquoi les géomètres traditionnels passent-ils aux drones ?

Le temps, les économies et les améliorations de la sécurité sont les principaux avantages que les drones apportent à de nombreux secteurs. Ces trois avantages ont déjà un impact sur le travail des géomètres.

Certaines entreprises dans le transport ferroviaire ont comparé différentes méthodes lors du relevé d’un tronçon de voie ferrée, elles ont découvert que le DJI Matrice 300 RTK et la charge utile Zenmuse P1 se combinaient pour réduire de deux heures le temps de préparation de l’opération. En effet, le module RTK intégré et le capteur plein format du Zenmuse P1 ont fourni suffisamment de métadonnées pour réduire à zéro le nombre de points de contrôle au sol (GCP) nécessaires.

Dans le cas de ces entreprises, les levés précédents, précis à 3 cm près, nécessitaient 40 GCP par kilomètre carré. Il fallait également déployer un tachéomètre, ce qui prenait beaucoup de temps.

En plus de prendre des heures précieuses, ces méthodes impliquent la manipulation physique d’équipements sur et à proximité de la voie ferrée. C’est un lieu de travail à la fois dangereux et complexe. L’introduction des drones dans l’équation a permis de réduire le nombre d’heures passées sur le site, d’automatiser les processus et de réduire les risques pour les géomètres, sans pour autant sacrifier la précision requise. En fait, le Zenmuse P1 a excellé malgré des conditions de faible luminosité.

 

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En réduisant le nombre de GCP nécessaires aux missions de topographie, les drones sophistiqués peuvent faire gagner un temps considérable aux géomètres. Mais c’est sans doute dans les zones inaccessibles ou dangereuses que la technologie prend tout son sens. Les voies ferrées ne sont qu’un exemple d’environnement de travail qui convient bien mieux aux machines autonomes.

Le dernier point à noter est la profondeur des données qu’il est possible d’obtenir avec les drones. Bien qu’ils ne nécessitent qu’une fraction de la main-d’œuvre, il est possible d’obtenir un nuage de points avec des millions de points de données et, dans de nombreux cas, plus de détails, dans un délai d’exécution raisonnable. Pour obtenir le même résultat avec des méthodes classiques, il faudrait beaucoup plus de temps, d’instruments et de coûts.

 

2. Quels types de projets d’arpentage sont idéaux pour les drones et les outils d’arpentage traditionnels ?

Malgré les avantages qu’offrent les drones par rapport aux méthodes d’arpentage traditionnelles, il existe des situations dans lesquelles les anciennes méthodes restent une partie importante de l’équation.

La première chose à prendre en compte est le degré et le type de précision que votre projet requiert.

C’est ici que la différence entre la précision relative et la précision absolue est importante. Pour de nombreuses applications, la précision relative – la précision de l’emplacement des objets les uns par rapport aux autres – est tout ce qui compte. Le résultat de ces projets peut être des modèles reconstruits tels que des nuages de points 3D ou des cartes en orthomosaïque. Lorsque la position réelle des objets sur la Terre est un facteur important de l’équation, il est nécessaire de recourir à un processus de levé qui offre une précision absolue.

Adopter une approche relative est un moyen simple d’évaluer avec précision les volumes, les distances et les variations de hauteur. Mais si ces données doivent être combinées avec d’autres couches d’information, ou si vous espérez développer une documentation photogrammétrique professionnelle, ces mesures devront être orientées géographiquement à l’aide de points de contrôle au sol et/ou soutenues par la technologie RTK (Real-Time Kinematic) des drones. La technologie RTK est une solution de correction GPS intégrée aux drones qui fonctionne avec une station au sol pour géolocaliser avec précision les images avec des informations GPS au fur et à mesure qu’elles sont capturées.

En règle générale, les projets nécessitant une précision de 2 cm devront être complétés par des méthodes traditionnelles. Les drones atteignent systématiquement une précision de 5 cm et, selon les charges utiles et les paramètres de vol, jusqu’à environ 1 cm. Si votre projet exige une précision de 2, 1 ou même 1 millimètre, les outils traditionnels restent la meilleure option.

 

3. Projets d’arpentage idéaux pour les outils d’arpentage traditionnels

 

A. Projets d’arpentage à l’intérieur ou sous terre

En raison du signal GPS limité et des conditions de faible luminosité, les projets souterrains et intérieurs ne sont généralement pas bien adaptés aux drones. Pour explorer la géométrie des grottes et des structures internes, il est préférable d’utiliser des méthodes de levés tachéométriques ou, pour des résultats plus rapides et de meilleure résolution, des technologies de balayage laser terrestre (TLS).

Cela dit, certaines entreprises travaillent sur des solutions qui combinent des drones, des capacités de navigation à localisation et cartographie simultanées (SLAM) et des capteurs LiDAR pour cartographier des zones souterraines complexes. Les drones ne tarderont pas à jouer un rôle important dans le sous-sol, d’autant que les géomètres cherchent à fusionner des données provenant de différentes sources avec des flux de travail plus sophistiqués.

 

B. Projets d’arpentage comportant des objets obstruants

Les levés aériennes peuvent également être compliquées par la présence de bâtiments ou d’un feuillage dense. Ces problèmes sont aggravés lorsque les obstructions masquent les changements d’élévation. Le LiDAR peut fonctionner à travers un feuillage léger, mais les arbres denses bloqueront le sol et réduiront la précision du résultat final.

 

C. Les projets qui n’ont pas de date limite stricte

Le temps, c’est de l’argent. Et l’un des plus grands avantages des levés avec des drones est la réduction du temps nécessaire à la réalisation du travail. Cependant, tous les projets n’ont pas besoin d’être achevés hier, et tous les levés nécessitent de trouver un équilibre entre précision et temps de mission.

Les drones couvrent le terrain plus rapidement que les personnes et le bon matériel peut réduire considérablement le nombre de BPC nécessaires. Mais si vous êtes heureux de passer le temps supplémentaire nécessaire pour une précision accrue, vous pouvez continuer avec les méthodes traditionnelles.

 

4. Projets d’arpentage où les drones brillent

 

A. Zones inaccessibles

Certains environnements et infrastructures sont littéralement hors de portée des techniques de topographie traditionnelles. Mais lorsque des données doivent être collectées – en particulier à grande échelle – les drones sont la solution idéale. Les tours de téléphonie cellulaire, les fermes solaires et les cimes des arbres ne sont que quelques exemples de zones qui peuvent être cartographiées facilement à l’aide de drones.

 

B. Terrain dangereux

Ce n’est pas parce qu’une zone est à la portée des techniques d’arpentage au sol qu’il est sage ou sûr de le faire. Les endroits dangereux, notamment les toits, les corniches, les routes, les sols instables, les talus abrupts et, comme mentionné ci-dessus, les lignes de chemin de fer, sont tous des endroits dangereux pour travailler. Des solutions innovantes de drones permettent d’effectuer des tâches d’arpentage sans mettre en danger les équipes au sol.

 

C. Quand la profondeur des données compte

L’un des principaux avantages de l’arpentage aérien est la profondeur et la variété des résultats potentiels disponibles. Si vous effectuez une étude agricole, les capteurs multispectraux et les caméras haute définition peuvent recueillir les données dont vous avez besoin pour évaluer la santé des cultures et comprendre la situation dans ses moindres détails. Si vous effectuez une étude topologique avant un projet de construction, le LiDAR et la photogrammétrie permettent d’obtenir des nuages de points en 3D, des cartes en orthomosaïque et des modèles numériques de terrain à haute densité pour une vue d’ensemble complète. Si vous estimez des stocks et recherchez des mesures de volume précises qui ne soient pas entravées par des erreurs humaines, quelques clics de la caméra d’un drone peuvent vous permettre de recueillir les informations dont vous avez besoin sans mettre votre personnel en danger.

 

5. Pourquoi le Phantom 4 RTK est le parfait drone d’initiation à la topographie ?

 

DJI Phantom 4 RTK

 

Le choix du bon matériel pour les missions de topographie est essentiel pour un certain nombre de raisons.

Tout d’abord, la résolution spatiale, ou distance d’échantillonnage au sol (GSD), est un paramètre clé de toute enquête. Le détail capturé dans chaque pixel est un facteur de la résolution du capteur de votre drone, de la distance focale et de l’altitude à laquelle vous volez. Les deux premiers éléments dépendent clairement du matériel. Mais vous pourriez également faire valoir que l’altitude de relevé que vous avez choisie est le résultat d’autres facteurs matériels, tels que la durée et la vitesse de vol.

Le DJI Phantom 4 RTK est une solution complète prête à l’emploi, très performante, facile à utiliser et abordable. Il est équipé d’un capteur CMOS de 20 mégapixels d’un pouce. Son obturateur mécanique accélère l’acquisition des images avec une distorsion minimale par rapport aux modèles grand public. Un objectif grand angle avec une longueur focale de 24 mm permet d’obtenir des images claires et homogènes.

Un système de navigation et de positionnement au centimètre près prend en charge les méthodes de levés RTK et PPK. Le module RTK s’appuie sur les systèmes GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a et BeiDou B1 B2. Bien qu’une poignée de GCP par kilomètre carré soit toujours recommandée pour des résultats optimaux, les utilisateurs de la P4 RTK peuvent économiser au moins 75 % du temps d’installation des GCP. Le P4RTK s’appuie sur la technologie TimeSync pour coordonner sa caméra et son récepteur RTK, marquant chaque image avec des informations géospatiales précises. Les corrections sont également reçues de la station de base au sol, ce qui permet d’obtenir un haut degré de précision.

Le P4 RTK dispose également de batteries remplaçables à chaud, d’une autonomie de 30 minutes et d’une vitesse de pointe de plus de 50 km/h, ce qui permet aux géomètres de couvrir plus de terrain en moins de temps. Tout cela s’harmonise avec l’application DJI GS RTK et une télécommande dotée d’un moniteur intégré et de plusieurs modes de planification, dont la photogrammétrie (2D et 3D), le vol de points de cheminement, la connaissance du terrain et la segmentation de blocs.

Il s’agit d’une mise à niveau qui change la donne pour les géomètres qui utilisent actuellement des drones grand public pour des missions de cartographie.

 

6. Phantom 4 RTK sorties de données

Les levés effectués avec un Phantom 4 RTK ouvrent un monde de possibilités de données. Les résultats exacts dépendent de votre choix de logiciel, mais les résultats potentiels incluent :

 

A. Cartes orthomosaïques

Orthomosaïque

Chaque orthophoto capturée par le P4 RTK au cours d’un vol d’arpentage contient des informations géospatiales et est traitée et corrigée pour tenir compte de la perspective à partir de laquelle elle a été prise, de la distorsion potentielle de l’objectif, de l’inclinaison de la caméra et des variations topographiques.

L’un des résultats d’enquête les plus courants est une carte orthomorphique haute définition. En assemblant les images capturées par votre drone, vous pouvez fournir une vue d’ensemble d’une zone telle qu’elle est actuellement, ce qui facilite la planification, la prise de décision et le suivi de l’avancement du projet.

 

B. Modèles 3D de surface, de terrain et d’élévation

Modèle 3D du Bouddha de Leshan dans le Sichuan, en Chine.

 

Comme les images de drone P4 RTK comprennent des points de données en latitude, en longitude et en altitude, chaque pixel transporte des données en trois dimensions. Cela signifie que l’un des résultats les plus convaincants d’une enquête par drone est un modèle 3D.

Ces modèles réalistes et immersifs combinent des visuels haute définition avec des points de données géographiques précis. Le résultat est un outil navigable qui peut être utilisé pour la planification de projets, la prise de mesures précises et l’analyse de l’avancement des travaux.

Le meilleur exemple est le modèle numérique de surface, qui donne une impression de texture d’un site et constitue un outil d’exploration immédiatement reconnaissable. Les modèles numériques de terrain sont construits avec les mêmes données mais sont dépourvus de structures et d’objets artificiels. Comme le suggère le même terme, l’accent est mis sur le terrain. Enfin, les modèles numériques d’élévation vont encore plus loin, représentant la surface de la terre nue en supprimant les éléments naturels et artificiels. Les modèles numériques d’élévation sont utilisés pour le tracé des contours des cartes topographiques.

 

 

C. Levés volumétriques

Le P4 RTK peut recueillir les données requises pour les modèles volumétriques, qui peuvent être utilisés pour mesurer les stocks dans les industries minières et de la construction. Le verdict ? Le P4 RTK “est un outil d’enquête de haute précision”.

 

D. Les drones en action : Utilisation du P4 RTK pour cartographier les infrastructures de transport

Prenons l’exemple d’une entreprise qui exploite les transports publics dans la région de Rhein-Neckar en Allemagne. Les responsabilités de l’entreprise comprennent une ligne de tramway de 301 km et une ligne de bus de 827 km, qui sont utilisées par 370 000 passagers chaque jour. Dans le cadre d’une expérience menée avec les spécialistes de l’arpentage. Elle a comparé les performances du P4 RTK aux méthodes traditionnelles (stations totales) lors de l’arpentage d’un tronçon de voie ferrée.

La comparaison a consisté à survoler une section de la voie ferrée, à recueillir des images et à les traiter avant de prendre des mesures à partir du modèle 3D généré. Les résultats ont ensuite été évalués avec les modèles de mesure standard de l’entreprise.

Si l’on compare les sorties CAO de l’étude de la station totale avec les sorties CAO et les nuages de points du P4RTK, il est clair que le drone DJI a recueilli beaucoup plus de données. Les données aériennes permettent également d’obtenir des orthophotos qui peuvent être orientées et manipulées pour simplifier la planification du projet.

 

 

Ce niveau de détail est particulièrement utile lors du relevé des fondations d’un itinéraire planifié. À un niveau granulaire, l’entreprise allemande a comparé la précision des deux méthodes de mesure et a constaté que le P4RTK était précis à 1,5 cm près par rapport aux résultats de la station totale.

Les plus grands avantages de l’utilisation de drones pour cette tâche étaient sans doute d’ordre procédural. Au cours d’un projet d’arpentage traditionnel, les équipes sont obligées de travailler sur et autour des voies ferrées, qui sont fermées pour la durée du projet. La première chose que la boite a notée, c’est que les levés “sans contact” effectués depuis le ciel ont réduit les risques pour les équipes au sol et ont permis aux opérations de transport du service de métro léger de se poursuivre. En plus de réduire les retards sur le calendrier, les mesures habituellement limitées par la pression du temps – comme la hauteur de la voie – ont pu être recueillies facilement.

La profondeur des sorties générées par le P4 RTK présentait également des avantages. Avec une précision comparable, l’orientation des modèles 3D à partir d’une perspective aérienne a conduit à des données intuitives qui sont sans doute plus accessibles pour ceux qui sont à la recherche d’informations. Toutefois, l’équipe de la société allemande a souligné que certains points de données ne peuvent pas être capturés depuis le ciel, comme les zones sous un feuillage dense. C’est pourquoi les enquêtes combinant la photogrammétrie aérienne et les méthodes d’arpentage classiques pourraient avoir un rôle à jouer.

 

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