La photogrammétrie par drone est-elle une alternative aux techniques classiques de topographie terrestre?

Les recherches montrent que les drones peuvent concurrencer de manière précise, fiable et économique les méthodes traditionnelles de cartographie terrestre

By Ishveena Singh Ishveena Singh
mars 15, 2021

L'arpentage terrestre est à la fois difficile et complexe. Traditionnellement, les professionnels de l'arpentage s'appuient sur des outils tels que les stations totales, les récepteurs GPS et les scanners laser au sol pour acquérir des données spatiales à haute résolution sur la topographie de la surface terrestre. Mais avec les progrès continus des technologies aériennes sans pilote au cours des dernières années, les drones sont devenus un outil d'arpentage et de cartographie de premier plan.

La cartographie par drones utilise une technique appelée photogrammétrie pour générer des modèles 3D précis et réels à partir d'images 2D. En combinant et en traitant plusieurs images aériennes géoréférencées, les techniques photogrammétriques sont utilisées pour générer des sorties telles que des nuages de points 3D, des modèles de trame numérique d'élévation et des orthomosaïques.

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L'un des principaux avantages de la cartographie photogrammétrique par drones est qu'elle permet aux géomètres d'accomplir plus en moins de temps. Des travaux de topographie qui prendraient normalement des semaines à réaliser peuvent être achevés en quelques jours avec des drones. Ainsi, l'utilisation de drones peut s'avérer nettement moins coûteuse pour de nombreux projets.

Et comme les drones peuvent être déployés rapidement, presque partout, leur utilisation élimine la nécessité d'envoyer des équipes de topographes dans des zones dangereuses, comme les toits, les corniches, les routes, les sols instables et les talus abrupts. Même les éléments inaccessibles, tels que les tours de téléphonie mobile et les cimes d'arbres, peuvent être facilement cartographiés grâce aux drones.

Mais si l'on met de côté les nombreux avantages de la photogrammétrie par drone, la topographie est un travail qui exige un haut degré de précision. Or, les précisions obtenues par les drones ne sont généralement pas à la hauteur de leur potentiel théorique.

Les drones peuvent-ils donc être considérés comme des outils efficaces pour la surveillance terrestre ?

Oui, affirme un rapport publié dans le Journal of Unmanned Vehicle Systems (décembre 2019). Grâce à un matériel sans pilote de pointe et à un traitement consciencieux des données, la cartographie des drones est suffisamment précise pour compléter ou remplacer les méthodes de surveillance terrestre dans de nombreuses applications, affirment les chercheurs.

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Pour étayer leur hypothèse, les 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 GNSS PPK de haute précision et d'une caméra Zenmuse X4S. Le site contenait à la fois des surfaces lisses que les données du drone sont connues pour bien modéliser (parkings, champs et toits) ainsi que des caractéristiques plus difficiles à modéliser avec la photogrammétrie aérienne (murs, fils aériens et le sol sous la végétation). Les chercheurs ont utilisé des données provenant de couples d'images stéréo pour compléter les éléments manquants ou déformés.

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

La collecte des données aériennes a été réalisée en une demi-journée de travail sur le terrain et un autre jour et demi de travail de traitement. Les relevés et le traitement des données classiques ont pris trois jours.
Avec une erreur quadratique moyenne verticale (RMSE) de seulement 2 cm, la cartographie par drone s'est avérée cohérente et suffisamment précise pour être utilisée pour de nombreuses applications typiques de la topographie terrestre. Les chercheurs ont également observé que la précision s'améliorait lorsque le drone volait à une altitude plus basse (bien que les rendements diminuent). S'il s'était agi d'un projet d’arpentage terrestre typique, l'utilisation de drones aurait permis de gagner 33 % de temps et 58 % de coûts.

Les chercheurs ont ensuite étudié la viabilité économique de la cartographie par drone en effectuant un relevé sur le toit d'une installation de panneaux solaires. L'équipe a recueilli des données aériennes sur les toits de trois épiceries, d'une superficie comprise entre trois et sept acres, en une seule journée. Sans envoyer aucun travailleur sur le toit, toutes les caractéristiques ont été extraites en stéréo, y compris les conduites de gaz, les évents de toit, les unités de CVC, les puits de lumière et les panneaux électriques. Alors qu'un levé terrestre conventionnel aurait pris 12 jours entre le lancement du projet et la livraison finale, le « vol à la livraison » n'a pris que 7 jours, ce qui a permis de réaliser 58 % d'économies et 41 % de gain de temps.
Dans un autre exemple, l'équipe a collecté des données aériennes pour un relevé topographique-planimétrique complet d'un terrain de golf de 260 acres en une journée. Si des méthodes classiques avaient été déployées, trois équipes de terrain auraient mis 30 jours pour collecter ces données, ce qui aurait entraîné un temps d'arrêt important du parcours. En effet, certaines zones fortement végétalisées du parcours nécessitaient un levé conventionnel, mais le drone a pu cartographier de nombreux endroits semi-obscurs par compilation stéréo en sélectionnant un modèle stéréo approprié. L'ensemble du site a été cartographié en 15 jours, avec 75 % d’économies et 50 % de gain de temps.

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Si vous souhaitez lire le rapport complet avec la méthodologie détaillée des tests et les résultats de précision, accédez gratuitement ici.

En résumé, les drones sont devenus aujourd'hui un complément extrêmement précieux dans la boîte à outils d'un géomètre et complètent ou remplacent de plus en plus les méthodes d'étude terrestre pour de nombreuses applications. Un drone de cartographie de nouvelle génération, tel que le DJI Phantom 4 RTK, permet déjà aux géomètres d'obtenir des données au centimètre près tout en nécessitant moins de points de contrôle. Et grâce à un logiciel de cartographie puissant comme le DJI Terra, qui permet de réaliser des orthomosaïques 2D et des modèles 3D avec une précision absolue accrue, les professionnels de l'arpentage sont en mesure d'obtenir la qualité de sortie souhaitée pour les projets critiques.

 

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Tags: Construction et arpentage

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