Relevés topographiques avec un drone : Quelle est la différence entre la photographie aérienne et la photogrammétrie ?

Pourquoi la photogrammétrie est-elle la technique appropriée pour les tâches de topographie ?

By DJI Enterprise DJI Enterprise
octobre 18, 2021

Même un débutant sait que les drones peuvent être utilisés pour prendre des photos. L’accessibilité de la photographie aérienne par drone a propulsé leur utilisation dans plusieurs secteurs et s’est traduit par des images incroyables. Mais la qualité est-elle suffisante pour votre prochaine tâche de cartographie ou de topographie ?

En réalité, les photographies aériennes en tant que telles ne sont pas suffisamment fiables pour fournir le type d’images numériques mesurables et sans perspective requises pour la topographie. C’est précisément là où la photogrammétrie entre en jeu. 

Qu’est-ce que la photographie aérienne ?

La photographie aérienne décrit les images photographiques prises avec un appareil dans les airs. Outre les véhicules aériens sans pilote (UAV), tels que les drones, les photographies aériennes peuvent être capturées à partir d’un avion ou d’un hélicoptère. Les images aériennes sont une des formes les plus courantes de détection à distance, soit la mesure des caractéristiques d’un lieu à distance, selon l’United States Geological Survey. 

Les images photographiques sont une façon très conviviale de partager des données et ont des applications pratiques dans de nombreux secteurs. Cependant, elles ne sont suffisamment précises que si elles sont intégrées à un modèle de photogrammétrie, et si tel n’est pas le cas, elles ne sont pas recommandées pour les tâches de topographie.

Les types de photographie aérienne

Même si la définition de photographie aérienne est large, on considère que ces images appartiennent à deux catégories : images verticales ou images obliques, selon EnvironmentalScience.org.

Vertial Photography
Photographie aérienne verticale

Les photographies aériennes verticales sont prises directement en surplomb de la cible. En raison de cette configuration, les photographies verticales ont une perspective limitée, ce qui peut compliquer les conclusions à en tirer. Les photographies verticales peuvent être également prises à des hauteurs bien plus élevées que les images obliques, simplifiant la comparaison des clichés de différentes zones pris à la même altitude. 

Les photographies obliques sont toutefois capturées manuellement selon un angle d’environ 45 degrés, variable selon le sujet. Parce qu’elles n’offrent pas de perspective plongeante, elles sont généralement prises à plus basse altitude, limitant leur utilisation dans les projets de topographie de grande envergure ; cela les rend cependant parfaites pour capturer des objets à la forme bien définie, impossibles à saisir par une image verticale. Certaines utilisations courantes incluent l’archéologie et les projets de sciences environnementales. 

Oblique Photography
Photographie aérienne oblique

Photographie aérienne et imagerie satellite

La photographie aérienne est également différente de l’imagerie satellite, même si les termes sont parfois utilisés de façon interchangeable. Les photographies aériennes peuvent être prises avec différents appareils dont les drones, à n’importe quelle altitude. Pour qu’une photographie soit considérée comme une image satellite, elle doit provenir d’un appareil en orbite autour de la Terre. En conséquence, les images satellites sont utilisées uniquement avec parcimonie dans le secteur privé et sont plus courantes pour la recherche scientifique et la surveillance météorologique. 

Alors que la photographie aérienne et l’imagerie satellite sont considérées comme des formes de détection à distance, les satellites, en orbite autour de la planète, ont plusieurs autres utilisations, notamment celle d’identifier les changements de température. Bien sûr, l’utilisation des images satellites est pratique mais limitée pour les projets axés sur une petite zone ou qui exigent une imagerie extrêmement détaillée. 

Satellite Imagery NYC
Imagerie satellite de la ville de New York

Les limites de la photographie aérienne

Les photographies aériennes sont depuis longtemps utilisées dans plusieurs domaines de recherche scientifique et leurs applications commerciales se sont généralisées avec les avancées technologiques, la baisse des prix des caméras et la qualité des véhicules aériens sans pilote. Cependant, les limites du support l’ont rendue peu pratique à des fins de topographie. 

Même si la photographie aérienne est formidable pour représenter visuellement une zone, le support ne fournit pas le type de précision requis pour tracer des coordonnées exactes, comme requis pour la topographie. Même avec une photographie aérienne verticale, les coordonnées peuvent être décalées ou déformées, selon Encyclopedia Britannica. Les photographies aériennes verticales ne fournissent pas non ’plus d’informations précises sur la topographie et la profondeur, ce qui rend les mesures non fiables et compliquées à analyser. Les images prises à l’exacte verticale rencontreront le même problème. Pour cette raison, une photographie aérienne n’est utile que si vous n’avez pas besoin de mesures spécifiques.

Pour créer des cartes topographiques exploitables, il convient d’y associer les méthodes proposées par la photogrammétrie, ou toute autre forme de détection de données, telle que l’imagerie LiDAR ou multispectrale. 

Aerial Photography
Photographie aérienne verticale

Photogrammetry
Orthomosaïque produite par photogrammétrie

Qu’est-ce que la photogrammétrie ?

Bien que la photographie aérienne puisse être utilisée pour prendre de jolies images aériennes et obtenir une vue générale d’une zone, elle manque de la précision nécessaire à la plupart des tâches de topographie et ne capture pas les reliefs. C’est précisément là où la photogrammétrie entre en jeu. 

Avec la photogrammétrie, plusieurs images d’un objet sont prises et utilisées pour créer des modèles numérisés 2D ou 3D haute résolution à partir desquels des mesures précises peuvent être déduites. Selon la portée du projet, pour un modèle créé avec la photogrammétrie, il faut compter entre une centaine et plusieurs milliers d’images distinctes. 

Photogrammetry example

Les principes de base de la photogrammétrie, tels que l’utilisation de plusieurs perspectives ou « champs de vision » pour placer les coordonnées, remontent à plus de 150 ans, selon GIS Lounge. Cependant, la modélisation est aujourd’hui plus accessible grâce à l’imagerie numérique et à la technologie aérienne telle que les drones. Avant l’arrivée de la photographie aérienne, les topographes utilisaient du matériel tel que des boussoles magnétiques, des baromètres, des tables à dessin et du ruban pour déterminer la topographie, selon Penn State University. 

Aujourd’hui, la photogrammétrie peut être réalisée avec divers appareils, parmi lesquels figurent les drones, les avions et les hélicoptères. Cependant, grâce aux avancées technologiques et à la baisse des prix, les drones se sont imposés comme matériel de choix pour de nombreux topographes. 

Les types de photogrammétrie aérienne

La photogrammétrie peut être généralement répartie en deux catégories : la photogrammétrie métrique et la photogrammétrie interprétative. La photogrammétrie métrique utilise les points de coordonnées afin de visualiser un objet avec des mesures quasi exactes. La photogrammétrie interprétative prend, quant à elle, une photographie et ajoute une topographie avec des indicateurs tels que les formes, les ombres et les schémas d’une image plutôt que des coordonnées. Si la photogrammétrie métrique est plus précise, la photogrammétrie interprétative suffit dans de nombreux cas. Cependant, pour les deux, un programme informatique est utilisé pour combiner les images et créer un modèle 3D précis. 

Utilisations de la photogrammétrie aérienne

Si la photogrammétrie offre des avantages, elle est nécessaire uniquement pour certaines tâches. Voici les applications les plus courantes, selon GIS Resources :

  • Ingénierie : La photogrammétrie par drone peut être utilisée pour créer des modèles 3D de bâtiments et installations.
  • Construction : La topographie par photogrammétrie peut révéler des informations concernant le terrain à construire, parmi d’autres applications.
  • Topographie du sol : Les topographes de différents secteurs comptent sur la photogrammétrie lorsque leurs clients ont besoin de comprendre la topographie d’un terrain.
  • Immobilier : Les agents immobiliers font appel aux drones pour créer des modèles 3D précis des maisons à vendre et proposer des visites virtuelles. Cette technique a pris de l’ampleur suite à la pandémie de COVID-19. 

DJI Terra Flight Planning

Enfin, la photogrammétrie aérienne est avantageuse pour les topographes, par rapport aux techniques terrestres, quel que soit leur secteur. La photogrammétrie aérienne procure davantage de données plus rapidement et permet aux topographes d’éviter les zones dangereuses tout en recueillant les informations dont ils ont besoin. Le résultat ? Des économies pour les entreprises. En outre, parce que la photogrammétrie repose sur des images numériques, elle peut être utilisée pour créer des modèles 3D réalistes, facilement identifiables et exploitables par de nombreuses parties prenantes. 

Photogrammétrie et imagerie LiDAR

Il est important de noter que la photogrammétrie est différente de la technologie LiDAR, une technologie de détection et de télémétrie qui utilise des ondes lumineuses. Tandis que la photogrammétrie repose sur l’identification des coordonnées pour concevoir une image 3D, la technologie LiDAR crée la topographie en mesurant le temps qu’une onde lumineuse prend pour se réfléchir sur le sol, puis être renvoyée vers un drone. Cette technique de topographie est incroyablement précise, mais aussi coûteuse. Non seulement le matériel est onéreux, mais il est également volumineux, ce qui signifie que les drones doivent être plus grands. 

Le choix entre la photogrammétrie ou la technologie LiDAR dépendra du projet. La technologie LiDAR est parfaite pour les sites avec un éclairage irrégulier qui peut avoir un impact sur la qualité de l’image photographique. Les topographes qui travaillent dans une zone dense en végétation devraient privilégier la technologie LiDAR, car elle pénètre les feuilles, les branches et les arbres. Parmi d’autres applications, citons les projets de détection d’objets ultra-minces, comme les lignes à haute tension. Enfin, les deux techniques peuvent être utilisées pour créer des modèles 3D fonctionnels et facilement applicables. 

La ’résolution au sol dans la photographie aérienne et la photogrammétrie

Pour mettre à l’échelle correctement une photographie aérienne, et l’utiliser pour la modélisation de la photogrammétrie, vous devez calculer la ’résolution au sol (GSD) de l’image. La GSD décrit la distance entre le point central de deux pixels consécutifs sur une image. En d’autres termes, si la GSD est calculée comme étant égale à un mètre, cela signifie que chaque pixel sur une carte est représentatif de cette distance. Les photographies aériennes et la photogrammétrie exigent une GSD précise, car ces cartes de photogrammétrie sont tirées de plusieurs images numériques. 

La GSD dont vous avez besoin dépend de la portée de la tâche de topographie. Les projets avec une plus grande échelle exigent une GSD supérieure, autrement dit la carte globale est moins détaillée, tandis que les projets axés sur une petite partie du sol utiliseront une GSD inférieure. De nombreux topographes, selon Aerial Survey Base, sélectionnent une GSD cible et une GSD minimum. Cela permet d’utiliser plusieurs images comportant de légères variations de la GSD, ce qui arrive en raison des irrégularités du terrain. Si autoriser une large plage entre la GSD cible et la GSD minimum permet d’utiliser davantage d’images, comme c’est le cas pour la photogrammétrie aérienne, cela nécessite plus de capacités de calcul, car plus de données doivent être analysées. 

Pour calculer la résolution au sol, vous devez connaître les paramètres suivants sur votre drone :

  • hauteur et largeur du capteur ; 
  • hauteur et largeur de l’image ;
  • distance focale ;
  • hauteur de vol.

Toutes ces données sont faciles à trouver, avec la marque de votre drone. À partir de là, la GSD peut être obtenue avec une calculatrice en ligne ou par une équation. 

Les drones sont-ils compatibles avec la photogrammétrie aérienne ?

Utiliser la photogrammétrie par drone peut faire gagner du temps et de l’argent par rapport aux techniques topographiques terrestres classiques. Autrement dit, les drones de cartographie sont un investissement qui vaut la peine pour les topographes et les personnes qui les engagent. Pour qu’un drone soit apte à la photogrammétrie, il doit être en mesure de prendre des photographies aériennes, puisque les images photographiques sont la base de la technique. 

Vous avez besoin d’une cartographie de nouvelle génération ? Le Matrice 300 RTK est la solution. Ce drone allie intelligence et performance avec des capacités de détection et positionnement dans 6 directions et la possibilité d’embarquer jusqu’à trois charges utiles simultanément. 

Outre un drone offrant les bonnes fonctionnalités, les topographes qui souhaitent avoir recours à la photogrammétrie auront également besoin d’un logiciel de cartographie de drone intuitif, comme DJI Terra. Terra est une solution de drone tout-en-un qui assemble les images et simplifie la topographie. Que vous ayez besoin d’une carte 2D ou 3D, ce logiciel peut traiter vos données et générer des images précises.

Même si la photographie aérienne a révolutionné la recherche scientifique et la cartographie, il vous faudra  ajouter des fonctionnalités de photogrammétrie pour obtenir une topographie. La photogrammétrie est utilisée pour créer des modèles 2D et 3D précis à partir de coordonnées précises. Avec une bonne maîtrise de la technique et des drones et logiciels DJI, aucune tâche n’est inaccessible.

Sources :

https://sciencing.com/difference-satellite-imagery-aerial-photography-8621214.html 

https://www.gislounge.com/a-brief-introduction-to-photogrammetry-and-remote-sensing/

https://pubs.usgs.gov/gip/AerialPhotos_SatImages/aerial.html 

https://enterprise-insights.dji.com/blog/drone-photogrammetry-for-terrestrial-surveying 

https://www.environmentalscience.org/principles-applications-aerial-photography 

https://www.aerial-survey-base.com/gsd-calculator/what-is-gsd/ 

https://www.e-education.psu.edu/natureofgeoinfo/c6_p11.html 

https://www.usgs.gov/faqs/what-remote-sensing-and-what-it-used?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products 

https://www.britannica.com/technology/surveying/Aerial-surveying 

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Tags: Construction et arpentage

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