Les systèmes DJI Matrice 300 RTK et Zenmuse P1 deviendront-ils les nouveaux standards de l'industrie pour l'arpentage et la cartographie ? Altametris, une entreprise de SNCF pionnière dans le domaine de la collecte, du traitement et de l'analyse des données, en est persuadée après avoir soumis ces appareils à des essais industriels rigoureux.
Le matin du 4 janvier 2021, un spécialiste des drones Altametris s’est rendu sur une section de chemin de fer SNCF pour tester et comparer différentes méthodes d'arpentage. Auparavant, pour obtenir des résultats précis à 3 cm, il était nécessaire d’installer environ 40 relevés de points au sol (GCP) par kilomètre carré, une méthode chronophage qui prenait au moins 3 heures. L’alternative consistait à utiliser un tachéomètre très précis, mais l’opération prenait deux fois plus de temps.
Comment Altametris a été utilisé pour cartographier et relever une voie ferrée : Les GCP sont matérialisés par des plaques à damier noir et blanc. Les coordonnées du centre de ces plaques sont enregistrées par le GPS Spectra. (Crédit image : Altametris)
De plus, ces deux techniques nécessitent la manipulation du matériel par des humains sur et autour des voies ferrées, ce qui présente non seulement des risques pour l'opérateur, mais demande aussi beaucoup de temps et d'efforts, car les chemins de fer sont un territoire complexe extrêmement difficile à cartographier avec précision. Le temps et la sécurité sont essentiels pour une opération d'arpentage réussie, c'est pourquoi les méthodes innovantes offrent un avantage concurrentiel considérable.
Les opérations d'arpentage comportent souvent des risques importants pour la sécurité des travailleurs. Grâce à la solution de relevé et de cartographie par drone DJI, ils n'ont plus besoin de se déplacer autour des voies ferrées. (Crédit image : Altametris)
Altametris a souhaité tester le drone DJI Matrice 300 RTK et la nacelle-caméra Zenmuse P1. Compte tenu de la complexité des méthodes traditionnelles, l'entreprise espérait de grands gains en termes d'efficacité et de sécurité d'une solution d’arpentage par drone. Grâce à son module RTK intégré et au grand volume de métadonnées intelligemment associées au viseur du capteur plein format Zenmuse P1, le nombre de GCP pouvait techniquement être réduit à zéro. Cependant, Altametris a décidé de positionner six GCP à des fins de contrôle qualité, ce qui a tout de même réduit le temps de préparation de l'opération de plus de deux heures.
Les méthodes traditionnelles d'arpentage et de cartographie nécessitent généralement deux ou trois personnes, contre un seul opérateur de drone, ce qui permet de réduire les coûts. (Crédit image : Altametris)
Si le DJI Matrice 300 RTK offre une solution innovante de cartographie et d'arpentage aéroportées, la nacelle-caméra Zenmuse P1 et son capteur plein format ont littéralement révolutionné les opérations.
Le jour fixé pour la cartographie du site, la luminosité était assez faible, ce qui a nécessité la mise en place de six GCP. Une fois que tout était prêt, la zone spécifique à cartographier a été sélectionnée sur le contrôleur du drone et le DJI Matrice 300 RTK équipé du capteur Zenmuse P1 a été lancé. En 20 minutes, le Zenmuse P1, avec son obturateur mécanique, a automatiquement pris 641 photos sous cinq angles différents (avant, gauche, droite, haut et arrière) à chaque point de passage.
La DJI Matrice 300 RTK se transporte facilement dans sa valise. Le déploiement ne prend que quelques minutes. (Crédit image : Altametris)
La réception de cette quantité de données dans un laps de temps aussi court a été possible grâce au mode « Smart Oblique Capture » du Zenmuse P1. La caméra s'incline et pivote automatiquement à chaque point de passage pour capturer un jeu complet d'images sous tous les angles. Cette fonctionnalité, associée aux itinéraires de vol pré-planifiés, permet à l'opérateur d'exécuter toute l’opération de cartographie par drone par la simple pression d'un bouton tout en se tenant à une distance de sécurité, et cela même si les conditions d'éclairage ne sont pas optimales.
À la surprise d'Altametris, la faible luminosité n'a pas du tout affecté la qualité des images. Au contraire, le Zenmuse P1 a produit des données incroyablement précises grâce à son capteur plein format. Les images ne contenaient aucun bruit, un exploit car à une altitude aussi élevée, compte tenu de la distance de l'échantillon au sol, rien que quelques pixels de bruit auraient équivalu à plusieurs centimètres, réduisant considérablement la précision du modèle final.
Ensuite, les 641 images ont été chargées dans le logiciel Terra de DJI pour créer le modèle 3D final. Le logiciel a créé automatiquement un nuage de points à partir des clichés, assemblés en faisant correspondre leurs différents pixels. Le nuage de points a servi de base au maillage 3D, ensuite rendu dans le modèle 3D final.
(Crédit image : Altametris)
L'ensemble Matrice 300 RTK + Zenmuse P1 offre la qualité et le gain de temps nécessaires pour répondre aux besoins toujours plus exigeants de la photogrammétrie - Quentin Lemesle, Altametris
L'ensemble de ce processus est automatisé, ce qui le rend très accessible même aux utilisateurs novices des opérations d'arpentage par drone et de photogrammétrie. Le nuage de points peut bien sûr être ajusté manuellement pour corriger les points qui auraient été appariés par erreur. Pour Altametris, les pixels étaient parfaitement appariés, permettant d’obtenir immédiatement le rendu de la modélisation 3D. En moins de deux heures, le modèle était terminé et prêt à être analysé.
Les satellites utilisés pour les relevés par GCP et par tachéomètre ont beau être en orbite dans l'exosphère terrestre à des milliers de kilomètres de la Terre, il n’empêche qu’ils sont extrêmement précis grâce aux techniques de triangulation. Retrouver cette précision par d’autres méthodes est un grand défi pour la cartographie et l'arpentage. Altametris a pu comparer directement la précision des résultats de la cartographie par drones à celle des GCP ainsi qu'aux résultats d'opérations de cartographie antérieures sur le même site.
Les données du DJI Matrice 300 RTK avec la nacelle-caméra Zenmuse P1 étaient précises à environ 2 cm, ce qui est très proche de la précision millimétrique du tachéomètre et comparable à la précision de 2 à 3 cm de la méthode par GCP.
Cependant, considérant l’énorme volume de données capturées par le drone DJI et le risque d’erreur lié, la précision obtenue offre une fiabilité sans précédent. Cette méthode permet de créer des modèles très détaillés de vastes zones en peu de temps.
Le processus de vol et de cartographie utilisé par Altametris pour arpenter le chemin de fer.
Altametris prédit que le besoin en données précises à grande échelle augmentera à mesure que de plus en plus d'actifs analogiques seront numérisés et étudiés. L’évaluation de la solution parfaite doit tenir compte de trois facteurs clés :
Selon Maxence Trogneux d'Abot, un distributeur de drones professionnels, la solution de cartographie par drones de DJI offre le meilleur équilibre entre ces exigences pour les opérations d'arpentage et de cartographie à grande échelle.
L’association intelligente des métadonnées disponibles, par exemple la position parallèle et l'altitude, grâce au module de positionnement RTK (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, BeiDou B1 B2 et Galileo E1 E5a), les angles de la caméra avec le mode Smart Oblique Capture automatisé et la position centrale du capteur permettent d'obtenir des données d'arpentage incroyablement précises en 15 fois moins de temps, et également plus fiables qu’avec les méthodes d'arpentage et de cartographie traditionnelles. Le DJI Matrice 300 RTK coûte 12 700 € (13 200 USD), il est donc moins cher que le récepteur de GCP + Spectra GNSS utilisé par Altametris ; mieux encore, il n’impose aucune limite quant à la taille de la zone cartographiable. Là où les 55 minutes de vol ne suffisent pas à couvrir la zone, la fonction intégrée de reprise permet aux arpenteurs de reprendre l’opération sans interruption après avoir changé la batterie.
Au prix de 12 700 € (13 200 $) pour le DJI Matrice 300 RTK, il est encore moins cher qu’un récepteur GNSS Spectra utilisé par Altamteris, et, ce qui est peut-être encore plus important, il n'a pratiquement aucune limite en ce qui concerne la taille de la zone cartographiable. Même si les 55 minutes de vol ne suffisent pas à couvrir une très grande zone en un seul vol, la fonction intégrée de reprise des opérations permet aux géomètres de poursuivre leur activité de manière transparente après le changement de batterie.
Comparaison des deux (2) alternatives d'arpentage et de cartographie : GNSS et tachéomètre contre DJI Matrice 300 RTK avec Zenmuse P1.
Comparaison des différents paramètres des méthodes d'enquête entre les solutions d'enquête DJI, la documentation photo/vidéo et un scanner d'enquête.
Pour Altametris, les économies de temps et de coûts sont des facteurs essentiels. Le DJI est jusqu'à 15 fois plus rapide et quatre fois moins cher que d’autres solutions. C’est donc un choix parfaitement cohérent de mettre en œuvre une solution d'arpentage par drone. Qui plus est, une telle solution offre d’autres avantages de taille :
La sécurité des opérateurs est essentielle. Celle-ci est considérablement améliorée lorsqu'il est possible de collecter toutes les données à distance de sécurité des dangers, dont la COVID, un facteur de risque supplémentaire pour l’arpentage de sites surpeuplés, comme les bâtiments.
Le DJI Matrice 300 RTK n'est pas seulement un outil d’arpentage de sites. Il optimise aussi presque tous les aspects du processus de cartographie grâce à une sécurité, une rapidité, une évolutivité et une automatisation accrues, offrant ainsi une solution inégalée qui va rapidement s’imposer comme la nouvelle norme de l’industrie en matière d'arpentage et de cartographie.