Cartographie de nouvelle génération – Écourtez l’arpentage pour la construction grâce aux drones

STRABAG déploie le Phantom 4 RTK afin de créer des modèles 3D précis pour la topographie de ses projets de construction

By Hailey Peng Hailey Peng
décembre 13, 2020

Le réseau routier européen s’étend sur 80 000 km et plusieurs pays. En 2017, l’Allemagne se classait en deuxième position d’Europe et quatrième au monde avec ses 12 996 km d’autoroutes. Ces dernières en font un principal pays de transit pour des millions de véhicules particuliers et de camions en route vers des destinations en Europe de l’Est ou méridionale, ce qui entraîne une forte pression sur les structures existantes.

Suite à une analyse complète de l’augmentation prévue du trafic, le ministère fédéral des Transports allemand a calculé une augmentation des passagers-kilomètres de 12 % et des tonnes-kilomètres de 38 % de 2010 à 2030. Concluant l’existence d’un besoin critique de rénovation et de développement du réseau de transport national, le ministère allemand a recommandé un investissement public de 270 milliards d’euros d’ici 2030 dans son plan fédéral d’infrastructure de transport. Près de 75 % de l’investissement est destiné à couvrir la rénovation et le développement des autoroutes et des routes fédérales1

Pour répondre à la demande croissante de meilleures infrastructures de transport, les équipes se sont tournées vers les nouvelles technologies pour accroître leur efficacité. Tout au long de ce processus, de nombreux sous-traitants ont fait appel aux drones sur site afin de créer régulièrement des plans de site et d’accélérer les missions d’arpentage.

STRABAG – Spécialistes en travaux routiers

L’exécution du plan du Ministère est une entreprise difficile, et une planification ainsi qu’une coordination des entreprises du secteur privé et des spécialistes sont nécessaires sur le long terme pour mener à bien ces travaux routiers à grande échelle.

STRABAG SE, sixième groupe de construction en Europe, et sa filiale allemande STRABAG AG sont des acteurs majeurs de la construction d’infrastructures de transport, qui représente 37 % du volume des prestations de STRABAG. Avec plus de 100 ans d’expérience et plus de 70 000 employés à travers le monde, STRABAG a de bonnes raisons de mériter sa position de leader sur le marché. L’une est de garder une longueur d’avance sur l’innovation technologique.

Les équipes de STRABAG travaillent en parallèle sur 9 100 projets de construction à travers l’Europe, dont 4 900 en Allemagne. Bout à bout, ces projets totalisent jusqu’à 600 km d’autoroutes en cours de construction ou de rénovation, nécessitant des flux de travail et des communications efficaces pour être réalisés à temps et dans les limites du budget. Par conséquent, une planification précise du terrain est cruciale pour gérer les projets de construction et garantir leur qualité.

Les données fournies par les drones permettent d’accélérer les travaux sur les chantiers de construction

L’unité opérationnelle « Digital Object Survey and UAV » de STRABAG a déployé des drones pour les clients internes et externes afin de cartographier les projets tout en faisant des économies de temps et d’argent depuis 2015. Comme cette technologie a été déployée pour un nombre croissant de clients, de nouvelles applications exigeant une grande précision sont apparues. Pour répondre à ces besoins de précision, STRABAG a ajouté le nouveau Phantom 4 RTK à la boîte à outils de ses géomètres.

Près de la ville de Würzburg en Allemagne, la construction de l’autoroute A3 fait partie des projets à long terme de STRABAG. Dans le cadre de ce projet débuté en 2014 et prévu d’être achevé en 2021, STRABAG agrandit l’autoroute de deux à trois voies, construit un nouveau tunnel insonorisé, remplace un pont détérioré, et plus encore2. Ces améliorations sont mises en œuvre sur plusieurs kilomètres d’autoroute, sur des terrains complexes aux pentes abruptes et aux nombreux virages. Pour un projet à grande échelle s’étendant sur de nombreuses années comme Würzburg, un arpentage efficace du site est une priorité majeure pour l’équipe STRABAG, afin de pouvoir planifier et suivre les progrès avec précision.

« L’utilisation des drones pour la cartographie des sites de construction présente de nombreux avantages. Leur intégration modifie notre flux de travail et simplifie de nombreuses étapes opérationnelles. Les méthodes de topographie conventionnelles fournissent également des modèles 3D, mais les modèles numériques du relief créés à partir de données de drones contiennent une densité de points plus élevée, et la réalité est donc présentée beaucoup plus en détail », explique Thomas Gröninger, chef de l’unité opérationnelle « Digital Object Survey and UAV » chez STRABAG. 

With drones, STRABAG is able to create more detailed 3D models in less time

Les drones permettent à STRABAG de créer des modèles 3D plus détaillés en un temps réduit

Le DJI Phantom 4 RTK change la donne pour la topographie des projets de construction

À l’heure actuelle, STRABAG utilise régulièrement les drones pour certains aspects de la cartographie de construction. Les drones se sont révélés supérieurs aux méthodes de topographie manuelle conventionnelles dans certains environnements, comme pour les projets à faible végétation, disponibilité GPS et ensoleillement important. Cependant, l’obtention de résultats topographiques précis (ce qui signifie jusqu’à 3 cm de précision) avec un drone non RTK/PPK nécessite le placement de jusqu’à 40 points de contrôle au sol (GCP) par kilomètre carré, ce qui peut prendre plusieurs heures.

Le Phantom 4 RTK dispose d’un système de positionnement et de navigation précis au centimètre près et d’un système d’imagerie ultra-performant compatible avec les solutions RTK comme PPK. Afin de fournir des images garantissant la création de ressources topographiques exceptionnelles, le Phantom 4 RTK enregistre les paramètres des objectifs étalonnés en usine ainsi que la position, l’altitude et d’autres données dans chaque photo, en alignant les données de positionnement avec le centre du capteur CMOS de la caméra à l’aide du nouveau système TimeSync. En utilisant le module de positionnement RTK (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a et BeiDou B1 B2), le Phantom 4 RTK réduit potentiellement la quantité requise de GCP à 0. À des fins de gestion de la qualité, 3 à 5 GCP par kilomètre carré sont largement acceptés dans le secteur. L’utilisation du Phantom 4 RTK avec un nombre de GCP réduit permet aux géomètres de profiter d’une légère augmentation en termes de précision et de réduire le temps de mise en place des GCP d’au moins 75 %.

Afin d’exploiter tous les avantages de ce système entièrement intégré, les géomètres utilisent les services réseau RTK en mode RTK. Pour obtenir des résultats encore plus précis, en particulier dans les zones où la couverture du réseau mobile est mauvaise, la station mobile GNSS de haute précision D-RTK 2 peut être connectée facilement.

Conçu pour l’arpentage

Pour expliquer le fonctionnement interne du Phantom 4 RTK de DJI plus en détail, le drone collecte les données d’observation satellitaires originales ainsi que les données des éphémérides, puis les enregistre dans un fichier PPKRAW.bin au format RTCM 3.2. En outre, le Phantom 4 RTK convertit les données satellites à la volée au format RINEX (format d’échange de données indépendant du type de récepteur) et écrit les données dans un fichier RINEX.obs. Grâce à la synchronisation de la position GNSS et des données de la caméra, le fichier Timestamp.mrk permet un enregistrement très précis de la position exacte de l’image. Toutes les données importantes de chaque mission sont enregistrées dans un dossier unique, et le tout est sauvegardé sur une carte Micro SD. La cohérence des données du Phantom 4 RTK permet d’amoindrir le temps nécessaire à la validation des données et optimise le flux de travail de post-traitement en permettant de réduire, voire d’éliminer les réglages manuels.

Sans GCP, la précision horizontale peut atteindre jusqu’à 3 cm et la précision verticale jusqu’à 5 cm au sein du réseau de référence mondial WGS84 utilisé par le Phantom 4 RTK. Dans les zones qui manquent de couverture du réseau mobile, le Phantom 4 RTK permet aux enquêteurs d’utiliser le PPK pour une évaluation ultérieure tout en conservant la même précision fournie par le RTK. 

« Lors de la configuration de la trajectoire de vol, nous devons sélectionner l’altitude et le chevauchement. Le P4R fournit une application de planification de vol intégrée dans la télécommande, qui inclut tous les paramètres de topographie pertinents pour rendre la planification de vol facile et efficace », explique Philipp Mielke, chef d’équipe de l’unité opérationnelle « Digital Object Survey and UAV » chez STRABAG.

The built-in flight planning app simplifies the setting of operational parameters

L’application de planification de vol intégrée simplifie le réglage des paramètres opérationnels

Le Phantom 4 RTK a été conçu pour rendre la cartographie à l’aide des drones facile, pratique et efficace avec un temps de vol jusqu’à 30 minutes, permettant aux utilisateurs de cartographier une zone étendue en un seul vol. Même si un site est trop grand pour être cartographié avec une seule charge de batterie, la fonction de Reprise du fonctionnement de l’application GS RTK poursuit automatiquement la mission une fois que la batterie a été remplacée. Le Phantom 4 RTK fait gagner encore plus de temps aux cartographes en survolant le plan de cartographie avec des bords incurvés et en tournant tout en conservant une vitesse constante. Sa capacité à voler à une hauteur constante au-dessus d’un relief complexe et ses fonctions de cartographie de couloirs spécifiques constituent de grandes améliorations pour les géomètres. Le kit de développement mobile de DJI permet l’utilisation de ces fonctionnalités. 

If battery change is required for larger mappings, the Phantom 4 RTK resumes the mission automatically

Si un changement de batterie est nécessaire pour la cartographie de zones plus étendues, le Phantom 4 RTK permet une reprise automatique de la mission

Traitement des données

Vous pouvez facilement intégrer les données recueillies dans un logiciel de photogrammétrie tiers, grâce à des nuages​ de points et à des modèles 3D conformes aux normes du secteur. Philipp Mielke souligne que « les solutions permettant le téléchargement des données du drone sur le cloud depuis un ordinateur portable sur site pour leur traitement contribuent à rendre l’arpentage sur site innovant. Elles rendent les géomètres indépendants des distances géographiques entre le chantier et leur bureau, et permettent un traitement immédiat et puissant des données. » La visualisation du modèle 3D dans le cloud peu de temps après la capture des données permet aux ingénieurs sur le terrain de passer en revue les travaux de construction et de préparer le passage aux étapes suivantes.

Grâce à l’obtention de données topographiques très détaillées et complètes, les géomètres et les techniciens en CAO peuvent être certains de rassembler toutes les données en une seule fois sans avoir à retourner sur le chantier pour collecter des informations supplémentaires, ce qui permet un gain de temps. Une fois le nuage de points 3D traité à partir des photos prises par le drone, les données sont post-traitées en fonction des exigences du projet individuel. Les flux de travail initiaux typiques incluent la classification du nuage de points afin de filtrer les objets indésirables tels que la végétation, les véhicules et les objets artificiels, ainsi que la vectorisation et l’extraction des caractéristiques de la zone. Les données traitées sont ensuite utilisées pour la modélisation numérique du relief et de la surface, les calculs de masse et de volume et la modélisation des informations du bâtiment (BIM).

Une fois traitées, les données d’image du Phantom 4 RTK peuvent être utilisées afin de créer une variété de ressources :

P4 RTK deliverables

En plus des ressources 3D, vous pouvez créer des orthophotographies 2D à l’aide d’un logiciel tiers pour fournir une excellente vue d’ensemble des grands chantiers de construction à vol d’oiseau. Les données 2D et 3D peuvent également vous aider à mener des réunions de projet novatrices, assurer une coordination régulière et passer en revue des projets.

Drones - Numériser le secteur de la construction

Les modèles 3D générés par les drones offrent diverses options d’analyse et d’évaluation. Selon la précision requise, les cas d’utilisation les plus courants sont la topographie, l’inspection, la documentation et le suivi de l’avancée de la construction. Toutes ces étapes sont réalisées à l’aide des drones sur le chantier de Würzburg.

« STRABAG cherche à étendre l’utilisation des drones pour les projets de construction à l’échelle mondiale. Nous employons actuellement 170 géomètres en Allemagne et 300 dans toute l’Europe. Le nouveau DJI Phantom 4 RTK est un drone facile à utiliser et polyvalent avec des fonctionnalités de réseau RTK intégrées. Cette combinaison permettra à STRABAG de fournir des drones à un plus grand nombre d’équipes afin de rendre les flux de travaux topographiques du secteur de la construction plus rapides et plus efficaces, résume Thomas Gröninger. Le Phantom 4 RTK de DJI est un ajout essentiel à la boîte à outils de l’arpenteur et jouera un rôle majeur dans le processus de numérisation du secteur de la construction. »

 

 

Merci à Philipp Mielke, chef d’équipe de l’unité opérationnelle « Digital Object Survey and UAV » chez STRABAG.

1) Plan fédéral d’infrastructure de transport (Bundesverkehrswegeplan)

2) http://www.a3-wuerzburg.de/

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Tags: Construction et arpentage

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