Comment fonctionne le LiDAR ?

Quelle est cette technologie laser qui permet de cartographier à travers la végétation,
dans des situations de faible contraste ou d'ombre ?

7 août 2018

Détection de la lumière et portée

La détection et la télémétrie par la lumière (LiDAR) est une technologie de télédétection basée sur le laser. Le principe de LiDAR est assez simple : pointer un petit laser sur une surface et mesurer le temps que met le laser à revenir à sa source.

Cette technologie est utilisée dans les systèmes d'information géographique (SIG) pour produire un modèle numérique d'élévation (MNA) ou un modèle numérique de terrain (MNT) pour la cartographie en 3D.

Principe de fonctionnement du LiDAR

  • Emission d'une impulsion laser
  • Enregistrement du signal rétrodiffusé
  • Mesure de distance (temps de déplacement x vitesse de la lumière)
  • Récupération de la position et de l'altitude du plan
  • Calcul de la position d'écho précise

LiDAR pour les drones correspond parfaitement à :

  • Small areas to fly over (<10 sq. km or 100 km linear)
  • Cartographie sous la végétation
  • Zones difficiles d'accès
  • Données nécessaires de manière fréquente ou en temps quasiment réel
  • Exactitude requise entre 2,5 et 10 cm

Comment fonctionne le LiDAR ?

Vous avez peut-être déjà entendu parler du LiDAR mais n'avez aucune idée du fonctionnement de celui-ci. Vous apprendrez dans ce qui suit les principes de base de cette technologie. Vous découvrirez également plusieurs applications de la cartographie laser 3D avec des véhicules aériens sans pilote (également appelés drones, UAV ou UAS).

 

1. Comprendre le fonctionnement de LiDAR

La détection et la télémétrie par la lumière (LiDAR) est une technologie similaire au radar, qui utilise un laser au lieu d'ondes radio.
LiDAR Le principe est assez facile à comprendre :

  1. il émet une impulsion laser sur une surface
  2. capte le laser réfléchi et le renvoie à la source d'impulsion LiDAR à l'aide de capteurs
  3. mesure le temps de parcours du laser
  4. calcule la distance de la source avec la formule "Distance = (Vitesse de la lumière x Temps écoulé) / 2"

Ce processus est répété un million de fois par les instruments LiDAR et finit par produire une carte complexe de la zone étudiée, connue sous le nom de nuage de points 3D.

2. Comprendre comment un système LiDAR est construit

L'équipement nécessaire pour mesurer un million de distances entre des capteurs et des points de surface est un systèmeLiDAR . Cette technologie avancée fonctionne très rapidement car elle est capable de calculer la distance entre les capteurs LiDAR et sa cible (pour rappel la vitesse de la lumière est de 300 000 kilomètres par seconde). Les systèmes LiDAR intègrent 3 composants principaux qu'ils soient montés sur des véhicules automobiles, des avions ou des drones :

1. Scanner laser
LiDAR Les systèmes pulsent une lumière laser depuis divers systèmes mobiles (automobiles, avions, drones...) à travers l'air et la végétation (Laser aérien) et même l'eau (Laser bathymétrique). Un scanner reçoit la lumière en retour (échos), mesurant les distances et les angles. La vitesse de balayage influence le nombre de points et d'échos qui sont mesurés par un système LiDAR . Le choix de l'optique et du scanner influence grandement la résolution et la portée dans laquelle vous pouvez utiliser le système LiDAR .

2. Systèmes de navigation et de positionnement
Qu'un capteur LiDAR soit monté sur un avion, une voiture ou un UAS (unmanned aerial systems), il est crucial de déterminer la position et l'orientation absolues du capteur pour s'assurer que les données capturées sont des données exploitables. Les systèmes mondiaux de navigation par satellite (GNSS) fournissent des informations géographiques précises concernant la position du capteur (latitude, longitude, hauteur) et une unité de mesure inertielle (IMU) définit à cet endroit l'orientation précise du capteur (tangage, roulis, lacet). Les données enregistrées par ces 2 dispositifs sont ensuite utilisées pour générer des données en points statiques : la base du nuage de points de la cartographie 3D.

3. Technologie informatique
Afin de tirer le meilleur parti des données : le calcul est nécessaire pour faire fonctionner le système LiDAR en définissant la position précise de l'écho. Il est également nécessaire pour la visualisation des données en vol ou le post-traitement des données afin d'augmenter la précision et l'exactitude du nuage de points de la cartographie 3D.

3. Définir une adéquation entre les besoins de votre projet et les spécifications de LiDAR

Scanner laser : Quel est le niveau d'exactitude, niveau de précision, la densité des points, la portée, la fauchée qui correspondent aux besoins de votre projet ?

GNSS: la station de référence GNSS (terrestre) récepteur GNSS (mobile) sont-ils compatibles avec le GNSS utilisé (GPS, GLONASS, BEiDOU ou Galileo)? Ai-je besoin d'une station au sol ou non?

Piles: les piles sont-elles internes ou externes? Quelle est l'autonomie requise pour couvrir la surface que vous voulez cartographier?

Montage : Le système LiDAR peut-il être facilement monté sur la plate-forme aérienne (avion, drone) ou automobile (voiture) que vous utilisez ?

DataFile: quel est le format du fichier de données généré?

Post-traitement des données : Comment utiliser les données et fournir le meilleur nuage de points de cartographie 3D à votre client final ? Classification, colorisation, génération de MNT, orl ? Que faire des données post-traitées ?

4. Découvrir les applications du drone LiDAR

Services publics d'électricité: étude des lignes électriques pour détecter les problèmes d'affaissement des lignes ou pour planifier les activités d'élagage

Exploitation minière: calcul de surface/volume pour optimiser les opérations minières (stockage, excavation) ou décider de l'extension de la mine.

Le génie civilcartographie pour aider au nivellement, à la planification et à l'optimisation des infrastructures (routes, chemins de fer, ponts, pipelines, terrains de golf) ou à leur rénovation après des catastrophes naturelles, étude de l'érosion des plages pour établir un plan d'urgence.

Archéologie: cartographie à travers la canopée forestière pour accélérer les découvertes

Foresterie: cartographie des forêts pour optimiser les activités ou aider au comptage des arbres

Recherche sur l'environnement: mesurer la vitesse de croissance, la propagation des maladies

5. Découvrir les drones pour la cartographie LiDAR

En savoir plus sur Drones DJI pour la cartographie LiDAR comme le DJI M600 ou le DJI M300.

Choisir le bon drone pour vos prochaines enquêtes LiDAR n'est pas chose facile. En savoir plus sur comment choisir votre drone pour démarrer vos opérations LiDAR .

Découvrez ce qui fait un bon Intégration d'un drone LiDAR .

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