DJI Terra et DJI Phantom 4 RTK : test et premières impressions

Présentation

DJI Terra un logiciel de planification de vol, de suivi d’acquisition 2D en temps-réel et de reconstruction sur site d’un DEM, d’une orthomosaïque ou d’un modèle 3D.

Je considère l’utilisation du Phantom 4 RTK familière au lecteur pour me concentrer pleinement sur le logiciel DJI Terra.

Configuration matérielle

La configuration matérielle recommandée par DJI rend DJI Terra accessible par un ordinateur portable disposant au minimum : Core i5, RAM 16GB, GeForce GTX 960.

 

Le logiciel DJI Terra

Une fois DJI Terra sur l’ordinateur, il faut encore installer le pilote de périphérique Zadig (téléchargeable depuis le site DJI) de la télécommande. Les 2 unités n’en forment désormais plus qu’une.

On peut observer que la télécommande reste étroitement liée au drone et à ses extensions :

• Mise à jour du firmware (impérative pour DJI Terra) et calibrages,
• Paramétrages de vol du drone : alertes batteries, hauteur et distance maximales,
• Appairages télécommande drone/RTK embarqué ou DJI RTK Mobile Station.

 

 

Quant à lui, DJI Terra via l’ordinateur se charge de : – la planification du vol (couverture, recouvrement, hauteur et vitesse de vol…) – de la check-list avant décollage – de la gestion complète du vol : reprise de mission après changement de batterie et RTH compris – de l’affichage 2D temps réel à l’écran – du chargement du plan de vol dans le drone – du décollage – du retour vidéo via la télécommande

Figure 2: Grid 2D de captation (en vert) et zone d’évolution nécessaire (en bleu)

 

 

3 types de plans de vol sont proposés : Mode Waypoints, Mode 2D et Mode Oblique. Nous nous attarderons sur les 2 derniers.

La préparation des plans de vol est particulièrement intuitive à l’image de solutions concurrentes.

Figure 3: Zone réglementée et zone d’évolution

On apprécie particulièrement l’affichage d’une zone d’évolution nécessaire pour la captation, ce qui est d’autant plus indispensable en Mode Oblique où le recul des plans à 45° est important.

Bien entendu les zones réglementées et leurs hauteurs de vols maximales autorisées s’affichent sur la carte de fond (Google Maps). La colorisation peut être désactivée pour plus de visibilité.

Les missions 2D

Les missions 2D ont été réalisées le long d’une route sur un plateau de montagne et au-dessus d’un parking entouré de bâtiments afin de pouvoir comparer les écarts de positionnement. Nous allons comparer ces écarts entre DJI RTK Mobile Station, RTK embarqué et GNSS seul avec une valeur statistique disponible dans le rapport de fin de mission généré par DJI Terra : la RMSE (Root-Mean-Square Error ou Erreur Moyenne Quadratique). Par définition il s’agit de la mesure d’écart de prédiction par rapport à la valeur réelle. Pour faire simple, plus la valeur sera basse, meilleure sera la précision du géoréférencement. Le référentiel Google Maps étant trop imprécis[1] il sera exclu du comparatif mais la carte de fond restera visible.

Regardons maintenant le tableau des erreurs RMSE :

Tableau 1: RMSE

Sans surprise le DJI RTK Mobile Station a la meilleure précision moyenne.

Mais que s’est-il passé avec le RTK embarqué qui obtient le plus mauvais score ? Deux facteurs semblent avoir joué en la défaveur de la précision :

1. Un faible signal Orphéon en réception non compensé par la puissance d’une antenne DJI RTK.
2. une perte de signal RTK en début d’acquisition ce qui a fait la bascule en mode GNSS. Il est probable que ce soit le pire scénario, les erreurs semblant s’ajouter et non se pondérer sur l’ensemble de la captation. En effet en fin de captation à l’autre extrémité de la route, le positionnement en mode RTK embarqué et GNSS sont confondus.

 

Parking en ZA (Zone d’Activités)

La zone se trouve sur la technopole de Sophia Antipolis (06). La réception RTK étant particulièrement bonne, le DJI RTK Mobile Station n’a pas été utilisé. J’ai ici superposé l’orthomosaïque RTK embarqué et l’orthomosaïque GNSS sur fond Google Maps :

Figure 9 : Orthomosaïques Drone RTK et GNSS

 

L’orthomosaïque suivante a été obtenue à partir d’Agisoft Metashape. Elle représente la différence entre l’orthomosaïque GNSS (en mauve) et l’orthomosaïque RTK (en vert) avec des écarts de l’ordre du mètre particulièrement bien visibles sur les véhicules en stationnement :

Figure 11 : différence entre les 2 orthomosaïques du parking par Agisoft Metashape

La 2D temps-réel

Les images acquises au fil de l’eau se positionnent sur la grille 2D et le carte Google Maps sur l’écran du portable comme l’illustre la Figure 2. Le recouvrement est contrôlé en direct, ce qui constitue l’atout majeur de cette fonctionnalité. A l’issue du vol, les images temps-réel géoréférencées sont affichées et reconstituent la zone de captation. Ce n’est pas une orthomosaïque mais cela permet de contrôler le recouvrement. pour prévisualisation. Attention cependant, ces images ne pèsent qu’une centaine de ko et sont stockées en local dans l’ordinateur. Les photos d’acquisition demeurent toujours sur la carte microSD du Phantom et devront être transférées sur le disque dur pour le post-traitement.

La mission Oblique

J’ai décidé de mettre l’accent sur la reconstruction 3D sans m’attacher au positionnement. La zone couverte est d’environ 60 hectares de bureaux, parkings et zones vertes.

Un petit bâtiment cubique a aussi été reconstruit dans la foulée.

Le résultat obtenu sur de grandes surfaces (petite échelle) est étonnant. Le traitement des 355 photos en Moyenne Résolution n’a duré qu’1h45min :

 

Figure 12 et Figure 13 : Vues 3D

 

Si un bâtiment tel que celui ci-dessous semble avoir été reconstruit avec succès, la reconstruction de petits bâtiments fait apparaître certaines distorsions de reconstruction comme le montre la Figure 14.

Figure 14: Bâtiment cubique

 

Figure 15 : Distorsions de reconstruction

 

Ceci est lié aux surfaces vitrées et surtout à une géométrie de captation incomplète. En effet, DJI Terra génère pour une mission oblique 5 plans de vol : 1 plan 2D vertical à -90° et 4 plans obliques à 45°. Il ne manquerait que la captation des façades et des arêtes pour une reconstruction sans déformations au détriment de la rapidité de captation et de post-traitement bien évidemment.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Figure 16: Les 5 plans de vol du mode Oblique

 

La position des caméras confirme les 2 angles de vue (-90° et 45°) de la captation Oblique pour un temps de traitement de 33 minutes en haute résolution. Metashape nous en donne l’illustration pour le petit bâtiment et le grand ensemble :

Figure 17: Position des caméras pour le bâtiment cubique

Figure 18: Position des caméras du grand ensemble

 

Le post-traitement

La manipulation est assez simple : une fois la mission sélectionnée à partir du panneau coulissant de gauche, une option Map devient disponible et un panneau coulissant apparaît à droite de l’écran. Il suffit d’ajouter les photos issues de la carte microSD, de choisir le type de reconstruction (2D Map ou 3D Model), le type d’environnement ou Mapping Scenes (Field, Urban, Fruit Tree), la résolution (High, Medium, Low) et de lancer le traitement avec le bouton “Start Reconstruction“.

Pour l’ensemble de mes missions j’ai choisi la haute résolution car la plus défavorable en termes de temps de traitement, excepté pour la zone de 60 hectares. La route de montagne a été de type Field et celles du parking et des bâtiments de type Urban.

La superposition des orthomosaïques est une fonctionnalité particulièrement utile pour mettre en évidence des erreurs de positionnement et/ou de recouvrement entre différentes captations.

La reconstruction 2D résulte en une orthomosaïque sur laquelle des mesures de distance et de surface pourront être réalisées via le menu Annotation and Measurement. Un raster GeoTIFF pourra être exporté pour une utilisation ultérieure dans un SIG (attention aux systèmes de coordonnées !).

Les missions obliques requièrent un temps de traitement nettement plus long mais pourront être directement visualisées en 3D sur DJI Terra. Le fichier de sortie est au format ply (fichier de polygones = Mesh) mais pourra être converti au format obj via MeshLab.

Un rapport de mission succinct reprenant certains paramètres de captation est généré sous la forme d’une page html :

 

Figure 19: Rapport de mission. Que remarquez-vous ?

 

Conclusion

Contrairement à un logiciel de photogrammétrie dédié tel qu’Agisoft Metashape, il y a peu de paramétrage à effectuer car ce n’est pas le but affiché de DJI Terra.

En effet, l’intérêt de DJI Terra est de s’affranchir de toute complexité d’utilisation et de pouvoir obtenir en un temps raisonnable des résultats sur le terrain même.

Gageons que DJI Terra s’enrichira à l’avenir de fonctionnalités supplémentaires.

Pour la planification de vol je pense notamment à la captation croisée et à des angles de prises de vues supplémentaires pour les missions obliques (façades 0°, 30° et 60° en plus du seul 45°).

 

Figure 20: Captation recommandée d’un bâtiment