LiDAR vs Photogrammétrie pour les levés aériens

Un guide comparatif pour vous aider à choisir vos capteurs d’arpentage

Pour les professionnels de l’arpentage et de la cartographie, le LiDAR et la photogrammétrie sont depuis longtemps des outils indispensables au métier. Mais les progrès récents de la technologie des drones ont changé pour le mieux la façon dont les données sont capturées.
Par rapport aux levés aériens traditionnels, qui reposent presque exclusivement sur des aéronefs pilotés, les drones offrent une alternative sûre, précise et plus abordable. Le résultat a été la démocratisation des solutions d’arpentage. Désormais, les projets dans les domaines de l’agriculture, de la construction, de la conservation, de l’exploitation minière, de la reconstitution de scènes d’accidents et autres peuvent bénéficier de nuages de points détaillés, de cartes précises et de modèles 3D.
Pour les géomètres établis et ceux qui débutent dans le domaine, la question de savoir s’il faut travailler avec le LiDAR ou la photogrammétrie est familière. Dans cet article, nous allons vous présenter les avantages et les inconvénients des deux méthodes. Il ne s’agit pas de dire que l’une est simplement meilleure ou doit être préférée à l’autre quoi qu’il arrive. La bonne décision dépend plutôt de la tâche spécifique à accomplir, des compétences de l’opérateur en question et, comme toujours, du budget dont vous disposez.

Qu’est-ce que le LiDAR ?

LiDAR est l’abréviation de “light detection and ranging” (détection et télémétrie par la lumière). Les capteurs LiDAR fonctionnent en émettant des impulsions de lumière et en mesurant le temps qu’elles mettent à se réfléchir sur le sol, ainsi que l’intensité de leur réflexion.
Bien qu’elle existe depuis des décennies, ce n’est que ces dernières années que la technologie LiDAR est devenue suffisamment compacte pour être intégrée à une charge utile qu’un drone peut transporter.

Le capteur LiDAR ne représente qu’une partie d’un processus complexe. Pour recueillir les données nécessaires à la construction d’un nuage de points reflétant fidèlement le terrain et sa topographie, le LiDAR intègre d’autres systèmes de haute précision : le positionnement par satellite (données GNSS) et une unité de mesure inertielle (IMU).
Avec un peu de magie logicielle, les vols LiDAR peuvent être utilisés pour créer des nuages de points en 3D et des cartes d’intensité. L’interprétation de ces deux types de données nécessite beaucoup de compétences, mais elles fournissent des données inestimables pour les opérations minières, forestières, agricoles et de construction.

Les avantages du LiDAR

L’avantage le plus souvent cité de l’utilisation du LiDAR pour la cartographie est la précision de la technologie. Mais en soi, cette affirmation ne nous donne pas beaucoup d’éléments sur lesquels travailler.
Tout d’abord, il est important de considérer ce que la précision signifie pour vous et votre projet. Accordez-vous la priorité à une précision relative ou absolue ? En d’autres termes, souhaitez-vous que votre produit final soit précis en termes de caractéristiques les unes par rapport aux autres, ou en termes de caractéristiques par rapport à leur place dans le monde ?
Le LiDAR est la solution pour une précision absolue et constitue généralement le meilleur choix lorsque l’objectif est d’obtenir un modèle réaliste de la terre nue. Il s’agit en effet de la meilleure méthode pour tenir compte de l’altitude, de la végétation et des conditions environnantes.
L’intégration du LiDAR avec les données GNSS et le fait qu’il s’agit d’une mesure directe – tirant des milliers d’impulsions laser depuis le haut – garantissent que votre carte numérique de terrain finale a une précision verticale extrême.

Les complications topographiques ne se présentent pas seulement sous la forme d’ondulations du terrain. La végétation peut également empêcher les méthodes de levés photographiques d’obtenir des données granulaires au niveau du sol.
Les impulsions lumineuses du LiDAR pénètrent les interstices entre les feuilles et les branches, atteignant le sol en dessous et améliorant la précision des mesures.
Le LiDAR est également préférable si les conditions de luminosité de votre site de travail sont irrégulières. Si vous souhaitez effectuer des relevés de nuit ou des missions à faible visibilité, le LiDAR peut se charger de la tâche sans avoir besoin d’une source de lumière externe.
Enfin, le LiDAR vous permet de capturer des détails de faible diamètre. Les câbles électriques en sont un bon exemple. Grâce à l’échantillonnage ponctuel à haute densité et à l’approche de mesure directe, vous pouvez utiliser le LiDAR pour cartographier avec précision la caténaire des câbles.

Les inconvénients du LiDAR

Le défi le plus évident lié à l’utilisation du LiDAR est son coût. En raison de la plus grande complexité opérationnelle (et du besoin de composants et de capteurs plus sophistiqués), vous pouvez facilement dépenser des centaines de milliers de dollars pour une solution complète de levé.
Cette complexité élargit également votre marge d’erreur et augmente la dépendance à l’égard d’un professionnel expérimenté. Avec de multiples capteurs et des informations qui ne sont pas facilement accessibles sans une bonne dose de traitement, l’extraction des données dont vous avez besoin n’est pas simple.
Il est également important de garder à l’esprit que les capteurs LiDAR sont traditionnellement plus volumineux que les simples caméras. Les drones devenant de plus en plus populaires pour les levés aériens, le besoin d’un drone plus grand pour gérer une charge utile plus lourde peut ajouter à une dépense déjà importante.

Le dernier inconvénient du LiDAR est sans doute sa plus grande force : Le fait qu’il s’agisse du meilleur outil pour le travail dans des situations très spécifiques. Pour de nombreuses applications, la photogrammétrie ordinaire sera suffisante. C’est une tendance qui s’accentue avec l’amélioration des logiciels de traitement d’images.

Qu’est-ce que la photogrammétrie ?

En termes simples, la photogrammétrie est un moyen de mesurer des distances à l’aide de photographies. Ces photographies sont traitées à l’aide de logiciels spécialisés afin de générer des modèles précis et réalistes du monde.
Les cartes orthomosaïques et les modèles 3D ont de nombreuses applications, de la planification de la construction à la gestion de projets en cours, en passant par le matériel de marketing.

Le nombre d’images dont vous avez besoin pour une photogrammétrie efficace peut aller de plusieurs centaines à plusieurs milliers. Tout dépend de la taille du site en question et de la profondeur et de la précision que vous souhaitez obtenir.
Les pilotes de drone devront déterminer l’altitude de vol optimale pour obtenir la distance d’échantillonnage au sol nécessaire. Vous devrez également définir un chevauchement sur chaque image pour que votre logiciel puisse assembler vos images de manière transparente.

Les avantages de la photogrammétrie

Le principal avantage de la photogrammétrie est son accessibilité. L’essor de la technologie des drones et des logiciels de cartographie a simplifié les flux de travail et mis des cartes précises et des modèles 3D à la portée de toute organisation disposant d’un drone avec caméra.
Hormis l’étalonnage de l’appareil photo, la planification de base du vol et le traçage des points de contrôle au sol, il est relativement simple d’effectuer une mission de cartographie et de transformer ces données en quelque chose d’utile. Il existe d’innombrables scénarios dans lesquels ce processus produit des résultats tangibles, dans des secteurs aussi variés que la construction, la conservation, l’exploitation minière et l’agriculture.
Il est important de noter que ces résultats sont également accessibles. Les cartes et les modèles comportant des caractéristiques et des couleurs reconnaissables sont instantanément intuitifs, ce qui en fait un excellent outil de collaboration et quelque chose sur lequel les parties prenantes peuvent travailler sans passer trop de temps à manipuler les données.

Une autre grande partie de l’attrait de la photogrammétrie est son caractère abordable. Comme nous l’avons dit, pour commencer, il faut investir quelques milliers de dollars dans un drone professionnel et beaucoup moins dans le logiciel dont vous aurez besoin pour traiter vos données.
Enfin, la photogrammétrie offre une approche plus flexible. En fonction de la tâche à accomplir, vous pouvez mieux contrôler le compromis entre la vitesse, l’altitude et la précision de la mission.

Les inconvénients de la photogrammétrie

Les méthodes de levé basées sur la photogrammétrie présentent quelques inconvénients.
Le premier est que la précision de vos cartes et modèles dépend fortement de la qualité de la caméra de votre drone et du drone lui-même.
La taille du capteur, l’ouverture, la résolution et la distance focale ont toutes un impact sur la distance d’échantillonnage au sol (GSD) et sur l’altitude à laquelle vous volez. En outre, vous aurez du mal à obtenir des résultats d’une précision absolue si vous n’utilisez pas des points de contrôle au sol ou un drone doté de la technologie RTK ou PPK.

Le deuxième défi à relever pour vos ambitions en matière de photogrammétrie est la météo. Ou, pour être plus précis, les conditions de luminosité. L’obscurité, la couverture nuageuse, la poussière, etc. peuvent avoir un impact négatif sur la qualité des résultats de vos relevés.
En matière de traitement des données, vous ne pouvez mesurer que ce que vous pouvez voir clairement. Cela signifie que les vols avec une visibilité limitée – que ce soit en raison de la végétation, des ombres ou de l’heure de la journée – produiront moins de points au sol et des cartes et modèles moins précis.

Quand choisir le LiDAR ?

Le LiDAR est recommandé si vous devez cartographier un terrain complexe avec un pourcentage élevé de couverture végétale. Grâce à ses mesures directes qui pénètrent entre les feuilles, les branches et les arbres, vous pouvez construire des nuages de points topographiques précis avec les données obtenues.
Cette technologie est également idéale pour mesurer avec précision des objets tels que des câbles, qui sont généralement trop fins pour être reconnus par toute autre méthode.
Le LiDAR devrait également être votre méthode de choix si la tâche d’arpentage à accomplir exige avant tout la précision. Cette méthode n’est toutefois pas sans poser de problèmes, notamment en termes de coût et d’expertise nécessaire pour donner vie aux données.

Choisissez le LiDAR pour :
• Cartographier des terrains difficiles d’accès, complexes et envahis par la végétation
• Capturer les détails de structures fines, telles que les lignes électriques ou les bords de toits.
• Les projets où les détails et la précision sont prioritaires

Quand choisir la photogrammétrie ?

Le prix abordable de la photogrammétrie en fait une option préférable pour ceux qui sont novices en matière de levés avec des drones. Le fait d’être moins cher que le LiDAR n’est pas son seul avantage.
En fait, pour de nombreuses applications, il est préférable de s’en tenir à la photogrammétrie. C’est notamment le cas lorsque vous souhaitez travailler sur des plans à l’aide de cartes orthomosaïques, collaborer à l’aide de modèles 3D ou fournir des mises à jour accessibles sur l’avancement des projets pour un coût relativement faible.

Choisissez la photogrammétrie pour :
• Des numérisations riches en contexte, accessibles et nécessitant un minimum de post-traitement et d’expertise.
• Des cartes et des modèles faciles à comprendre pour des yeux non entraînés.
• Les ensembles de données qui nécessitent une évaluation visuelle

LiDAR ou photogrammétrie : Qu’est-ce qui est le plus précis ?

Tout comme les nuages de points en couleur obtenus par le DJI L1, la réponse n’est pas aussi simple que le noir et blanc.
Le LiDAR a tendance à produire des numérisations plus détaillées et plus précises que la photogrammétrie. De plus, comme il fonctionne bien malgré les difficultés environnementales (faible luminosité ou végétation abondante), il est idéal pour les scénarios dans lesquels la précision est primordiale.
Les nuages de points LiDAR peuvent être incroyablement granulaires, avec jusqu’à 500 points par mètre carré et une précision d’élévation verticale de moins de trois centimètres. Une densité élevée de points de données se traduit par un ensemble de données plus robuste, ce qui vous donne une plus grande souplesse dans le traitement de vos résultats.
Cela ne veut pas dire que la photogrammétrie est intrinsèquement imprécise. Si votre terrain est relativement simple et exempt de végétation dense, vous pouvez toujours construire des cartes et des modèles très détaillés, en particulier si vous utilisez également un module de positionnement RTK.

LiDAR vs Photogrammétrie : Les données

Le LiDAR et la photogrammétrie sont des méthodes fondamentalement différentes de collecte de données.
Avec le LiDAR, vous obtenez des milliers de points de données qui forment un nuage de points 3D décrivant le terrain en question. Vous devrez incorporer la couleur de jeux de données distincts pour le transformer en quelque chose de visuellement accessible.
Avec la photogrammétrie, vous obtenez des centaines ou des milliers d’images qui doivent être traitées et assemblées pour produire quelque chose de valable, qu’il s’agisse d’un nuage de points 3D, d’une carte ou d’un modèle navigable.
Le traitement LiDAR en nuage n’est pas aussi répandu ou accessible que les logiciels de photogrammétrie en nuage. Cela signifie que vous devrez faire appel à un spécialiste sur place qui pourra transformer ces données brutes en quelque chose d’exploitable, en plus du logiciel approprié.

Solutions de photogrammétrie de DJI

Phantom 4 RTK

Le Phantom 4 RTK offre aux géomètres professionnels un équilibre idéal entre prix, précision et accessibilité.
Grâce à son capteur cinétique en temps réel (RTK) embarqué, les photos sont géolocalisées automatiquement et corrigées par rapport aux points de contrôle au sol avec une précision centimétrique.
Le Phantom 4 RTK représente un investissement de lancement intelligent, quels que soient vos besoins en matière de levés.

Matrice 300 RTK + P1

Ce combo est la solution phare de DJI en matière de photogrammétrie. Le P1 est une charge utile de photogrammétrie avancée avec un capteur plein format et des objectifs interchangeables à focale fixe. Un obturateur mécanique global et des fonctions logicielles, notamment la capture oblique intelligente, en font un outil idéal pour les vols de photogrammétrie à grande échelle. Utilisé avec le M300 RTK, le P1 permet aux géomètres de couvrir 3 km2 en un seul vol et d’obtenir des résultats précis de 3 cm horizontalement et 5 cm verticalement sans GCP.

Solutions LiDAR de DJI

Matrice 300 RTK + L1

Le L1 abrite un module LiDAR Livox, un IMU de haute précision et une caméra avec un CMOS de 1 pouce sur un cardan stabilisé sur 3 axes. Avec une précision verticale de 5 cm et une précision horizontale de 10 cm, et la capacité de couvrir 2 km2 en un seul vol, la Matrice 300 RTK, la L1 et DJI Terra forment ensemble une solution de relevé complète qui offre des données 3D, des détails de structures complexes et des reconstructions visuelles précises.

Dernières réflexions

Évaluer le LiDAR et la photogrammétrie comme deux méthodes de capture de données concurrentes n’est pas l’approche la plus instructive. Comme nous l’avons évoqué, l’une n’est pas nécessairement meilleure que l’autre. En fin de compte, c’est la tâche à accomplir qui déterminera la meilleure solution.
Si le contraste, l’éclairage, le sujet et les conditions sont en votre faveur, la photogrammétrie est probablement plus qu’adéquate pour le travail. Mais pour les projets de cartographie exigeants, où la précision de l’élévation, les structures complexes ou les terrains partiellement cachés sont en jeu, le LiDAR est probablement la meilleure solution.
Bien sûr, le coût et l’expérience de votre équipe joueront également un rôle important dans la décision entre les deux. Bien que les dernières charges utiles de DJI, le P1 et le L1, témoignent du caractère de plus en plus abordable et accessible de la technologie d’arpentage.
En fin de compte, les professionnels sur le terrain devront devenir adeptes des deux technologies à mesure que les drones qui les portent deviennent plus sophistiqués.