Comment fonctionne le LiDAR ?

1. Comprendre le fonctionnement du LiDAR

La détection et la télémétrie par ondes lumineuses (LiDAR) est une technologie similaire au radar, qui utilise un laser au lieu d’ondes radio.

Le principe du LiDAR 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 à l’aide de la formule « Distance = (Vitesse de la lumière x Temps écoulé) / 2

Ce processus est répété des millions de fois par les instruments LiDAR et aboutit à la production d’une carte complexe de la zone étudiée, connue sous le nom de nuage de points 3D.

2. Comprendre la construction d’un système LiDAR

L’équipement nécessaire pour mesurer un million de distances entre les capteurs et les points de la surface est un système LiDAR. Cette technologie avancée fonctionne très rapidement puisqu’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
Les systèmes LiDAR émettent une lumière laser à partir de 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) et mesure les distances et les angles. La vitesse de balayage influence le nombre de points et d’échos mesurés par un système LiDAR. Le choix de l’optique et du scanner influe considérablement sur la résolution et la portée du système LiDAR.

2. Systèmes de navigation et de positionnement
Qu’un capteur LiDAR soit monté sur un avion, une voiture ou un UAS (système aérien sans pilote), il est essentiel de déterminer la position et l’orientation absolues du capteur afin de s’assurer que les données capturées sont utilisables. 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 appareils sont ensuite utilisées pour générer des données en points statiques : la base du nuage de points de la cartographie 3D.

3. Technologie informatique
Afin d’exploiter au mieux les données, des calculs sont nécessaires pour faire fonctionner le système LiDAR en définissant la position précise de l’écho. Elle est nécessaire pour la visualisation des données en vol ou le post-traitement des données, ainsi que pour augmenter la précision et l’exactitude du nuage de points de la cartographie 3D.

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

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

GNSS : la station de référence GNSS (terrestre) et le 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 ?

Les piles : Les piles sont-elles internes ou externes ? Quelle est l’autonomie nécessaire pour couvrir la surface que vous souhaitez cartographier ?

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

Fichier de données : Quel est le format du fichier de données généré ?

Post-traitement des données : Est-il facile d’utiliser les données et de livrer le meilleur nuage de points 3D à votre client final ? Classification, colorisation, génération de MNT, orl ? Que faire des données post-traitées ?

4. Découvrir les applications LiDAR des drones

Énergies et services publics: étude des lignes électriques pour détecter les problèmes d’affaissement des lignes ou pour planifier les activités d’élagage

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

Construction et ingénierie: cartographie pour faciliter le nivellement, planification et optimisation des infrastructures (routes, chemins de fer, ponts, pipelines, terrains de golf) ou rénovation après des catastrophes naturelles, étude de l’érosion des plages pour élaborer un plan d’urgence.

Archéologie: cartographier le couvert forestier pour accélérer les découvertes

Foresterie: cartographie des forêts pour optimiser les activités ou faciliter le comptage des arbres

Recherche environnementale: mesure de la vitesse de croissance, propagation des maladies

5. Découverte d’un drone pour la cartographie LiDAR

En savoir plus sur les drones DJI pour la cartographie LiDAR tels que le DJI M600 ou le DJI M300.

Il n’est pas facile de choisir le bon drone pour vos prochains relevés LiDAR. En savoir plus sur le choix de votre drone pour démarrer vos opérations LiDAR.

Découvrez les caractéristiques d’une bonne intégration UAV LiDAR.