Numérisation LiDAR mobile : Tout ce que vous devez savoir
Qu’est-ce que la numérisation LiDAR mobile et comment fonctionne-t-elle ?
Il s’agit d’une méthode d’acquisition de données qui utilise une plateforme en mouvement continu pour collecter rapidement et avec précision des données ponctuelles en 3D de qualité topographique.
C’est plus qu’un simple scanner laser monté sur une plate-forme mobile : un seul système de balayage mobile intègre des caméras, des capteurs, un système de positionnement et d’orientation et une unité de contrôle.
Processus de saisie des données, composants du système et résultats finaux
Le processus de capture des données fonctionne comme suit : pendant que la plate-forme se déplace, chaque scanner laser émet des faisceaux laser pour capturer les surfaces de la route et les objets situés au-dessus et à côté de la route.
La course de l’impulsion permet de calculer la distance entre le capteur et l’objet.
Outre la mesure des distances, le scanner laser enregistre également l’angle de balayage et l’intensité du retour.
Les coordonnées 3D de chaque point sont fournies par l’unité de navigation inertielle (INS) du système, qui combine une antenne GNSS intégrée et une unité de mesure inertielle (IMU).
Une unité de mesure inertielle est un dispositif de navigation qui détermine en permanence la vitesse et l’orientation d’une plate-forme en mouvement.
Ces données sont nécessaires pour positionner le système de balayage et les données qu’il capture.
Un logiciel spécialisé peut utiliser ces données de localisation pour stocker et visualiser tous les points dans un nuage de points 3D unique.
Outre les scanners qui détectent les objets et les surfaces, un système de balayage LiDAR mobile contient des caméras qui facilitent la visualisation des actifs par rapport aux données de balayage.
Lorsque le véhicule suit une trajectoire déterminée, les scanners collectent des millions de points de données qui permettent d’obtenir un nuage de points 3D très précis et dense de la zone environnante.
Quand la numérisation LiDAR est-elle considérée comme mobile ?
L’ajout du mot « mobile » dans l’expression « balayage LiDAR mobile » signifie qu’une plate-forme mobile est utilisée pendant le balayage.
Cette plate-forme mobile la différencie du balayage laser statique, où un scanner laser collecte des nuages de points 3D à partir d’une position fixe.
Le balayage LiDAR mobile exige que la plate-forme mobile sur laquelle le scanner est monté soit basée sur la Terre.
Par conséquent, le LiDAR par drone n’est pas une forme de balayage LiDAR mobile, mais une sous-catégorie du balayage LiDAR aérien.
La plateforme la plus populaire pour la numérisation LiDAR mobile est un véhicule (voiture ou camionnette), mais aujourd’hui le LiDAR mobile est également utilisé sur des trains, des sacs à dos, des cyclomoteurs ou même des bicyclettes.
Le choix d’une plate-forme ou d’une autre dépend de multiples facteurs, tels que l’application, la précision requise des données, les spécificités de la zone d’intérêt (comme sa taille), le budget et le temps.
Les exemples de numérisation LiDAR mobile présentés dans cet article se concentrent principalement sur la numérisation à partir de voitures, car il s’agit du premier type de numérisation laser mobile à avoir vu le jour, et c’est encore la plateforme la plus populaire aujourd’hui.
La numérisation LiDAR mobile a rendu l’arpentage et la cartographie des petits villages beaucoup plus faciles et efficaces.
Quelle est la différence entre le balayage laser mobile (MLS) et la cartographie mobile ?
Les termes « mobile mapping » et « mobile mapping system » ne doivent pas être confondus avec « mobile LiDAR scanning » ou « mobile laser scanning » (MLS).
Les termes « mobile mapping » et « mobile mapping system » ont été popularisés par des entreprises technologiques telles que Google, Microsoft, Apple et de nombreuses autres entreprises qui capturent et vendent des images panoramiques à 360 degrés de l’environnement.
Ces images sont capturées à l’aide de caméras, souvent en combinaison avec d’autres technologies de capture de données qui peuvent inclure ou non le LiDAR.
Comme il n’existe pas de définition stricte de ce qu’est un système de cartographie mobile, il est préférable d’utiliser le terme de balayage laser mobile ou de balayage LiDAR mobile lorsque l’objectif principal est de capturer des nuages de points en 3D.
Lorsque l’objectif principal est de capturer des images panoramiques, il est préférable d’utiliser le terme « cartographie mobile ».
L’évolution de la numérisation LiDAR mobile
Les premiers systèmes mobiles de balayage LiDAR embarqués sont devenus opérationnels vers 2003 pour l’arpentage et la cartographie en 3D de scènes routières.
Depuis lors, cette technologie de relevé a connu une évolution constante et rapide : aujourd’hui, les systèmes de balayage LiDAR mobiles embarqués sont largement utilisés pour créer des cartes en 3D des villes et des réseaux routiers, entre autres applications.
Le balayage LiDAR mobile offre plusieurs avantages par rapport aux méthodes traditionnelles d’arpentage, en particulier dans les zones urbaines
Au fil du temps, de nouvelles plateformes ont été introduites pour répondre à la demande de nouveaux cas d’utilisation et accéder à des lieux intérieurs et extérieurs où la cartographie aérienne, terrestre statique et mobile basée sur des véhicules n’est pas envisageable.
Par exemple, les sites sportifs, les centres commerciaux, les bâtiments historiques, les tunnels souterrains et les usines sont scannés plus rapidement par une seule personne équipée d’une plate-forme de numérisation LiDAR mobile dans un sac à dos que par une équipe de géomètres utilisant une station totale ou des scanners laser statiques.
Les cyclomoteurs et les vélos sont utilisés pour scanner les voies piétonnes où les voitures ne sont pas autorisées.
Les avantages
La numérisation LiDAR mobile est une méthode de capture de données très répandue, car elle présente de nombreux avantages par rapport à la numérisation aérienne et statique, terrestre.
Voici quelques-uns des nombreux avantages de la numérisation LiDAR mobile à partir d’un véhicule :
- Il s’agit d’une option de cartographie de haute précision, car toutes les cibles du balayage sont généralement assez proches du capteur par rapport à la cartographie aérienne.
- En termes de densité, ce type de données est beaucoup plus dense que les données LiDAR aériennes : les ensembles de données LiDAR mobiles contiennent généralement des centaines, voire des milliers de points par mètre carré.
Cela permet de cartographier à un niveau de détail très élevé dans les zones urbaines denses afin de repérer différents types d’objets. - En termes de sécurité, il n’est pas nécessaire de fermer des voies ou d’arrêter la circulation avec ce type de balayage, et cette réduction de l’impact sur la circulation permet de réduire le nombre d’équipes de terrain sur le bord de la route.
- La collecte de données LiDAR/laser peut se faire de jour comme de nuit. Il est donc possible de choisir des périodes de faible trafic plutôt que de collecter des données lorsque le trafic est dense.
Cela permet d’obtenir de meilleures données et d’accroître la sécurité. - Il est beaucoup plus rapide que le balayage terrestre.
- Il peut collecter des données obscures que les drones ne peuvent pas collecter, comme le dessous des ponts.
- Il n’y a pas de restrictions d’espace aérien ou de vol de nuit par rapport au balayage aérien.
- Par rapport à l’installation de plusieurs scanners statiques ou à l’achat d’un hélicoptère, la numérisation mobile est une solution rentable qui peut réduire les coûts globaux du projet.
Les limites
La numérisation LiDAR mobile présente également des limites :
- Il nécessite une visibilité directe en ligne droite lors de la capture des données.
Il ne fonctionnera pas dans des conditions météorologiques défavorables à la visibilité, telles que la pluie, le brouillard ou la neige. - Il ne convient pas à une utilisation sur des terrains dépourvus d’accès ou de routes.
- Les coûts d’investissement pour le matériel, les logiciels et les opérateurs qualifiés sont élevés.
Applications populaires
Voici quelques exemples d’applications populaires, classées selon les différentes plateformes disponibles :
Applications de balayage LiDAR mobile à bord d’un véhicule
Le balayage laser mobile est souvent la méthode d’acquisition de données privilégiée pour capturer des scènes 3D de villes et de réseaux routiers.
L’entretien ou la reconstruction des routes nécessite des inventaires de l’état de la chaussée, du marquage routier et des objets situés à proximité.
Ces derniers comprennent les poteaux, les sorties de réseaux souterrains telles que les grilles d’égout, les panneaux de signalisation, les lampadaires et les panneaux de guidage de la vitesse.
La haute densité de points des nuages de points LiDAR mobiles permet de cartographier à la fois les objets requis et leur état.
Outre la création de cartes et de réseaux routiers en 3D, les données de numérisation mobile peuvent également être utilisées pour créer des modèles 3D de structures, de topographie et de végétation.
Cela en fait un excellent outil pour la cartographie, la planification urbaine et la construction d’infrastructures.
La conception de réseaux de transport et la cartographie de lignes de services publics sont des exemples de cartographie de couloirs, pour lesquels la cartographie mobile est utile car le véhicule peut se déplacer le long de ce même couloir.
Les données de numérisation mobile peuvent également être utilisées pour créer des modèles 3D de structures, de topographie et de végétation.
La cartographie mobile est idéale pour la conception de réseaux de transport et la cartographie des services publics.
Applications LiDAR mobiles pour les trains et les sacs à dos
D’autres plateformes présentent leurs propres avantages.
Par exemple, le LiDAR est utilisé dans les trains pour identifier les défauts de l’infrastructure, les menaces pour l’environnement et d’autres problèmes de maintenance.
Comme pour le balayage laser sur véhicule, les trains sont des plateformes idéales pour analyser les conditions du terrain, l’état de l’infrastructure et leur environnement.
La cartographie des paysages souterrains tels que les tunnels est désormais possible à l’aide de scanners laser portatifs.
La cartographie 3D précise des espaces intérieurs et souterrains est devenue une réalité grâce à une approche appelée localisation et cartographie simultanées (SLAM), qui utilise une diversité de solutions pour établir une carte de l’environnement tout en localisant la plateforme qui effectue la cartographie.
Cette approche est également utilisée pour les voitures auto-conduites (véhicules autonomes).
Numérisation laser hybride mobile
Il est également possible d’utiliser une approche hybride du balayage laser pour obtenir le meilleur des deux mondes.
Le système Fly & Drive de YellowScan en est un exemple. Il s’agit d’une solution de cartographie LiDAR innovante qui intègre l’arpentage par drone et par véhicule.
Il permet de passer en toute transparence de la collecte de données aériennes à la collecte de données terrestres, offrant ainsi une couverture complète et une grande flexibilité.
Le YellowScan Fly&Drive avec le YellowScan Surveyor Ultra monté sur une voiture
Le système se compose d’un capteur LiDAR léger qui peut être monté sur des drones et des véhicules, ainsi que d’un logiciel pour le traitement et l’analyse des données.
Cette double capacité permet une cartographie topographique efficace, une gestion forestière et une inspection des infrastructures.
Le système Fly & Drive est conçu pour offrir une grande précision et une grande fiabilité, fournissant des données 3D précises dans des environnements difficiles.
Sa polyvalence le rend idéal pour les utilisateurs qui ont besoin de capturer des informations spatiales détaillées à partir de perspectives aériennes et terrestres.
Questions fréquemment posées
Qu'est-ce que la numérisation LiDAR mobile ?
Le balayage LiDAR mobile est une méthode de capture de données qui associe un scanner laser 3D à une plate-forme mobile.
L’objectif est de capturer des nuages de points 3D en continu pendant que le véhicule se déplace.
Quelle est la précision du LiDAR mobile ?
La précision des données LiDAR mobiles varie généralement de 1 à 10 cm, en fonction de facteurs tels que la qualité des capteurs LiDAR, l’intégration du GPS et de l’IMU, et les conditions de balayage.
D’autres facteurs, tels que la vitesse et les techniques de traitement des données, influencent également la précision des données.
Qu'est-ce que la cartographie SIG mobile ?
La cartographie SIG mobile fait référence à la capture de données mobiles pour les flux de travail SIG, tels que les flux de travail basés sur l’inspection.
Un exemple est une base de données spatiale de tous les feux de circulation d’une ville, contenant les emplacements, l’imagerie et les métadonnées de tous les éléments (tels que l’état de chaque élément).
Les systèmes de cartographie mobile acquièrent des images panoramiques afin que les analystes SIG puissent évaluer l’état de tous ces éléments au fil du temps, à mesure que de nouvelles données sont acquises.
À quoi sert le LiDAR mobile ?
Le LiDAR mobile est souvent la méthode d’acquisition de données privilégiée pour capturer des scènes 3D de villes et de réseaux routiers.
Outre la création de cartes et de réseaux routiers en 3D, les données de numérisation mobile peuvent également être utilisées pour créer des modèles 3D de structures, de topographie et de végétation.
Cela en fait un excellent outil pour la cartographie, la planification urbaine et la construction d’infrastructures.
Ressources :
- « Introduction à la Pointcloudmetry : Nuages de points issus du balayage laser et de la photogrammétrie », par Matthias Lemmens (Whittles Publishing, 2023)
- Webinar : Un aperçu du traitement des données LiDAR et d’imagerie mobile
- Naviguer dans les profondeurs : La puissance des scanners laser portables dans la cartographie des tunnels souterrains
- La compagnie britannique Northern va équiper ses trains de la technologie de balayage LIDAR
