La cartographie par drone : un guide étape par étape avec Tim Durham

La photogrammétrie par drone est utilisée dans divers secteurs, de l’arpentage à la construction en passant par l’archéologie, l’immobilier, l’assurance et la criminalistique. Avec les progrès technologiques, la cartographie aérienne devient de plus en plus abordable et accessible. Les innovations en matière de technologie des drones et de logiciels spécialisés rendent le processus d’arpentage plus rapide, plus facile et plus efficace.

Malgré son accessibilité, la technologie reste un domaine complexe avec de nombreuses nuances. Dans cet article de blog, nous allons vous présenter l’ensemble du processus de cartographie RTK par drone à partir de zéro, en utilisant l’exemple de Tim Durham, propriétaire et pilote en chef de Midsouth Drone Services et de Drone Mapping Tools.

Tim montre comment créer un modèle 3D d’une vieille grange vouée à la démolition, en préservant sa structure sous forme numérique. Pour ce faire, il utilise la base Emlid RS2+, le rover Reach RX et un drone DJI Matrice 300 RTK équipé d’une caméra P1. Bien que la cartographie 3D implique des photos supplémentaires, les principes de base sont les mêmes que pour la cartographie par drone standard.

Qu’est-ce que la cartographie par drone

La cartographie par drone est une technique qui utilise des drones équipés de caméras pour étudier des zones et recueillir des données géospatiales très précises. Pour commencer, vous planifiez la mission de vol dans un logiciel spécialisé afin de vous assurer que le drone couvre toute la zone. Pendant le vol, la caméra du drone capture des images de chaque élément à intervalles réguliers. L’objectif est de créer une orthomosaïque, c’est-à-dire une carte détaillée et sans faille, assemblée à partir de ces images à l’aide d’un logiciel de post-traitement.

Pour garantir un alignement précis, vous avez également besoin d’un minimum de 5 points de contrôle au sol (GCP) et davantage pour les zones plus étendues. Les GCP sont des points spécifiques marqués au sol dont les coordonnées sont connues, déterminées par des levés RTK avant ou après le vol. Ces cibles doivent être conçues pour contraster avec leur environnement et être suffisamment grandes pour être clairement visibles sur les images du drone. Ils ne sont généralement pas plus petits que 75 cm (18 in). Agissant comme des points de référence, les GCP permettent d’aligner et de positionner avec précision la carte dans l’environnement réel.

Exigences pour la mise en place de la mission du drone

La configuration de base d’une mission de cartographie par drone comprend généralement les éléments suivants :

• Une station de base pour envoyer des corrections au drone RTK,
• Un drone RTK pour la cartographie aérienne,
• Un rover pour la collecte de GCP,
• 4-5 points de contrôle au sol (GCP) pour aligner et positionner avec précision la carte dans l’environnement. Les zones plus étendues en nécessitent davantage.
• Un logiciel de planification de mission et de contrôle de vol pour drones.
• Un logiciel de photogrammétrie permettant de traiter des images numériques et de générer des données spatiales en 3D.

Cependant, chaque projet a ses propres exigences, ce qui nécessite des configurations différentes. L’installation de Tim comprend une base Emlid RS2+ pour envoyer des corrections à son drone DJI Matrice 300 RTK avec une caméra P1, un rover Reach RX pour capturer des GCP, plusieurs GCP, un logiciel de planification de vol DJI, un logiciel de photogrammétrie DJI Terra. Vous pouvez en savoir plus sur l’intégration de Reach avec les drones DJI RTK dans notre documentation.

La cartographie par drone en action

Now, let’s go over the entire process from scratch using Tim’s example of preserving the old barn’s structure in the digital format before demolition. While some steps may vary slightly, the core process remains the same for all aerial mapping activities.

Mise en place de la base

En arrivant sur place, votre première tâche consiste à installer la base qui transmettra les corrections au drone. Pour des données géoréférencées précises, qui sont liées à un emplacement spécifique sur Terre à l’aide d’un système de coordonnées, vous devez les positionner au-dessus d’un point connu. Cela peut se faire en utilisant un point de contrôle déjà établi ou, dans la plupart des cas, en le mettant en place soi-même. Pour en savoir plus sur les méthodes de configuration de base, consultez les guides dans notre documentation en ligne.

Tim configure sa base Reach RS2+ comme un rover pour recevoir les corrections d’un réseau CORS du Mississippi (NTRIP) et collecte ensuite le point en utilisant l’option de calcul de la moyenne pendant 8 minutes. Ce point de contrôle fournit des coordonnées terrestres fixes, permettant de relier les images aériennes à des emplacements réels. Cette étape permet de s’assurer que la carte est alignée avec précision sur les autres données géospatiales, prête à être intégrée dans les systèmes de cartographie et de GIS.

Préparation des GCP

Tout en collectant le point de contrôle, Tim met en place plusieurs GCP autour de la grange. Ces cibles, qui contrastent avec la zone environnante, ressortent sur les images du drone et permettent d’aligner et de positionner avec précision la carte dans l’environnement réel. Pour les cibles placées à proximité de véhicules ou d’activités humaines, Tim peint de petites marques sur le sol à l’angle du GCP afin de vérifier qu’ils n’ont pas été déplacés depuis leur placement.

Pour obtenir une grande précision et un alignement parfait de la carte, vous devez garder à l’esprit les points suivants lorsque vous placez des GCP :

• Utilisez un bipied pour une perche d’arpentage : le moindre contact avec la perche d’arpentage peut faire bouger le rover pendant l’enregistrement des coordonnées du point. Il est préférable d’utiliser un bipied pour s’assurer que le rover reste immobile pendant l’enregistrement du point. Vous pouvez également utiliser Reach RS3 avec la fonction de compensation de l’inclinaison et le laisser éliminer ces erreurs.
• Prenez 5 à 10 secondes lors de la collecte du point : lorsque vous enregistrez les coordonnées de vos GCP, faites la moyenne de leurs positions pendant 5 à 10 secondes. Les récepteurs Reach fournissent une solution de positionnement fiable, mais il est préférable de s’assurer que la solution est mise à jour avec précision.
• Utilisez suffisamment de GCP : en fonction de la taille de la zone d’étude, prévoyez environ 5 GCP.
• Assurez la visibilité : les GCP doivent être de grande taille et très visibles, contrastant avec leur environnement. Le centre de chaque GCP doit également être clairement indiqué.
• Répartissez uniformément les GCP : espacez les GCP dans la zone. Pour les terrains présentant des variations d’altitude de 50 à 100 mètres, placez les GCP plus près les uns des autres pour tenir compte des variations. Si vous utilisez 5 points, placez-en un à chaque coin et un au centre.
• Créez vos propres points de contrôle sur site : outre les GCP, il est également utile de vérifier vos données à l’aide de certains éléments distinctifs permanents du site. Il peut s’agir d’un coin de trottoir bien visible ou d’autre chose. S’il n’y a pas de signes distinctifs « naturels » sur le site, créez les vôtres. Il peut s’agir, par exemple, d’une barre d’armature enfoncée dans le sol qui sert de point de contrôle pour les images d’entrée et de sortie. Peindre le GCP ou le point de contrôle sur le sol ou la chaussée est un moyen efficace de créer une cible sans avoir à revenir plus tard pour la ramasser.

Collecte des positions des PCG

L’étape suivante consiste à collecter les positions des GCP, ce qui peut être fait avant ou après le vol. L’essentiel est de les rassembler dans le bon système de coordonnées et avec une solution FIX. Ils seront nécessaires pour le traitement des données dans le logiciel de photogrammétrie. Tim complète cette étape après le vol en utilisant le Reach RX qui reçoit les corrections du réseau de corrections du Mississippi. Vous pouvez également faire la même chose avec Reach RS2+. Consultez le Guide de préparation des points de contrôle au sol pour la cartographie PPK par drone pour en savoir plus sur le placement et la mesure des points de contrôle au sol.

Mise en place d’une connexion RTK entre la base et le drone

Pour capturer des images avec une précision centimétrique, vous devez établir une connexion RTK entre la base et le drone. Tim utilise comme position de sa base un point défini manuellement, qu’il a préalablement collecté à l’aide de la fonction de calcul de la moyenne, et souligne l’importance d’une double vérification avant le vol. Ensuite, il établit le lien de correction entre la base et le rover via Emlid Caster pour un positionnement précis.

Lorsque vous utilisez une connexion RTK via Emlid Caster, assurez-vous qu’il y a un service cellulaire fiable dans la région. Si le service cellulaire n’est pas disponible, envisagez d’utiliser une option locale NTRIP comme alternative.

Les deux méthodes sont décrites dans le Guide d’intégration du drone RTK DJI et de la base Reach RS2/RS2+.

Configurer le vol du drone

L’étape suivante consiste à configurer les paramètres de votre drone dans le logiciel de mission et de contrôle du drone. Tim fait ce qui suit :

1. Il vérifie que son drone DJI reçoit bien les corrections du Reach RS2+ par l’intermédiaire d’Emlid Caster.
2. Il établit une mission de cartographie en définissant la zone qu’il souhaite couvrir avec une marge supplémentaire pour s’assurer que les points de contrôle au sol sont inclus.
3. Il sélectionne le modèle de caméra de son drone.
4. Il sélectionne le mode de collecte oblique pour la cartographie 3D. Dans ce mode, les images sont capturées sous un angle plutôt que directement vers le bas. En revanche, une image NADIR est prise avec la caméra pointant directement vers le bas sous le drone.
5. Il définit l’altitude de vol et l’angle de trajectoire.
6. Il définit les chevauchements de la photo : chevauchement frontal à 80 % et chevauchement latéral à 75 %. Les chevauchements frontaux et latéraux déterminent le degré de chevauchement de chaque photo avec la suivante lors du post-traitement. L’augmentation du chevauchement latéral améliore la précision du piquage en capturant davantage de caractéristiques correspondantes, mais réduit la zone couverte en un seul vol. L’augmentation du chevauchement frontal accélère la prise de photos, mais risque d’atteindre les limites techniques de l’appareil.

Tous ces paramètres sont ajustés en fonction des conditions spécifiques de la mission de vol.

Maintenant, tout est prêt pour le vol. Tim effectue deux vols, l’un en suivant la mission configurée et l’autre manuellement, en descendant de l’altitude fixée à un niveau inférieur pour obtenir une bonne représentation des caractéristiques et des détails de la façade de la grange.

Traitement des données

Grâce à son travail sur le terrain, Tim dispose des données suivantes à traiter au bureau, qui deviendront plus tard un modèle 3D de la grange et de la zone environnante :

• Ensemble d’images avec données EXIF provenant de son drone DJI
• Fichier CSV avec les positions des GCP

L’une des choses les plus importantes à garder à l’esprit lors du post-traitement des données obtenues est la mise en place d’un système de coordonnées correct pour le projet. Le choix doit être basé sur le système de coordonnées de la base et pris en compte lors de l’importation des images et des positions des GCPs.

Tim importe les images avec les données EXIF de son drone dans DJI Terra pour le traitement photogrammétrique. Ensuite, pour améliorer la précision globale du projet, il exporte les données EXIF et modifie les valeurs d’exactitude horizontale et verticale à 1 mètre dans Excel, en veillant à ce que le logiciel privilégie la précision des points de contrôle par rapport aux données d’image. Bien que cet ajustement ne soit pas standard, il s’agit d’une pratique courante en photogrammétrie pour s’assurer que les points de contrôle guident le traitement, ce qui permet d’obtenir une meilleure exactitude globale.

Optimisation de la précision avec les données des GCP

Ensuite, il téléverse les données EXIF corrigées et importe les données GCP collectées avec Reach RX, qui auront la priorité sur les données EXIF afin d’améliorer encore l’exactitude du projet. Lorsqu’il travaille avec des GCP, Tim s’assure que leurs positions sont enregistrées avec précision et, si nécessaire, les optimise à l’aide des outils de DJI Terra. Les GCP sont ensuite mis en correspondance avec les données des images et utilisés pour effectuer des ajustements fins, en alignant les coordonnées de l’image sur les points de contrôle au sol. En outre, Tim utilise un point de contrôle, qui est facilement perçu comme un objet fixe dans la zone d’arpentage, pour surveiller visuellement toute distorsion lors de l’obtention du modèle prêt à l’emploi.

Pour s’assurer que toute la zone est couverte, Tim téléverse également un fichier KML avec la région d’intérêt étudiée afin de filtrer les données excédentaires qu’il a créées lors de la collecte des GCP avec Reach RX.

Enfin, le modèle 3D est rendu avec des vues détaillées et immersives, qui peuvent être partagées en ligne via DJI Modify.

Tutoriel vidéo de Tim Durham

Si vous préférez la vidéo, consultez le tutoriel de Tim, qui présente étape par étape l’ensemble du processus de cartographie 3D.

Quels récepteurs Reach utiliser pour la cartographie par drone

Les stations de base Reach RS2+ et Reach RS3 sont parfaites pour un drone RTK. Elles proposent deux options d’intégration. Reach peut envoyer des corrections NTRIP via Emlid Caster via Internet ou en utilisant l’option NTRIP local dans Emlid Flow sans connexion à Internet. Vous pouvez également enregistrer des données pour les sauvegarder au cas où certaines images seraient prises dans la solution flottante ou même dans une solution unique en raison d’interférences électromagnétiques pendant le vol, et les post-traiter dans Emlid Studio pour améliorer la solution.

Pour collecter les GCP, vous pouvez utiliser Reach RX ou Reach RS3. Reach RX est un choix parfait si vous travaillez dans une zone urbaine et que vous avez besoin d’un appareil léger et compact. Il accède aux corrections du réseau en utilisant la connexion internet de votre smartphone ou de votre tablette, ce qui vous permet de collecter des points de contrôle au sol en un instant. Avec Reach RS3, vous pouvez travailler dans n’importe quelle zone. Il reçoit des corrections d’un service NTRIP par radio LoRa et de bases tierces supportant le protocole TrimTalk par radio UHF. Reach RS3 offre également une fonction de compensation de l’inclinaison qui simplifie l’implantation et permet d’obtenir des résultats de qualité, même dans les endroits difficiles d’accès.

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