LiDAR

La technologie LiDAR embarquée sur drone

La technologie LiDAR est une technique de télédétection par laser qui permet de cartographier un environnement en 3D à l’aide d’un géoréférencement direct précis.
Elle est utilisée dans de nombreuses applications : agriculture de précision, foresterie, mines et carrières, routes et chemins de fer, inspection des infrastructures et des lignes électriques, ainsi qu’en archéologie.

 

Le POD LiDAR compatible drone aérien, bathymétrique et terrestre

système LiDAR

lidar bathymétrie

Hélicéo développe son propre système LiDAR

Nos experts géomaticiens ont uni leurs compétences pour vous proposer un système LiDAR clé en main et performant. Le développement de cette solution a notamment été appuyé par les travaux de recherche de l’ESGT (Ecole Supérieure des géomètres et topographes) avec son laboratoire GeF (Géomatique et Foncier).

Le POD LiDAR Hélicéo intègre les meilleurs composants du marché en termes de géoréférencement direct et de traitement des données avec la carte Trimble Applanix et la suite de logiciels POSPac et Trimble RealWorks. Nous sommes aujourd’hui partenaire avec les plus grands fournisseurs de tête LiDAR au niveau mondial.

Structuré autour d’un châssis carbone, le POD LiDAR Hélicéo vous garantit un faible encombrement ainsi qu’une plus grande durée de mission. Avec le développement de la connectique universelle « HConnect », il s’embarque très facilement sur tous les drones Hélicéo et sur la bathymétrie. Il est également compatible avec la gamme Matrice 600 de DJI. Par ailleurs, son système astucieux de fixation 4 points « Quick Attach » et la technologie « Press & Record » le rendent opérationnel en quelques secondes. Ce système LiDAR est garanti IP67 puisqu’il est parfaitement étanche aux projections d’eau et à la poussière.

Monté sur des amortisseurs anti-vibratoires, le POD LiDAR vous apporte un nuage de points de qualité, exempt des bruits parasites générés par le drone. Son association avec le SuperFox6 ou la SuperBathy permet d’obtenir un calcul très précis du bras de levier de l’antenne GNSS. Par conséquent, cela améliore le géoréférencement de votre nuage de points.

Grâce à la fonction étanche « external storage », vos données sont stockées sur une memory stick fournie avec le système. Cela réduit les risques liés aux manipulations du drone comme les rayures du capteur ou les chutes. Dès la fin de l’atterrissage, vos données sont prêtes pour l’exploitation.

Le Lynx16 : l’un des POD LiDAR les plus économiques du marché

Le POD LiDAR Lynx16 est reconnu comme étant l’une des solutions les plus économiques du marché. En effet, il s’adresse aux équipes qui souhaitent scanner des zones urbaines ou extra-urbaines avec un budget restreint. Il est compatible avec la plupart des drones du marché comme le DJI Matrice 600 Pro. Particulièrement conviviale, avec sa technologie « press & record », le Lynx16 vous garantit une mise en œuvre en quelques secondes. Immédiatement après l’atterrissage, une clé USB vous permet de récupérer l’intégralité de votre mission.
D’autre part, le Lynx16 dispose de 16 faisceaux et d’une portée maximum de 75 m. Grâce à son double écho, il peut capter jusqu’à 600,000 points par seconde. Son champ de vision horizontal est à 360° et son champ de vision vertical à 30°. Puissant et intelligent, il est donc la solution idéale pour tout type de mission.

Le Puma32 : la solution LiDAR polyvalente pour un nuage de points haute densité

Imaginé par nos équipes pour des besoins accrus de précision, le Puma32 permet d’obtenir des nuages de point avec une densité multipliée par deux. Il utilise la même technologie « press & record » que son frère le Lynx16.
Le Puma32 possède 32 faisceaux et une portée maximum de 200 m. Grâce à son mode de double écho, il peut générer environs 1,2 millions de points par seconde. L’implantation plus dense des faisceaux permet donc une résolution plus élevée sur des distances plus longues. Son champ de vision horizontal est à 360° et son champ de vision vertical à 40°.

lidar aéroporté

 

Les caractéristiques des systèmes LiDAR Hélicéo

 

POD LiDAR Lynx16 Puma32
SPÉCIFICATIONS DU CAPTEUR
Nombre de faisceaux 16 faisceaux 32 faisceaux
Portée 100 m 200 m
Précision + ou – 3 cm + ou – 3 cm
FOV Vertical +15,0° à -15,0° (30°) -25° à +15° (40°)
FOV Horizontal 360° 360°
Résolution angulaire (verticale) 2,0° 0,33°
Résolution angulaire (horizontale) 0,1° – 0,4° 0,1° – 0,4°
Taux de rotation 5KHz – 20 KHz 5KHz – 20 KHz
SPÉCIFICATIONS DU LASER
Classification du produit laser

Classe 1
(sans danger pour les yeux selon
IEC60825-1 2007 & 2014)

Classe 1
(sans danger pour les yeux
selon IEC60825-1 2014)
Longueur d’onde 903 nm 903 nm
SPÉCIFICATIONS MÉCANIQUES, ÉLECTRIQUES & OPÉRATIONNELS
Poids 1,7 Kg 1,795g
Protection environnementale IP67
(protection contre la poussière
et les effets de l’immersion temporaire)
IP67
(protection contre la poussière
et les effets de l’immersion temporaire)
Sorties – Simple écho : ~300,000 points par sec
– Double échos : ~600,000 points par sec
– Simple écho : ~600,000 points par sec
– Double échos : ~1,200,000 points par sec
SPECIFICATIONS GNSS
Nombre d’antennes 1 2
SPECIFICATIONS IMU
Débit de données IMU 200 Hz 200 Hz

 

point density lidar

 

Comment fonctionne le LiDAR ?

 

Qu’est-ce qu’un LiDAR ?

Le LiDAR (Light detection and ranging) est un outil de mesure à distance par la lumière. Ce dispositif s’appuie donc sur le principe de télédétection laser par télémétrie. Des lasers sont envoyés dans différentes directions sur 360°. Chaque faisceau de lumière se réfléchit sur un ou plusieurs objets, puis revient jusqu’au récepteur. En calculant le temps écoulé entre l’émission de l’impulsion et sa réception et en connaissant la vitesse de la lumière, le système LiDAR peut ainsi mesurer la distance entre la source et la cible.

Votre POD LiDAR se compose de cinq éléments :

Tout d’abord, le capteur émet et reçoit les impulsions lasers. Il envoie des faisceaux lumineux dans toutes les directions et peut ainsi couvrir l’environnement sur 360°. Le LiDAR intègre aussi un système de positionnement GPS qui récupère des données GNSS. Grâce à ce dispositif, vous pouvez déterminer la position du POD dans l’espace en x, y et z à quelques centimètres près. La centrale inertielle ou IMU mesure l’orientation précise du drone pour chaque point relevé. Elle enregistre tous les mouvements du drone et peut donc corriger les données acquises pour plus de précision.

L’informatique et l’électronique embarqués permettent de stocker les données acquises durant le vol au travers d’algorithmes développés par Hélicéo. Elles assurent également la fusion des données inertielles (IMU), GNSS, et LiDAR afin de produire un nuage de points cohérent et précis. Héritage de la version HASK photogrammetrique développée par Hélicéo depuis 2014, le logiciel HASK LiDAR assure la fusion de données LiDAR mais surtout l’intégration des bras de levier mécanique GNSS et IMU afin d’obtenir une précision absolue de +- 3cm. Le HASK intègre un visualiseur en temps réel lors du traitement du nuage de points.

drone lidar

 

Comprendre le fonctionnement du LiDAR en 5 étapes

1) L’émission de l’impulsion laser : le LiDAR émet une impulsion laser sur une cible.

2) L’enregistrement du signal rétrodiffusé : le laser est réfléchi par l’objet cible et revient vers la source d’impulsion LiDAR. Ce processus est répété en continu pour produire une cartographie 3D complète de la zone étudiée.

3) La mesure de la distance : on mesure le temps de parcours du laser et donc plus précisément, le délai écoulé entre l’émission et la réception de l’onde laser par le LiDAR. Le calcul à effectuer est le suivant : distance = temps de parcours x vitesse de la lumière.

4) La récupération de la position et de l’altitude du drone : le système de navigation et de positionnement GNSS fournit des informations géographiques précises concernant la position du capteur (latitude, longitude, hauteur) et l’unité de mesure inertielle (IMU) définit son orientation précise. Les données enregistrées permettent ainsi de générer la base du nuage de points.

5) Le traitement des données : les données recueillies par le LiDAR peuvent être visualisées et traitées dans un logiciel comme Trimble RealWorks par exemple.

 

Quels sont les 6 avantages du LiDAR sur la photogrammétrie ?

 

1# Obtenez un nuage de points géométriquement parfait et 100% fiable

Point sombre des missions photogrammétriques, la reconstruction géométrique est fréquemment mise en échec. Cela génère des problèmes lors de la restitution de l’orthophoto (Par exemple : problème d’alignement ou de superposition des nuages de point aberrants).
Grace à l’exactitude des données LiDAR, les distorsions géométriques sont totalement éliminées. Par conséquent, cela garantit une précision homogène sur toute la surface de la mission. D’autre part, le LiDAR possède une densité d’échantillonnage plus forte qu’en photogrammétrie, ce qui améliore considérablement les résultats.

2# Supprimez les points d’appui au sol

Grâce à la centrale inertielle de très haute précision et au système de navigation GNSS RTK/PPK, vous pouvez vous affranchir de la stéréo préparation. Celle-ci consiste à mettre des cibles au sol et à les mesurer à la canne GNSS. En photogrammétrie, cette opération peut prendre plusieurs heures alors qu’elle est inutile pour les missions LiDAR. Ainsi, cela augmente considérablement votre productivité.

 

3# Multipliez vos opportunités de marché avec le LiDAR

Les drones peuvent désormais embarquer des systèmes LiDAR très performants ce qui vous ouvre à de multiples opportunités de mission. Vous pouvez ainsi capter de nouveaux marchés, là où la photogrammétrie était totalement inefficace.

génie civil lidar  

Le génie civil et le bâtiment :

Avec le LiDAR, vous pouvez acquérir des modèles numériques d’élévation (DEM) ou des modèles numériques de terrain (DTM) de haute qualité très rapidement. Il est notamment très efficace pour le scan des bâtiments à géométries complexes avec des surfaces lisses. En effet, le LiDAR sera parfaitement à son aise sur des parois bétonnées, ponts métalliques, murs de verre, là où traditionnellement la photogrammétrie est mise en échec.

 

 

L’exploitation minière : 

Grâce au LiDAR, vous êtes moins dépendant des mauvaises conditions d’ensoleillement qu’avec la photogrammétrie. Vous pouvez donc partir en mission plus souvent. En plus, les résultats obtenus par la lasergrammétrie sont de plus haute qualité. Vous mesurez ainsi vos stocks plus précisément avec une périodicité accrue.

exploitation minière lidar

 

foresterie et sylviculture lidar  

La sylviculture et foresterie : 

Le LiDAR est la seule technologie qui permet d’obtenir la modélisation des couches de la canopée ainsi que la topographie des sols sous la végétation. La densité de points relevés est plus importante qu’avec la photogrammétrie. Les résultats sont donc plus précis et améliorent l’estimation de la biomasse et de la classification des arbres.

 

Les réseaux de transports : 

Le LiDAR peut fournir des informations renforcées sur les infrastructures aux opérateurs qui doivent s’assurer de la maintenance des réseaux de transports. De plus, cette technologie vous permet de relever des voies ferrées alors que cela est impossible en photogrammétrie.

réseaux transport LiDAR

 

cartographie-environnementale-lidar  

La cartographie environnementale : 

Les systèmes LiDAR fournissent des informations détaillées sur l’environnement et aident les opérateurs à prendre des décisions. Embarqués sur un drone, ils permettent donc de relever des zones difficiles comme les côtes, les forêts ou encore les zones agricoles.

 

 

L’industrie : 

Les drones LiDAR facilitent l’inspection et la surveillance des sites industriels et des réseaux de gaz et de pétrole. En effet, le LiDAR est très utile pour les objets complexes et réfléchissants comme des canalisations, des tuyauteries, parcs industriels.

industrie LiDAR

 

architecture LiDAR

L’architecture : 

Dans le domaine de l’architecture, les surfaces à relever sont souvent complexes et très détaillées. Cependant, le LiDAR peut les mesurer plus rapidement qu’avec la photogrammétrie.

 

L’archéologie : 

Le LiDAR s’avère être très utile en archéologie car il vous permet d’explorer des zones auparavant inaccessibles à cause de la densité de la végétation. Récemment, des vestiges précolombiens ont été découverts grâce à la technologie LiDAR alors qu’ils étaient totalement invisibles sous le couvert forestier.

archéologie LiDAR

 

agriculture lidar  

L’agriculture : 

Les agriculteurs utilisent de plus en plus le LiDAR pour surveiller leurs exploitations et recueillir des informations sur la qualité des sols. Ils peuvent ainsi déterminer la manière dont les ressources doivent être utilisées pour augmenter la productivité.

 

 

 

 

 

 

 

4# Classifiez vos données avec précision grâce au multi-écho

Le LiDAR permet de représenter l’élévation de plusieurs objets dans un nuage de point très dense. Grâce au principe du multi écho, il peut recueillir plusieurs points pour un même faisceau. En d’autres termes, une seule impulsion laser peut se réverbérer sur plusieurs surfaces réfléchissantes avant de revenir vers le LiDAR. Un faisceau se divise en autant d’échos qu’il y a de surfaces de réflexion. La première impulsion est l’écho le plus significatif. Il représente l’objet le plus élevé comme le haut d’un bâtiment par exemple. Si le premier objet correspond directement au sol, un seul retour sera détecté par le dispositif. D’autre part, les échos intermédiaires caractérisent la structure de la végétation.

Avec le principe du multi écho, vous pouvez donc classifier très simplement les différents éléments relevés malgré la densité de la végétation. Par exemple, les points appartenant aux bâtiments seront séparés des points appartenant au couvert forestier.

 

 

5# Gagnez 2 fois plus de temps pour vos missions LiDAR

Avec le LiDAR, le temps d’acquisition des données est réduit de moitié par rapport à la photogrammétrie. En effet, à altitude égale le LiDAR demande un recouvrement de seulement 20% pour la majorité des missions entre les lignes de vol alors qu’en photogrammétrie, il est de 60 à 80 %. Pour une fauchée photogrammétrique de 73 m à 50 m d’altitude , le LiDAR réalisera ainsi une fauchée de 160 m de large (Exemple d’un vol à 50m sur la base d’une matrice APCS en photogrammétrie contre un vol LiDAR Lynx16). Le LiDAR vous apporte donc un véritable gain de temps et surtout un important gain d’argent.

 

6# Gagnez 10 fois plus de temps lors du calcul du nuage de points

Le LiDAR vous permet de diviser votre temps de traitement par dix. En effet, vous pouvez générer un nuage de points 3D très dense après seulement quelques minutes de process. Alors qu’en photogrammétrie, le temps de calcul est de plusieurs heures ou dizaine d’heures pour les grandes missions. Le nuage de points nécessite de longues heures de nettoyage pour assurer un rendu de qualité. Les conditions d’ensoleillement et de vol impactent lourdement le résultat. Avantage majeur du LiDAR, ces paramètres n’interfèrent pas sur la qualité du nuage de points. Vous obtenez ainsi un nuage très propre et exploitable avec peu de bruit. Ce gain de production est donc gage d’une rentabilité record pour vos projets.

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