LiDAR 101 : Une séance de questions-réponses avec un expert Eagleview

Vous avez peut-être entendu parler du LiDAR, mais qu’en savez-vous vraiment? Nous avons demandé à notre gestionnaire LiDAR et arpentage, Robert Stevenson, de nous donner un cours accéléré sur cette technologie polyvalente.

Tout d’abord : qu’est-ce que le LiDAR?

LiDAR, qui est l’abréviation de LiD’accord DÉtection unND Ranging, c’est Un type de technologie qui utilise la lumière laser dans le spectre du proche infrarouge pour mesurer la distance entre un capteur et un autre objet. Cette technologie peut créer des cartes et des modèles tridimensionnels à partir de jeux de données très précis et denses. Le LiDAR mesure la différence de temps entre l’émission et la réflexion de l’impulsion laser afin de déterminer la proximité d’un objet avec le capteur LiDAR. Les impulsions laser ont un diamètre fini d’environ 10 centimètres ou plus. Une partie de l’impulsion laser peut rencontrer un objet, et elle se réfléchira à partir de là. Le reste de l’impulsion continue de voyager jusqu’à ce qu’il trouve un autre objet. En d’autres mots, une impulsion laser peut avoir plusieurs retours vers le capteur. Par exemple, un premier retour pourrait venir du sommet d’un arbre, deux autres pourraient venir de points plus bas d’un arbre, puis un quatrième et dernier retour mesurerait la distance entre le sol et le capteur. L’échantillonnage des impulsions laser peut n’utiliser que le rendement le plus significatif, le premier et le dernier rendement significatif, ou tout autre nombre de rendements selon les spécifications. Les points mesurés avec ces impulsions génèrent un nuage de points, qui affiche les données brutes. Un nuage de points est traité et transformé en données utilisables en analysant des facteurs comme la position GPS, la plage de temps et l’angle de balayage du laser. Il est important de noter que le LiDAR n’est pas le nuage de points lui-même, mais une technologie qui le crée. Les nuages de points et les données LAS représentent la sortie immédiate du LiDAR. Des produits tels que Hillshade, Breaklines et Contours, ainsi que des modèles numériques d’élévation, sont ensuite générés. Pour les cartes de courbes de niveau créées à l’aide de LiDAR, l’espacement des points dans les données brutes aide à déterminer les intervalles de courbes de niveau, qui sont mesurés en pieds. Des courbes de niveau espacées d’un pied, par exemple, donneront à une carte plus de détails que celles espacées de deux pieds ou plus. Les deux principaux types d’applications LiDAR incluent le LiDAR aéroporté, dans lequel le scanner laser s’attache à un avion ou un drone, et le LiDAR terrestre, qui collecte des données au sol. Le LiDAR aéroporté peut créer des cartes détaillées du terrain incluant des données sur l’altitude et les caractéristiques géographiques d’une région. Le LiDAR terrestre est courant sur les véhicules autonomes, et il est essentiel à la cartographie au niveau de la rue et Cartes intérieures en trois dimensions.

Quelles sont quelques idées fausses courantes à propos du LiDAR?

Une idée reçue courante est que le LiDAR utilise le radar, mais en réalité, il utilise la lumière. Comme le LiDAR utilise la lumière, la cible doit être visible, donc ce n’est pas une solution pour tous les temps. Il ne fonctionnera pas bien dans le brouillard ou d’autres conditions météorologiques qui affectent la visibilité, mais si les conditions sont claires, il peut fonctionner de jour comme de nuit. Le LiDAR peut détecter le sol autour des arbres et d’autres végétaux, et il peut pénétrer à travers les feuilles et la végétation à faible densité. Cependant, le LiDAR ne peut pas pénétrer à travers les surfaces dures, telles que les bâtiments, les routes et les branches d’arbres. Le LiDAR n’est pas la même chose qu’une photographie, mais les utilisateurs peuvent intégrer des ensembles de données LiDAR dans des plateformes SIG. Créer des cartes topographiques avec des données LiDAR aide les utilisateurs à classer des éléments comme les routes, les voies navigables, la végétation, les lignes électriques et d’autres éléments. Comme le LiDAR n’est pas une forme de photographie, les données brutes ne sont pas mesurées en pixels. À la place, l’espacement ponctuel ou la densité ponctuelle mesure la distance entre les mesures. Plus la densité ponctuelle est élevée, plus il y a d’informations disponibles sur un terrain ou une autre surface donnée.

Comment utilisez-vous le LiDAR?

Les systèmes LiDAR aéroportés – que nous utilisons dans nos avions – fournissent des informations sur le terrain pour plusieurs usages, notamment :

• Cartographie du terrain
• Modélisation des inondations
• Planification des transports
• Évaluation côtière
• Analyse de la végétation et de la couverture terrestre
• Gestion forestière
• Intervention d’urgence
• Cartographie

Les cartes du terrain fournissent aux utilisateurs des informations sur les surfaces et les élévations; Cela aide à transformer une image bidimensionnelle en quelque chose comme un modèle tridimensionnel. Les données LiDAR aident les agences à déterminer les zones inondables et à évaluer les côtes et autres zones pour l’érosion. Parce que le LiDAR peut mesurer autour des arbres et de la végétation, il peut effectuer des analyses spatiales pour déterminer la hauteur des arbres et la couverture de la canopée. Les données LiDAR peuvent aussi fournir des informations similaires sur les bâtiments, même dans des espaces urbains surpeuplés. Les données LiDAR contribuent à trois types différents de modèles : modèles numériques d’élévation (DEM), modèles numériques de terrain (DTM) et modèles numériques de surface (DSM) :

• Les MNE affichent les valeurs d’élévation de la Terre nue à intervalles réguliers; elles ont tendance à ne montrer que des informations sur la terre et les plans d’eau – pas sur le feuillage, les structures ou d’autres éléments non sols.
• Dans certains pays, les DTM sont synonymes de DEM. Aux États-Unis et dans certains autres pays, cependant, un DTM inclut l’ajout de lignes de rupture pour corriger les artefacts causés par les ponts, l’eau et d’autres caractéristiques. Les points DTM sont espacés uniformément et représentent des caractéristiques linéaires du terrain terrestre nu.
• Enfin, les DSM fournissent des informations sur le terrain ainsi que sur d’autres caractéristiques, y compris les arbres, les bâtiments et d’autres objets. Ils affichent les premières données de retour, donc ils représentent les sommets des structures, des arbres et d’autres objets détectés par le capteur. Le sol ne peut être représenté dans un DSM que s’il n’y a pas d’autres objets qui le recouvrent.

Le LiDAR a plus que de simples applications environnementales. Les compagnies d’électricité pourraient vouloir des données LiDAR pour comprendre la couverture arbétique près des lignes électriques, alors elles consulteraient un DSM pour voir où la végétation empiète. Les unités d’intervention d’urgence peuvent l’utiliser pour mesurer avec précision les distances aux urgences, surtout dans les régions éloignées. Le LiDAR est aussi essentiel à la cartographie parce qu’il aide à améliorer la précision de la cartographie, et les urbanistes peuvent l’utiliser pour déterminer comment les nouveaux développements peuvent affecter la vue dans un paysage urbain. Parce que les données LiDAR peuvent contribuer à des représentations 3D d’objets, elles peuvent aussi aider à créer des modèles précis des intérieurs des bâtiments. Les gestionnaires d’installations et les propriétaires d’écoles, d’installations gouvernementales, d’immeubles de bureaux et d’autres grandes structures peuvent bénéficier de la cartographie intérieure, car elle offre plus de détails que les plans.

Quelles autres industries et agences dépendent des données LiDAR?

Les agences gouvernementales qui utilisent le LiDAR pour la cartographie incluent le Service géologique des États-Unis (USGS) et Agence fédérale de gestion des urgences (FEMA). Ces deux organisations ont leurs propres normes pour la collecte de données LiDAR. La FEMA, en particulier, utilise le LiDAR et d’autres technologies pour cartographier Zones inondables à travers tout le pays. Plusieurs disciplines scientifiques et de recherche s’appuient sur le LiDAR pour fournir des données sur le terrain et d’autres objets. Les géologues, météorologues, astronomes, archéologues et chercheurs agricoles utilisent le LiDAR sous une forme ou une autre. Même les industries des énergies alternatives comme l’éolien et le solaire utilisent le LiDAR. Pour l’énergie éolienne, le LiDAR peut mesurer la vitesse du vent et la turbulence, et pour le solaire, il peut déterminer les toits appropriés pour les systèmes solaires photovoltaïques et mesurer la perte d’ombre. Une autre utilisation du LiDAR est en robotique. La plupart des consommateurs connaissent bien l’utilisation du LiDAR (même s’ils ne le connaissent pas par leur nom) s’ils ont vu des véhicules autonomes ou « autonomes ». En fait, ils peuvent même posséder une voiture avec des fonctionnalités comme l’assistance au stationnement parallèle ou le régulateur de vitesse adaptatif – qui reposent tous deux sur le LiDAR ainsi que d’autres technologies de détection. La technologie LiDAR a même aidé à fournir des visuels pour un vidéoclip! La vidéo « House of Cards » de Radiohead de 2008, des images du chanteur Thom Yorke entrecoupées de plans de banlieues et de zones urbaines grâce à un mélange de LiDAR et de balayage à lumière structurée. Les ensembles de données LiDAR d’Eagleview sont appropriés pour tout projet nécessitant une cartographie du terrain à haute précision et haute densité. Les départements des systèmes d’information géographique (SIG), les industries d’infrastructure et les agences gouvernementales peuvent recevoir ces données sous plusieurs formats et les intégrer à Esri et à d’autres plateformes SIG.