Guide technique · du laser aux points 3D

Fonctionnement du LiDAR par drone

Impulsions laser, retours multiples, RTK/PPK et traitement du nuage de points

Le fonctionnement du LiDAR par drone repose sur des impulsions laser. Le capteur mesure leur temps aller-retour pour calculer les distances. Ensuite, ces mesures sont associées à la position GNSS et à l’orientation de la centrale inertielle pour construire un nuage de points 3D géoréférencé.

Suivre la chaîne de mesure Découvrir la prestation LiDAR
  • Mesure laser active Distance calculée par temps de vol
  • Retours multiples Réponses distinctes le long de l’impulsion
  • Position et orientation GNSS, RTK/PPK et centrale inertielle
Retrouver toutes les techniques drone FlyHD
DJI Matrice 400 équipé du Zenmuse L3, photographié en contre-plongée dans le ciel bleu. Impulsion → distance → point 3D
Acquisition LiDAR aéroportée Mesurer la scène, point après point La qualité finale dépend à la fois du vol, du capteur, du positionnement et des contrôles.
Chaîne d’acquisition FlyHD DJI Matrice 400 + Zenmuse L3 Capteur LiDAR, GNSS/IMU et caméra réunis pour l’acquisition.

Principe du LiDAR aéroporté

Fonctionnement du LiDAR par drone : du vol au nuage de points géoréférencé

Le fonctionnement du LiDAR par drone repose sur une mesure de distance. Le LiDAR — Light Detection and Ranging — utilise pour cela le temps aller-retour d’une impulsion laser. Sous le DJI Matrice 400, le Zenmuse L3 relie ensuite ces mesures à la position et à l’orientation du système.

Ainsi, le résultat est un ensemble de points 3D, assemblés puis contrôlés dans un système de coordonnées.

  1. Émission

    Fonctionnement du capteur LiDAR : émission

    Pour commencer, le capteur émet des impulsions vers le terrain. Le drone suit alors les trajets prévus pour couvrir le site.

  2. Réflexion

    Principe du LiDAR aéroporté : les retours

    Une partie de l’énergie revient ensuite vers le capteur après avoir rencontré une surface. Le système peut ainsi enregistrer plusieurs niveaux si le milieu le permet.

  3. Trajectoire

    Technologie LiDAR par drone : localiser le capteur

    Les données GNSS et celles de l’unité inertielle décrivent aussi la position et l’orientation du système. Les corrections RTK ou PPK renforcent alors le calcul de la trajectoire.

  4. Calcul

    Positionner chaque point

    Le calcul combine donc la distance, l’heure de mesure, la position et l’orientation du capteur. Il obtient ainsi les coordonnées 3D du point.

  5. Traitement

    Construire le nuage de points

    Enfin, nous assemblons les bandes, les plaçons dans le référentiel et les contrôlons. Le nuage de points doit ainsi rester cohérent et répondre au but du relevé.

Mesure laserTemps de trajet Système de navigationPosition et orientation Résultat techniquePoint 3D géoréférencé

Technologie LiDAR par drone : couleurs et classes

Les couleurs montrent soit l’aspect du site, soit les classes de points, soit l’altitude. Ces vues de Pendruc expliquent donc pourquoi il faut lire la légende et le mode d’affichage du nuage LiDAR.

Nuage de points LiDAR par drone à Pendruc, avec les classes sol et points non classifiés

Distinguer les points au sol

La classification sépare ici les points au sol des points non classifiés. Cette sélection permet ainsi d’examiner la partie terrain du nuage LiDAR.

Nuage de points LiDAR par drone à Pendruc, colorisé avec les images RGB et les classes

Associer couleurs RGB et classes

Cette vue combine les couleurs des images et celles des classes. Vous repérez ainsi plus facilement les objets du site.

Nuage de points LiDAR par drone à Pendruc, coloré selon l’altitude avec son échelle

Lire les altitudes dans le nuage

Une palette d’altitudes montre ici les formes du relief. L’échelle du logiciel reste donc sous la vue pour lire les hauteurs.

Du couvert boisé aux points au sol

Dans le vallon du Moros, ces vues montrent le fonctionnement du LiDAR par drone après le vol. Le filtrage sépare d’abord le nuage colorisé des points classés au sol. Les points sous la végétation montrent ainsi le relief, avec une qualité à contrôler selon les zones. Les points au sol servent ensuite à préparer un modèle numérique de terrain (MNT). Le modèle numérique de surface (MNS) garde en revanche les altitudes des surfaces, y compris les plantes et les ouvrages.

Nuage de points LiDAR colorisé montrant les arbres et les versants du vallon du Moros

Le nuage LiDAR avec la végétation

La colorisation relie les points aux couleurs du site. Cette vue garde ainsi la végétation. Les cimes peuvent donc masquer la lecture du relief au sol.

Points classés au sol du relevé LiDAR en terrain boisé au Moros

Faire apparaître les points classés au sol

Les points classés au sol montrent ensuite les versants sous les arbres. Certaines zones ont toutefois moins de points. Nous devons donc contrôler la classification avant de créer un modèle de terrain.

Configuration d’acquisition FlyHD

Technologie LiDAR par drone : Matrice 400 et Zenmuse L3

Un relevé LiDAR fiable ne repose pas uniquement sur le laser. Il associe donc le drone, le capteur, la trajectoire GNSS, l’unité inertielle, les corrections RTK ou PPK et le traitement.

FlyHD utilise ainsi le DJI Matrice 400 avec le LiDAR Zenmuse L3. Nous préparons ensuite toute la chaîne, du vol au nuage de points situé dans le référentiel.

Plateforme aérienne

DJI Matrice 400

Le Matrice 400 transporte le LiDAR et suit le plan prévu selon le terrain, la zone et le détail visé. Une trajectoire régulière aide ainsi à garder des bandes continues.

Environ 9,74 kg
Avec batteries et hélices, hors charge utile.
980 × 760 × 480 mm
Dimensions dépliées avec train, hors hélices.
Navigation RTK
Positionnement mobilisable pendant l’acquisition.
Plan de vol adapté
Altitude, vitesse, trajectoires et recouvrement.

Capteur et système POS

Fonctionnement du capteur LiDAR Zenmuse L3

Le Zenmuse L3 réunit un laser, deux caméras RGB de cartographie et un système de positionnement et d’orientation. Les mesures laser sont ainsi synchronisées avec la trajectoire et l’attitude du capteur au moment précis de chaque acquisition.

1,60 kg
Poids du capteur, hors connecteur de nacelle.
Laser 1 535 nm
Mesure de distance par temps de trajet.
Deux caméras RGB
Imagerie de cartographie et contexte visuel.
Trois balayages
Linéaire, étoilé et non répétitif.

Fonctionnement du capteur LiDAR : fréquence et retours

Le Zenmuse L3 peut enregistrer jusqu’à 16 retours pour une même impulsion, mais cette valeur n’est disponible qu’aux fréquences de 100 et 350 kHz. À 1 MHz, le capteur propose en revanche 4 ou 8 retours ; à 2 MHz, il fonctionne avec 4 retours.

Le réglage dépend donc de la hauteur de vol, de la densité recherchée, de la végétation, des surfaces et de l’objectif du relevé. Davantage de retours ou de points ne signifie donc pas automatiquement une donnée plus précise.

100 ou 350 kHz 4816
1 000 kHz · 1 MHz 48
2 000 kHz · 2 MHz 4

Ces valeurs sont les capacités constructeur. Le réglage de mission dépend donc du site et de la méthode retenue.

Plan de vol Mesure laser GNSS, IMU et RTK/PPK Traitement et contrôle Caractéristiques DJI L3

Comprendre les méthodes de mesure

Technologie LiDAR par drone, photogrammétrie et scanner terrestre

Le fonctionnement du LiDAR par drone repose sur une mesure laser active. La photogrammétrie calcule en revanche les formes à partir de photos qui se recouvrent. Un scanner laser terrestre observe, quant à lui, le site depuis le sol. Ces méthodes répondent donc à des contraintes et à des angles de vue différents.

Mesure laser active

Principe du LiDAR aéroporté

Le LiDAR mesure la distance aux surfaces grâce au temps de trajet des impulsions laser. Il produit ainsi les formes en 3D dans un nuage de points.

  • Acquisition du relief, des structures et des parties supérieures d’un site.
  • Mesures possibles à travers les ouvertures d’un couvert végétal, sans traverser les feuilles ou les branches.
  • Répartition des points dépendante du balayage, de l’angle d’incidence, de la distance et de la réflectivité.

Reconstruction par images

Photogrammétrie par drone

La photogrammétrie cherche d’abord les mêmes détails dans plusieurs photos qui se recouvrent. Elle calcule ensuite leur position dans l’espace. La qualité dépend donc des surfaces visibles, de leur texture et de la lumière.

  • Géométrie reconstruite à partir de prises de vue acquises sous plusieurs angles.
  • Information colorimétrique utile pour l’orthophoto, la documentation et les modèles texturés.
  • Méthode particulièrement pertinente lorsque les surfaces présentent suffisamment de détails identifiables.

LiDAR aérien et scanner laser terrestre : deux points de vue complémentaires

Les deux systèmes mesurent des distances au laser et créent des nuages de points. Ils diffèrent toutefois par leur position et donc par les parties du site qu’ils peuvent voir.

Depuis le ciel

LiDAR embarqué sur drone

Il couvre surtout les terrains, les plantes, les toitures et le haut des structures. Il peut ainsi relever de grandes surfaces ou des secteurs difficiles à parcourir au sol.

Depuis le sol

Scanner laser terrestre

Il observe les façades, les dessous d’ouvrages, les espaces accessibles et des zones cachées depuis le ciel. Plusieurs stations peuvent donc être utiles pour limiter les masques et couvrir les formes recherchées.

Combiner les deux acquisitions demande un recalage contrôlé. Les nuages de points doivent partager un référentiel compatible et présenter des zones communes permettant de vérifier leur assemblage. Cette combinaison améliore la couverture, mais ne supprime pas automatiquement toutes les zones masquées.

Acquisition, traitement et contrôle

Fonctionnement du LiDAR par drone : balayage et contrôle

Le fonctionnement du LiDAR par drone ne se résume pas à l’émission d’un laser. Nous préparons donc ensemble le balayage, la trajectoire, le positionnement et le traitement. Le nuage de points doit ainsi se placer dans le référentiel et répondre au site et à l’usage prévu.

01

Champ de balayage 80° × 3°

Fonctionnement du capteur LiDAR : balayage linéaire

Le faisceau décrit un motif régulier, surtout en travers de la trajectoire. Le drone avance et transforme ainsi ce balayage étroit en bandes qui couvrent le terrain.

02

Champ de balayage 80° × 80°

Principe du LiDAR aéroporté : balayage étoilé

Les directions de mesure se croisent pour voir les surfaces sous plusieurs angles dans un champ plus large. Ce mode peut donc convenir aux formes qui demandent des angles plus variés.

03

Champ de balayage 80° × 80°

Balayage non répétitif

Le motif évolue au fil des cycles et répartit progressivement les mesures dans le champ observé. La durée de mesure et le plan de vol guident donc la répartition des points.

Chaîne de production LiDAR

Principe du LiDAR aéroporté : calculer les points 3D

Pendant le vol, le système synchronise le laser, la trajectoire GNSS, l’unité inertielle, les images RGB et les données d’étalonnage. Le traitement consolide ensuite ces sources avant la livraison.

Mesures laser GNSS IMU Images RGB Étalonnage
  1. 01

    Calculer la trajectoire

    Pour commencer, les corrections RTK ou PPK disponibles renforcent la position et l’orientation du système. Chaque mesure retrouve ainsi sa place dans le temps et l’espace.

  2. 02

    Générer les points

    Le calcul combine ensuite le temps de trajet de l’impulsion, la trajectoire et l’orientation du capteur pour obtenir les coordonnées X, Y et Z.

  3. 03

    Assembler les bandes

    Puis nous réunissons les passages dans un même système de coordonnées pour créer une couverture continue et cohérente.

  4. 04

    Contrôler et classer

    Enfin, nous vérifions la couverture et la cohérence. Nous pouvons alors écarter les mesures isolées et organiser les points selon le projet.

Pour prolonger un relevé de terrain, découvrez le traitement des données LiDAR et l’accompagnement topographique permettant de préparer des profils, plans ou modèles adaptés à votre étude.

Acquisition DJI Pilot 2
Traitement Traitement des données et contrôles métier
Résultat technique Nuage de points géoréférencé — LAS, LAZ ou format convenu

Précision et cohérence

Ce qui influence la qualité d’un nuage de points LiDAR

Cependant, la performance annoncée du capteur ne suffit pas à décrire la qualité finale. Elle dépend donc de toute la chaîne : préparation, conditions de vol, référentiel, traitement et contrôles.

Distance de mesure

Elle change ainsi l’empreinte du faisceau sur la surface et la répartition des points.

Angle d’incidence

Une surface inclinée renvoie en effet le signal autrement qu’une surface vue plus directement.

Nature des surfaces

Un sol clair, les plantes, l’eau ou un matériau sombre réfléchissent ainsi le signal de façons différentes.

Trajectoire et couverture

La hauteur, les passages et leur recouvrement guident donc la continuité des bandes et les zones visibles.

Position et orientation

La qualité de la trajectoire GNSS et de l’orientation aide ainsi à bien placer les mesures.

Traitement et contrôles

L’assemblage, le filtrage et les contrôles servent enfin à repérer les incohérences avant la livraison.

Défiler vers le haut