Chapitre 13: Levé Lidar aéroporté Flashcards
Capsule powerpoint
Capsule powerpoint
LIDAR
Light detection and Ranging
mesure de distance par l’utilisation de la lumière.
avancé technologiques à l’origine de l’arrivée du LIDAR:
1-Amélioration des lasers et des mécanismes de balayage.
2- Amélioration des outils et des méthodes de positionnement par satellites et des systèmes inertiel de navigation
Lors de l’acquisition des données par vol, lors de la fauché, quels sont les systèmes impliqués
LiDAR: balayage, par nuage de points, échantillonnage de la réalité
Système GNSS aéroporté (donne positionnement)
Système inertiel: donne orientation (tous les angles de navigation associé à l’avion)
But: Géoréférencer’ établir relation spatiale entre coordonnée modèle et coordonnée terrain
Système optech lidar aéroporté
acheté par télédine
deux méthode pour LIDAR
…
Longueur d’onde?
500 nanometre (nm) et 1 540 nanomètre (nm)
mais pour levé topographique on utilise proche infrarouge, soit 900 nm et 1 550 nm
et pour hydrographie 532 nm grâce au pouvoir de pénétration de l’onde bleu-vert de cette onde.
fréquence des impulsions
Combien de faisceau je vais émettre par secondes
20 000 ondes par secondes jusqu’à 1millions (Mhz)
plus la fréquence est élevée plus grand sera le nombre de mesure et plus précis sera le levé, par conséquence plus exigeant sera le traitement sur le plan et l’édition du calcul.
DRAPEAU ROUGE le levé sera plus précis en raison de la DENSITÉ de points, MAIS LA QUALITÉ ASSOCIÉE à la mesure ne sera pas meilleure.
fréquence de balayage
Combien de ligne je vais balayer par secondes
nombre de cycle par secondes que va effectuer le mirroir pour balayer le terrain.
unité HZ
Les fabriquant font jusqu’à 500hz = 500 balayage par minutes, 500 lignes de balayage par minute.
angle de balayage
dépend du relief du terrain et de la présence d’infrastructure susceptible de créer des zone “invisible”
Hauteur du vol
depend de la nature de la surface en raison de la reflectivité de celle-ci.
Densité des points
dépend de : Fréquence d'impulsion Fréquence de balayage Hauteur de vol Angle de balayage
Divergence du rayon
forme de cône, celui-ci peut varier de de 15 cm de rayon à 1m de rayon d’empreinte sur le terrain pour une divergence de 0.15mrad et 1mrad respectivement
pour une altitude de 1km
Grande divergence
permet de détecter des détails plus petits ou fin comme des fils électriques.
Petite divergence
faible densité avec FORTE densité permet une bonne pénétration travers canopée/ végétation.
Paramètre de levés Lidar
informations fournies:
Étendue du terrain
Précision exigée
Densité de mesures sur terrain
- Calcul de la distance entre deux points Lidar, le long de la ligne de vol (delta_x)
Formule:
delta_x= v/ Fb
où
v: vitesse avion
Fb: fréquence de balayage (nombre de ligne par minute, rotation/cycle du miroir)
- Calcul du nombre de points Lidar par la ligne de balayage (N)
Hertz est 1 cycle par seconde
Formule:
N = Fp/ Fb
où
Fp: fréquence de pulsation (nombre de faisceau par secondes)
Fb: fréquence de balayage (nombre de ligne par minute, rotation/cycle du miroir)
- Détermination de la hauteur de vol (H)
• Par exemple, on pourrait retrouver dans les spécifications du
ALTM PEGASUS HA500 que ce système permet d’obtenir un écart type en élévation de ± 20 cm à une altitude de vol de 5 km, soit une
précision équivalente à H/25 000 à un niveau de confiance de 68 %.
- Calcul de la fauchée (F)
(longueur de la ligne de balayage)
lors de l’examen
angle de balayage = theta ou theta/2
Formule:
F = 2H tan (theta/2)
où
H: hauteur de vol
theta: angle de balayage
- Calcul de la distance entre deux points Lidar le long de la ligne de BALAYAGE (delta_y)
Formule
sur terrain plat:
delta_y = theta H/ N cos^2(theta/2)
En classe:
delta_y= F / N
où
F: Longueur de la fauchée
N: Nombre de points Lidar par la ligne de balayage
À savoir, plus on s’éloigne du nadir, plus la distance entre les points va être grande, donc impact de la hauteur sur delta_y, qui intervient dans F
- Calcul de la densité des mesures (Densité)
points/ m^2
Formule:
Densité = 1/ delta_x delta_y
où
delta_x: Calcul de la distance entre deux points Lidar, le long de la ligne DE VOL
delta_y: Calcul de la distance entre deux points Lidar le long de la ligne de BALAYAGE
- Calcul de la distance entre les lignes de vol (D)
Formule:
D= (1-q)F
où
F: Longueur de la fauchée
q: pourcentage de recouvrement ?latéral?
Modélisation des retours
premier retour et derniers retours
si frappe un mur, coin du mur comme premier retour et sol comme dernier retours
si frappe arbre, va pénétrer et offrir de multiples retours
utilités:
production de MNT(sol) et MNS (batiments)
ortho-image intégrale (true ortho)
Sert à combler les zones d’ombre à l’aide des autres photos.
Géoréférencement Lidar
faire attention aux systèmes GPS et Inertiel intégré
vs GPS et inertiel dissociée, ne donnent pas les même formules
la différence étant qu’il n’y a pas de matrice de rotation entre le GPS et inertiel lorsque intégré.
3 composantes:
1: antenne GPS, mesure position avion par rapport à système terrain
2: système inertiel, mesure tous les angles par rapport au système terrain
3 : système lidar, mesure Lidar entre lui et système terrain.
Précision et limites Lidar
- La précision finale des levés LiDAR aéroportés résulte de la combinaison statistique des erreurs de chacune des composantes impliquées, soit :
- Erreurs reliées au système de positionnement par satellites;
- Erreur reliées au système inertiel;
- Erreur propres au capteur LiDAR;
- Erreurs reliées à l’intégration des systèmes et capteurs.
• Sous de bonnes conditions, les mesures au laser (portées) sont précises à quelques centimètres près.
Capsule classe
Capsule classe
Pourquoi besoin d’une camera si on a Lidar lors d’un vol?
il y a des surfaces qui, a cause de la réflectance, offre un mauvais retour des rayons, la camera va servir à identifier ces secteurs.
Dans IMU on a
gyroscope et accéléromètre.
mesure du temps de vol du faisceau
D = 1/2 (v Delta_t)
où
v = 3 10^8 m/s
faire attention avec balayage et impulsion
impulsion, 1Mhz
balayage_1 1hz
balayage_2 500hz
si on a 1 millions de points par secondes
et 1 ligne de balayages par secondes aussi
cela nous donnes une ligne avec 1 millions de points
si cette fois on a 500hz
on a des lignes avec 2000 points
la fréquence d’impulsion ne change pas.
Pourquoi cone?
dispersion de la lumière
dans cette ellipse
quel est le points qui nous est retourné? foyer de l’ellipse? non, les coins
le Lidar ne mesure pas un points, il mesure quoi?
il mesure une ellipse, ou cercle si perpendiculaire.
le lidar ne mesure pas une distance, elle mesure quoi?
elle mesure un temps de propagation entre l’émission et propagation.
paramètres = précision
observations (coordonnées angles,)= incertitude associée
on a 3 temps d’acquisitions différents
il faut synchroniser aussi non on a une latence. une incertitude associée à la synchronisation de ce système
la précision de la coordonnées géoréférencé à partir des incertitudes provenant des observations du terrains.
la précision de la coordonnées géoréférencé à partir des incertitudes provenant des observations du terrains.
angle d’ouverture
impact sur la divergence, plus l’angle est grand, plus la divergence est grande, mais plus la fauchée aussi
Question prof
pour le calcul de la distance enter depxu points lidar le long de la ligne de balayage (delta_y)
on a vu que c’est une ellipse, donc d’un point d’ellipse à un autre?
est-il possible d’avoir plus de points prévu selon une densité données?
Jamais, on perd des faisceau dans l’eau, dans l’asphalte, on peut par contre avoir plus de signaux de retour.
questions fin de chapitre
1. Quels sont les principaux avantages des levés lidar par rapport aux autres méthodes de captage en géomatique?
- Permettre de satisfaire les besoins urgents de mesures spatiales
- Fournir un très grand nombre de points d’une grande précision
- Fonctionner de jour comme de nuit
- Permettre la mesure du “sursol” rendant possible la production de MNT et de MNS
- Permettre aussi de mesurer des secteurs de terrain sans texture visuelle tels que le sable ou la neige.
- Quels en sont des désavantages ou ses limites?
- Le traitement des immenses jeux de données requiert souvent l’utilisation d’autres types de données pour éliminer les erreurs ou pour faciliter l’interprétation des résultats.
- Les points de cassures du terrain ne sont pas toujours exactement localisés
- La couleur foncée des détails sur le terrain ou la réflexion directe du soleil sur une surface très réfléchissante telle l’eau peut poser problème.
- Quels sont les deux principaux types de lidar utilisés en géomatique
lidar terrestre et lidar aéroporté
apparition aussi du lidar bathymétrique.
5.
Quel est l’avantage des retours multiples
Ils permettent de mesurer autant la topographie du sol que les objets qui s’y trouvent (mesure du sol et du “sursol”)
6.
Quel est l’ordre de grandeur de la précision généralement atteinte lors d’un levé lidar aéroporté.
Sous de bonnes conditions, il est généralement possible d’atteindre une précision de 15 cm.
7.
Grâce à l’internet, nommer quelques fournisseurs de systèmes lidar et de fournisseurs de services.
Fournisseur d’équipement
Optech
Leica
Fournisseur de service:
LaserMap inc.
Le lidar capte des Points 4D
x,y,z et i
i : intensité
caméra et Lidar
la camera permet de donner de l’information qualitatif, dire ce que représente ce point.
comment physiquement mettre camera et lidar ensemble, pcq pour la stéréoscopie, il faut voir la scène du meme points de vue
lidar avec capteur couleur.
avec x,y,z,i,r,g,b
une solution possible c’est?
drapper une ortho-photo sur le nuage de points Lidar, par redressement différentiel.
dans son exemple, quel modèle numérique de terrain il faut utiliser?
ca dépend, à t’on une true ortho, aussi non une MNT avec redressement des batiments.
pas possible de faire sur un même avion ou drone, lidar et camera
faire une ortho photo et nuage de point?
pour géoréférencer on a pas besoin de points d’appuis
une des différence avec la photogrammétrie est que on n’a pas besoin de points d’appuis pour géoréférencer.
