Semaine_5_Chapitre_4:Analyse, traitement et applications des données lidar Flashcards
cours réunion zoom
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Pré-traitements des données brutes
et produits de base : Aperçu
Les données brutes enregistrées par l’appareil comprennent : – les temps de parcours des impulsions – l’intensité des retours – l’angle du miroir – la position de la plate-forme – l’orientation de la plate-forme
Les données externes comprennent :
- Les données GPS différentielles
- Les données de calibrage en laboratoire, à l’installation et en cours de mission
But final, intégrations de ces données pour avoir des points xyz associés au retours d’intensité
Pré-traitements, calibrage et ajustement
- Il y a un GPS de base de sol qui sert à corriger la position/mesure du GPS en vol par “ Correction différentielle”
- Les données du capteurs sont intégrées pour calculer
les coordonnées XYZ. - Au besoin, l’ajustement fait entre les lignes de vol
(orientation relative) pourra être amélioré au moyen
d’un logiciel (par exemple TerraMatch). (sur une ligne de vol le point est à un endroit, et dans le recouvrement effectué par une autre ligne de vol, le point est décalé, il existe des moyens d’ajuster cela)
Produits de base
un fichier lidar contient:
- les coordonnées xyz des RETOURS
- la valeur de l’intensité des RETOURS
- IMPORTANT, ces données PONCTUELLES sont regroupées par impulsions
- Système de coordonnées: système de coordonnée planes (Comme UTM, SCOPQ)
- altitude, peut etre des hauteurs ellipsoidale (par rapport à l’ellipse de revolution)
ou orthométrique (par rapport au geoide)
Premiers retours
Les premiers retours correspondent aux surfaces
visibles du haut des airs :
-Sol dénudé – Toits des bâtiments – Surface des arbres – Eau – Voitures,
ils sont employé pour créer un MNS (est une représentation du relief du sol et des bâtiments volumétrique présent dans le paysage.)
avec le nuage de points on peut représenter une image 2D qui reflètent la surface
Derniers retours
- Ils correspondent PARFOIS au niveau du sol.
- En présence de végétation, ils peuvent aussi
correspondre à des sous-étages (surface des
arbustes, retour par le feuillage à l’intérieur d’une
couronne d’arbre) - Les derniers retours ne correspondent pas toujours au niveau du sol, en foret ou la végétation est vrmt dense, le dernier retour va être pas au niveau du sol
on peut l’utiliser pour en faire un MNT ( Si l’on représente uniquement l’altitude du sol nu, on parle de MNT)
*problème, la végétation peut être tlmnt dense qu’on a rarement un retour qui correspond au niveau du sol et donc le MNT est difficilement réalisable**
autres produits, intensité des retours
Intensité des retours pour générer un semblant de carte avec un nuage de point (l’intensité peut être un grayscale par exemple)
Classification des données
lidar
probleme: on veut essayer de representer le sol NU, mais parfois ni les premiers retours ni les derniers retours ne correspondent au niveau du sol.
il faudra tenter de retirer les objets superflu comme les batiments, arbuste, forets et voiture par exemple
les associer au sol, interpréter ce qui est l’objet et l’attacher a une certaines classe (attacher un point à une classe d’objet)
par exemple la classe d’objet peut etre la classe de sol soit MNT ou MNS
Approche de classification
il existe des algorithme pour classifier automatiquement les objets selon le retour, malheureusement ce n’est pas parfait et ça requiert toujours la présence humaine pour valider et verif
Méthode automatique
TIN, créer des triangles en regardant la pente au voisinnage, lorsque la pente augmente rapidement cela peut indiquer que nous ne somme plus au niveau du sol.
• Un TIN (Triangulated Irregular Network) est fait à partir
d’un échantillon réduit des points les plus bas dans un
certain voisinage.
On considère ensuite chacun des points se trouvant
plus haut que cette surface pour décider s’il appartient
ou non au niveau du sol.
• Pour ce faire, on emploit des règles géométriques :
– Hauteur du point par rapport à la surface existante
– Angle formé par un point et le point le plus près déjà
intégré au MNT
• Ces règles sont appliquées de manière itérative jusqu’à ce que l’ajout de points-sol ne soit plus possible.
TOUTES CES REGLES SONT UNE PREMIERE FAÇON DE FAIRE UNE PREMIERE CLASSIFICATION AU SOL.
à la fin de l’itération, il c’est l’étape ou l’intervention humaine est requise
Difficultés
• Plus les critères sont sévères, plus on lisse la surface,
au risque d’enlever des retours sol sur certaines arêtes
ou aspérités du relief (adoucissement du bord des
abrupts, retrait de la micro-topographie)
• Plus les critères sont souples, plus on risque de
considérer des points non-sol comme faisant partie du
MNT
• L’équilibre optimal demande quelques essais
commentaire: équilibre entre enlever les détails qui font et ne font pas parti du sol, certains peuvent être considéré comme du bruit.
Difficulté (suite)
• On s’attend donc à des erreurs de classification plus
fréquentes sous couvert forestier.
• C’est pourquoi on préfère voler lorsque les feuillus sont
sans feuilles (et en l’absence de couvert nival).
• Certains végétaux (comme le phragmite) créent un
écran parfois impénétrable.
commentaire: faire le relevé lorsque les feuilles tombent
• L’interpolation du niveau du sol sous les bâtiments fait
que l’on prédit en réalité une surface théorique.
Données d’interpolation
Puisque beaucoup de ces analyses sont réalisées en
mode matriciel, nous nous attarderons d’abord à
présenter comment l’on transforme des couvertures de
points lidar en modèles numériques d’altitude
(interpolation).
des fois il y a des trous, on utilise donc l’interpolation pour tenter de remédier à ce problème.
Traitements et analyse
• Calcul des pentes, courbure et du drainage
• Calculs de visibilité (visibilité routiere, virage)
• Calculs de volume
• Calculs de hauteur de la végétation et des
structures
• Géoréférencement et orthorectification à partir
de données lidar
• Visualisation des données lidar
• Analyse combinée lidar et imagerie
• Lidar multitemporel
opérations de traitements
• Production des fichiers LAS à partir des données
brutes
• Classification
• Contrôle de qualité des correction des données
• Interpolation et création de produits dérivés
• Orthorectification d’images
• Visualisation
• Segmentation et analyse automatisée
Classification
Certains SIG peuvent être employés pour
mettre en œuvre la classification des retours
sol.
• On préférera cependant un logiciel dédié à
cette fonction, comme le très populaire
TerraScan de TerraSolid.
• On peut également utiliser les fonctions d’un progiciel lidar (comme Lidar Analyst de Leica).
COMMENTAIRE: on classifie quoi?
- sol
- édifices
- cables
- pont
- arbres
MHC= modele numerique de canopé
MHC= MNS - MNT, on obtient directement la hauteur des arbres au dessus du terrain, ce qui se traduit en modèle numérique de canopée
MNS = surface, donc arbre MNT= terrain donc le sol
Calcul des pentes et de l’azimut
• La haute fidélité des données lidar en fait une source
d’information inégalée sur les formes du terrain et
favorise les applications hydrologiques.
• La pente du terrain (de même que l’azimut) peut être
calculée précisément à partir du MNT lidar.
• Il faudra toutefois réfléchir à l’échelle de travail
désirée. En effet, beaucoup des méthodes de calcul de
pente utilisent un opérateur local de 3x3 pixels. Or la
résolution du lidar est si fine qui en résulte un calcul de
pente sur une assise extrêmement réduite, reflétant
seulement la micro-topographie.
• On devra donc parfois dégrader la résolution du MNT
COMMENTAIRE:
avec le modele numerique de terrain on peut déterminer dans le domaine de l’hydrologie, dans quel sens va couler l’eau
Calculs de visibilité
Le territoire visible à partir d’un point
(observateur), d’un ligne (un route), ou d’un
polygone (lac) peut se calculer à partir des
données lidar.
• On se servira alors du MNS pour refléter la
visibilité réelle, c’est-à-dire qui tient compte des
parties cachées par la végétation, les immeubles,
etc.
• Le lidar s’emploie entre autre pour localiser les
antennes du réseau de téléphonie cellulaire
(propagation sans obstacles des ondes).
commentaire: installation de tour de téléphonie, besoin de savoir si on installe une tour, quel rayon peut-on couvrir en terme de transmission de signal, surtout dans les région montagneuses.
Calcul de volume
- Le lidar est aussi employé dans les travaux de
génie civil afin de calculer précisément les
volumes à excaver et le remblaiement (cut and
fill). - Il a été employé notamment pour calculer le
volume de sédiments déplacés par une tempête
tropicale sur une plage à l’aide de données lidar
acquises avant et après la tempête. - Les pertes en volume des glaciers sont
précisément mesurés par lidar multitemporel.
Hauteur de la végétation
La hauteur de la végétation se reflète directement
dans le modèle de hauteur du couvert (MHC = MNS –
MNT).
• Cette hauteur correspond à celle de la surface de la
végétation.
• Pour convertir cette mesure en une hauteur moyenne
des arbres, on devra extraire localement une métrique
de la distribution des hauteurs et la mettre en relation
statistique avec des mesures terrain.
• Par exemple, la hauteur au 95e percentile lidar
mesurée par placette de 20 m x 20 m pourra être mise
en relation avec la hauteur des arbres dominants
(laboratoire).
COMMENTAIRE:
-PERCENTILE (95)_une des façon de décrire et d’utiliser l’information entre le sol et le sommet, la hauteur à laquelle 95% des points sont en dessous. c’est l’information au milieu. (unité en m)
Indique comment nos points sont reparti verticalement.
VIDEO PARTIE 2
VIDEO PARTIE 2
comment gérer les percentiles
11:44
hauteur maximale: 22m
22m x A+ Percentile (m) x B = volume
donc. connait volume de parcelle, on déduit A et B, puis on les appliquent
comment gérer les percentiles synthèse
modele statistique
hauteur x A + Percentile(90) x B = volume
ex: 2 parcelles
parcelle 1= 180m cube pour parcelle 1 et hauteur maximale de 20m, et percentile 90 = 15
20 x A + 15 x b = 130
A=2.3
B= 1.3
on a les deux paramètres, mnt on prend nuage de points dans la zone donnée et on veut l’extrapolé dans toutes la zone concernée.
- Mnt dans ces autres tuiles on connait hauteur Maximale= 22m
22m x A + percentile (17m) x B = volume
puisque mnt on connait volume
DONC EN GROS, on connait volume pour qques parcelles, on déduit A et B et on l’applique aux autres tuiles sachant le percentile et la hauteur maximale, on trouve le volume
Video partie 3
Video partie 3
Orthorectification classique
à partir de MNT, pcq certaines déformation due à l’acquisition de donnée et le point de vu.
l’autorectification permet de ramener l’objet à sa bonne position.
Orthorectification classique
il y a des zones cachées
Le format de données LAS
ils utilisent des fichiers binaires
• Les fournisseurs utilisent les logiciels produits
par les fabricants de capteurs lidar pour
effectuer cette tâche.
• Par exemple : le logiciel DashMap de Optech
• Les logiciels sont adaptés au format des
données brutes spécifiques au capteur.
Le format LAS
Le format LAS est un standard de structuration
de fichiers binaires pour le lidar.
• Développé par l’ASPRS (American Society for
Photogrammetry & Remote Sensing)
• La version la plus récente est 1.3, mais la version
2.0 est en préparation
• Ce format est compact par rapport aux fichiers
ASCII ou autres formats SIG (comme les
shapefiles par exemple)
• Il contient les données XYZ, le temps GPS,
l’intensité, le nombre de retours par tirs, etc
Vitesse d’accès aux fichiers de données
lidar
Ces fichiers sont souvent volumineux
- L’utilisation du format ascii augmente le volume
- Par exemple, pour un million de points enregistrés en ascii x,y,z avec 2 décimaux et l’intensité en 8 bits, la taille est de 32,124,000 bits, alors qu’en format binaire de 14,000,024
• Le temps d’accès est grandement affecté par
l’utilisation du format ascii
• Le format LAS est binaire et permet l’échange
entre différents logiciels
Commentaire: le binaire prend beaucoup moins de volume et de temps à lire, on gagne du temps et de l’espace pour ce qui concerne les données LAS données de lidar aéroporté
En-tête d’un fichier LAS
Ce qu’on enregistre:
Lidar aéroporté
- xyz
-intensité
-numéro du retour (1,2,3,4)
- nombre total de retour pour cette impulsion la
- direction de vol (un coté de l’autre de la ligne de vol)
- si on est a l’extrémité d’une ligne de vol
- classification du point
- Angle
Visualisation des données lidar
- on peut utiliser la couleur pour représenter l’altitude
- les jeux d’ombrage (en connaissance du terraine et la position du soleil, tenter de déterminer le jeux d’ombrage)
utilité du lidar
archéologie
Représentation graphique des montagnes d’amerique du Sud
reconstitution des scènes d’accident
Profondeurs maximales mesurées avec le système Optech SHOALS
pourquoi la profondeur augmente la nuit plus que le jour?
l’onde utilisé est dans le vert, et le jours, le soleil émet beaucoup, il y a du bruit du au soleil
le récepteur distingue mal un retour faible provenant du fond de l’eau et une réflexion du soleil.
Video partie 4
Video partie 4
Étudier p.111 à 119
Effet des paramètres d’acquisitiondensité de points
Ce que vous devriez savoir
• Les prétraitements et traitements apportés aux
données lidar, et les difficultés potentielles
• Les produits typiquement disponibles et leur
utilité
• Le format des données et les logiciels de
traitement
• Comment le lidar est utilisé pour différentes
applications
• Comment les paramètres d’acquisition peuvent
influencer les caractéristiques des données lidar
en forêt
Ce que vous devriez savoir
• Les prétraitements et traitements apportés aux
données lidar, et les difficultés potentielles
PRÉ-TRAITEMENT: – les temps de parcours des impulsions – l’intensité des retours – l’angle du miroir – la position de la plate-forme – l’orientation de la plate-forme
Les données externes comprennent :
- Les données GPS différentielles
- Les données de calibrage en laboratoire, à l’installation et en cours de mission.
But final, intégrations de ces données pour avoir des points xyz associés au retours d’intensité.
TRAITEMENT:
• Calcul des pentes, courbure et du drainage
• Calculs de visibilité (visibilité routiere, virage)
• Calculs de volume
• Calculs de hauteur de la végétation et des
structures
• Géoréférencement et orthorectification à partir
de données lidar
• Visualisation des données lidar
• Analyse combinée lidar et imagerie
• Lidar multitemporel
• Production des fichiers LAS à partir des données
brutes
• Classification
• Contrôle de qualité des correction des données
• Interpolation et création de produits dérivés
• Orthorectification d’images
• Visualisation
• Segmentation et analyse automatisée
Ce que vous devriez savoir
• Les produits typiquement disponibles et leur
utilité
un fichier lidar contient:
- les coordonnées xyz des RETOURS
- la valeur de l’intensité des RETOURS
- IMPORTANT, ces données PONCTUELLES sont regroupées par impulsions
- Système de coordonnées: système de coordonnée planes (Comme UTM, SCOPQ)
- altitude, peut etre des hauteurs ellipsoidale (par rapport à l’ellipse de revolution)
ou orthométrique (par rapport au geoide)
Ce que vous devriez savoir
• Le format des données et les logiciels de
traitement
le Format de fichier LAS
ils utilisent des fichiers binaires
• Les fournisseurs utilisent les logiciels produits
par les fabricants de capteurs lidar pour
effectuer cette tâche.
• Par exemple : le logiciel DashMap de Optech
• Les logiciels sont adaptés au format des
données brutes spécifiques au capteur.
Le format LAS est un standard de structuration
de fichiers binaires pour le lidar.
• Développé par l’ASPRS (American Society for
Photogrammetry & Remote Sensing)
• La version la plus récente est 1.3, mais la version
2.0 est en préparation
• Ce format est compact par rapport aux fichiers
ASCII ou autres formats SIG (comme les
shapefiles par exemple)
Ce que vous devriez savoir
• Comment le lidar est utilisé pour différentes
applications
reponse vague
Ce que vous devriez savoir
• Comment les paramètres d’acquisition peuvent
influencer les caractéristiques des données lidar
en forêt
DIMINUER LA DENSITÉ DE POINTS:
- diminue les couts
- affecte la statistique de la hauteur des arbres ( avec une densité moins grande, la hauteur des arbres est souvent détecté à un niveau inférieur)
- Diminuer la densité de points en augmentant la
hauteur de vol ou le PRF affecte la puissance de
l’impulsion arrivant au sol, l’effet d’une modification de
la densité de points dépend en partie du moyen utilisé.
ALTITUDE DE VOL
-augmenter l’altitude du vol peut diminuer les couts, puisque surface plus grande, donc moins de temps
PRF ( Pulse repetition frequency)
- Changer le PRF modifie la longueur de
l’impulsion, et donc la résolution verticale ()
-Modifie aussi la puissance émise. P.ex. PRF de
50kHz vs 100kHz sur un Optech ALTM 3100
résulte en des énergies respectives de 121 et
66µJ, puissances maximales de 12.0 et 4.1 kW, et
des longueurs de pulse de 10 et 16ns.
INSTRUMENT
- Différents appareils:
1. différent longueurs d’impulsion
2. différente divergence du laser
3. puissance émise différente - À noter, souvent les fournisseurs ne notent pas les détails des algorithmes du traitement du signal.
Détection du sol en forêt
-Distribution des trouées dans la canopée
– L’angle de visée latéral du laser
– La divergence du laser et la distance au sol
– La résolution spatiale horizontale
– La réflectance du sol à λ
– Puissance émise
– Longueur de l’impulsion
