Scanners 3D : LiDAR, SLAM et photogrammétrie
Technologies LiDAR et SLAM
La technologie LiDAR SLAM est une méthode utilisée pour créer et mettre à jour simultanément une carte d'un environnement inconnu tout en suivant la position d'un dispositif mobile à l'intérieur de cet environnement.
LiDAR : le LiDAR (Light Detection and Ranging) est une technique de télédétection qui utilise des impulsions laser pour mesurer la distance entre le dispositif LiDAR et les objets environnants. Le LiDAR génère des nuages de points 3D précis qui représentent la structure et la topographie de l'environnement.
SLAM : Le SLAM (Simultaneous Localization and Mapping) est un processus qui permet à un dispositif mobile (comme une personne se déplaçant avec le scanner laser mobile 3D Stonex X120GO) de construire une carte de son environnement et de se localiser à l'intérieur de cette carte en temps réel.
Le SLAM repose sur des algorithmes qui intègrent des données de capteurs, telles que le LiDAR, les caméras, les capteurs inertiels et d'autres dispositifs de mesure.
Le LiDAR SLAM combine donc les avantages du LiDAR et du SLAM pour créer une solution de cartographie et de localisation précise et en temps réel.
Pour assurer la collecte de données de façon automatisée, le dispositif LiDAR envoie des impulsions laser et reçoit les signaux réfléchis par les objets environnants. Les temps de vol de ces impulsions sont utilisés pour calculer les distances entre le dispositif et les objets, générant ainsi un nuage de points 3D.
Les algorithmes SLAM traitent les données du nuage de points pour identifier et associer des points de repère dans l'environnement, tels que les coins des murs, les bords des objets, etc. Ces points de repère sont utilisés pour estimer la position et l'orientation du dispositif. Le SLAM met à jour continuellement la carte en ajoutant de nouveaux points de repère et en ajustant la position des points de repère existants en fonction des nouvelles données LiDAR. En même temps, le dispositif estime sa position et son orientation dans la carte en utilisant ces mêmes points de repère.
Le LiDAR SLAM est utilisé dans des systèmes de cartographie mobile terrestre montés sur des véhicules pour créer des cartes 3D détaillées et précises de routes, d'infrastructures urbaines, de zones résidentielles et d'installations industrielles. Ces données sont utilisées pour des applications telles que l'ingénierie des transports, la planification urbaine et la gestion des infrastructures.
Cartographie souterraine : Le LiDAR SLAM est utilisé pour cartographier des environnements souterrains complexes, tels que les mines, les tunnels et les grottes. Les données collectées permettent de mieux comprendre la structure et la stabilité de ces environnements, de suivre leur évolution et d'améliorer la sécurité des travailleurs et des visiteurs.
Topographie et géomatique : Les géomètres et les géodésiens utilisent le LiDAR SLAM pour effectuer des relevés topographiques et cadastraux précis. Les données collectées permettent de déterminer les limites de propriété, les droits de passage, les emplacements des infrastructures et de soutenir les projets d'aménagement du territoire.
Cartographie de l'environnement naturel : Le LiDAR SLAM est utilisé pour cartographier des écosystèmes et des paysages naturels, tels que les forêts, les zones humides et les zones côtières. Les données collectées aident les chercheurs et les gestionnaires de l'environnement à surveiller et à préserver ces habitats, à étudier les impacts du changement climatique et à planifier des projets de restauration.
Archéologie et patrimoine culturel : Le LiDAR SLAM est utilisé pour documenter et analyser des sites archéologiques et des monuments historiques. La création de modèles 3D et de plans précis de ces sites permet aux chercheurs d'étudier leur structure, leur évolution et leur conservation de manière non invasive.
Infrastructure et génie civil : Le LiDAR SLAM est utilisé pour l'inspection et la surveillance des infrastructures, telles que les ponts, les barrages et les pipelines. Les données collectées permettent d'évaluer l'état de ces structures, d'identifier les problèmes potentiels et de planifier leur entretien et leur réparation. Il permet également par exemple de cartographier un parcours routier afin de préparer le passage de convois spéciaux...
Agriculture de précision : Le LiDAR SLAM est utilisé pour cartographier des terres agricoles et des installations de production, en aidant les agriculteurs à optimiser l'utilisation des ressources, à surveiller les cultures et à planifier des interventions spécifiques pour améliorer la productivité et la durabilité.
Planification et gestion des catastrophes : Le LiDAR SLAM est utilisé pour cartographier des zones touchées par des catastrophes naturelles, telles que les inondations, les glissements de terrain et les tremblements de terre. Les données collectées permettent aux autorités et aux organisations de secours de planifier et de coordonner les efforts de secours et de rétablissement, d'évaluer les dommages et de mettre en place des mesures de prévention et de mitigation pour les catastrophes futures.
Robotique et automatisation industrielle : Le LiDAR SLAM est utilisé dans des robots mobiles et des véhicules autonomes pour la cartographie puis la navigation dans des environnements complexes, tels que les entrepôts, les usines et les chantiers de construction.
Surveillance et sécurité : Le LiDAR SLAM est utilisé pour cartographier et surveiller des installations sensibles, telles que les centrales électriques, les installations militaires et les zones à accès restreint. Les données collectées permettent de détecter et de suivre les mouvements et les activités suspectes, d'optimiser les systèmes de sécurité et d'améliorer la réponse aux incidents.
La photogrammétrie
La photogrammétrie est une technique qui permet de réaliser des mesures et de créer des modèles 3D à partir de photographies. Elle est largement utilisée dans divers domaines professionnels pour créer des plans, des cartes et des modèles 3D précis. C'est le complément idéal des technologies LiDAR SLAM car elle permet dans certains cas d'obtenir des données d'une résolution encore plus importante. C'est notamment le cas du scanner photogrammétrique Stonex XVS (Visual SLAM 3D).
Les solutions de cartographie par photogrammétrie sont particulièrement utilisées pour les applications suivantes :
Cartographie et SIG (Systèmes d'Information Géographique) : création de cartes topographiques, d'orthophotographies et des données de terrain pour les SIG. Ces cartes sont essentielles pour l'aménagement du territoire, la gestion des ressources naturelles, la planification urbaine et l'ingénierie des infrastructures.
Architecture et ingénierie : Les architectes et les ingénieurs utilisent la photogrammétrie pour créer des plans précis de bâtiments et de structures existantes. Cela peut inclure la documentation de l'état actuel d'un bâtiment pour sa rénovation, sa conversion ou sa démolition, ainsi que la création de modèles 3D pour la conception assistée par ordinateur (CAO) et la visualisation.
Archéologie : Les archéologues utilisent la photogrammétrie pour documenter et analyser des sites archéologiques, des monuments et des artefacts. Les modèles 3D et les plans créés par photogrammétrie permettent aux chercheurs d'étudier les sites de manière non invasive et de préserver les informations pour les générations futures.
Géomatique et géodésie : La photogrammétrie est utilisée pour mesurer avec précision des objets, des terrains et des structures à grande échelle. Les géomètres et les géodésiens utilisent ces informations pour déterminer les limites de propriété, les droits de passage et les emplacements des infrastructures.
Industrie minière et pétrolière : La photogrammétrie est utilisée pour cartographier et analyser les sites d'exploitation minière et pétrolière. Cela peut inclure la surveillance des stocks de matériaux, la planification des travaux d'excavation et l'évaluation de l'impact environnemental.
Surveillance environnementale : Les scientifiques et les chercheurs utilisent la photogrammétrie pour surveiller l'évolution des paysages et des écosystèmes. Cela peut inclure l'étude de l'érosion des sols, la déforestation, les changements dans les habitats naturels et les effets des catastrophes naturelles.
