Soutenance mémoire
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Ajustement mécanique
• Pour l’ajustement des accessoires cela se fait manuellement c’est –à- dire bien serrer les boulons;
• Pour les nivelles, les bulles doivent être calées sur le tableau électronique de l’appareil ;
• Pour le laser, seul le laboratoire du constructeur pourrait l’ajuster.
La méthode d’observation se fait comme ceci :
Angle horizontal :
Pointez la lunette avec une précision sur une cible environ de 100m de distance, la cible doit être située dans une plage de 10 gons par rapport au plan horizontal. La procédure peut démarrer dans n’importe quelle position de la lunette. Ensuite, on tourne l’appareil { 200 gons et on vise de nouveau la cible, une fois ces opérations terminées, l’erreur s’affiche automatiquement sur l’écran ;
Angle vertical :
Pointer la lunette avec précision sur une cible distante environ 100m, la cible doit être située au moins 30gons en dessous ou au-dessus du plan horizontal. La procédure peut démarrer dans n’importe quelle position de la lunette, on tourne l’appareil { 200 gons et on vise de nouveau la cible. Une fois ces opérations terminées, l’erreur s’affiche automatiquement sur l’écran.
Déterminations des coordonnées des points de rattachement [4]
Global Positioning System (ou système GPS) repose sur un système mettant en relation plusieurs satellites (24 satellites tournent en permanence autour du globe à une altitude de 20 200km), de stations de contrôle terrestres et des utilisateurs munis de récepteurs GPS. Chaque satellite envoie un signal radio indiquant sa position exacte. Le récepteur GPS capte le signal et calcule le temps écoulé depuis qu’il a été émis par le satellite. Il calcule ainsi la distance qui le sépare du satellite. En combinant les signaux provenant simultanément des quatre satellites, le récepteur détermine sa position exacte à la surface de la terre.
Pour avoir les coordonnées de la station, il suffit de mettre le récepteur en marche et en quelques minutes on aura les coordonnées (x, y, z) { n’importe quel moment, n’importe où et en temps réel.
Stratégie d’observation par méthode différentielle III.3.2.
L’utilisation des deux récepteurs est obligatoire ; un récepteur fixe étant placé sur un point de référence (point connu), et l’autre sur le point { déterminer. Et comme la distance de la ligne de base est inférieure à 2km avec des récepteurs bi fréquences et une cadence d’acquisition de 5 secondes ; 20 minutes ont suffi pour avoir des meilleurs résultats.
Pour cela il faut avoir deux récepteurs, observer le point dans un temps suffisant pour fixer les ambiguïtés entières et faire les observations simultanément pour que les observations soient les mêmes :
Satellites
Conditions atmosphériques
Durant l’observation, il faut noter :
Le nom du fichier
Le nom du point observé
Les heures de début et fin d’observation
La hauteur d’antenne
Dans tous les cas il faut bien repartir la fiche d’observation et chaque point doit avoir une fiche.
Les différentes fonctions de la photographie aérienne
Lors de la prise de vue aérienne ou de l’acquisition des données, le topographe est confronté à trois fonctions principales :
Le pilotage pilote
La navigation navigateur
La photographie photographe
Ces trois forment une équipe qui doit être bien soudée.
La précision de la prise de vue aérienne
La précision de la prise de vue aérienne dépend de quelques paramètres à savoir :
Du type de capteur qu’on utilise
De la hauteur de vol
Des conditions atmosphériques
Du nombre de photos prises (recouvrement)
Historique et caractéristiques d’un drone
Historique du drone
Le drone est un aéronef télécommandé, c’est-à-dire sans pilote à bord. Il embarque une charge utile qui lui permet de réaliser des missions diverses et variées : surveillance, renseignement, cartographie, transport, vidéo…
-Exploration
-Exploitation des ressources naturelles
-Développement rural, urbain, régional
-Génie civil
-Application thématiques (géologie, forêt, …)
-Tourisme
-Environnement
-Hydrographie
-Réseaux de communication, transmission
-Zone de construction
-Végétation
-Limites administratives
-Occupations
-Propriétés
-Diverses formes de construction
-Représentation du relief
Ce qu’il faut plus justement nommer « système drone » consiste en une plate-forme mobile capable d’effectuer différentes tâches sans action directe de l’humain. Ainsi, grâce { la présence d’un Autopilote (intelligence artificielle de système), le drone peut évoluer en totale autonomie (décollage et atterrissage automatiques, navigation par GPS, contournement d’obstacles…). L’intelligence artificielle mise en oeuvre dépend bien évidemment du type de plate-forme déployée (voilure fixe, voilure tournante, système captif,…), des opérations { effectuer (inspection d’ouvrage, suivi de linéaires…) et de l’environnement dans lequel la plate-forme drone évolue (indoor, outdoor…).
Au regard de ses capacités d’intervention et de ses différentes fonctions, nous pouvons décomposer le système drone en trois constituants principaux :
Le vecteur (véhicule) aérien auquel peuvent être ajoutées des fonctions lui permettant d’évoluer sur terre, en milieu marin ou sous-marin : on parle alors de drone hybride ;
Le ou les capteurs permettant l’acquisition, voire le prétraitement, des données nécessaires à la réalisation des tâches définies ;
La station de contrôle en lien à la fois avec le vecteur pour la transmission des paramètres de l’opération et avec les capteurs pour l’éventuelle émission en direct des données (ces données peuvent également être stockées directement dans le système).
Au terme drone généralement employé par le grand public, les spécialistes aéronautiques préfèrent les appellations UAV (Unmanned Aircraft System) ou RPAS (Remotely Piloted Aircraft System).En effet, ces acronymes qui fournissent une définition plus précise, permettent d’éviter l’amalgame entre systèmes civils, engins militaires et jouets.
Evolution du domaine d’utilisation
L’outil drone, initialement créé pour des applications militaires, conquiert aujourd’hui des domaines civils de plus en plus nombreux. Du cinéma { l’auscultation d’ouvrages d’art, ses applications sont variées et il était légitime que les géomètres s’y intéressent également. Reposant sur les principes de la photogrammétrie, le drone semble d’emblée avoir sa place entre le lever terrain classique qui peut s’avérer fastidieux et le lever photogrammétrique par avion qui demande des chantiers de très grande ampleur pour être rentable.
Aujourd’hui, les drones réalisent le travail d’un géomètre et d’un topographe en limitant l’intervention humaine sur des sites dangereux ou inaccessibles.
Caractéristiques d’un drone
Il faut noter que, afin de mettre en place un protocole de qualification d’un système de prises de vues aériennes, toutes les étapes de la chaîne d’acquisition et de traitement ont été analysées. Tout d’abord le type de capteurs à embarquer, puis le protocole d’étalonnage { suivre, les critères { intégrer aux plans de vol en fonction des chantiers, et une phase de traitement des données. Plusieurs types de vols ont été réalisés afin de tester l’impact du type d’appareil photo embarqué, de la hauteur de vol, mais également pour tester la combinaison des vues nadirales et vues obliques dans l’optique d’obtenir des modèles 3D complets.
A ce jour, les drones disponibles sur le marché sont très variés et le choix peut être difficile pour les non spécialistes. En effet, il existe des drones permettant de réaliser des vols sur de très longues distances ou d’autres qui peuvent effectuer des vols stationnaires et se déplacer aisément dans toutes les directions. Ces derniers drones sont des multicoptères. Leur temps de vol est limité, avoisinant les 20 minutes au maximum. Ce sont toutefois les drones les plus polyvalents et ceux-ci permettraient de réaliser un grand nombre de projets divers et variés. C’est pourquoi, on a choisi le DJI Phantom 3, il est tout nouveau, mais surtout, il convient très bien { l’opération qu’on a effectuée.
Présentation du drone utilisé [11]
Le DJI Phantom 3 représente la nouvelle génération de quadricoptères.Il garde le même format que ses grands prédécesseurs les DJI Phantom 1 et Phantom 2.
Sur le plan technique, la différence entre ces deux versions se trouve sur la caméra, qui propose du Full HD en version Advanced et de la Ultra Haute Définition 4K sur la version Professional mais aussi sur le chargeur qui propose une charge jusqu’{ deux fois plus rapide sur la version Professional. La nacelle stabilisée sur 3 axes et la caméra 4K permettent au DJI Phantom 3 Professional de faire des vidéos de qualité professionnelle.
Principales fonctionnalités
La caméra : La caméra embarquée du Phantom 3 Professional nous permet d’enregistrer des vidéos 4K { 30 images par seconde et de prendre des photos d’une résolution de 12 mégapixels pour un résultat ultra net et détaillé. On peut exporter la vidéo au format MOV ou MP4. Les modes de prise de vue de photos disponible incluent les modes Rafale, Continu et Accéléré. Cette caméra repose dans les deux cas sur un capteur Sony Exmor au format 1/2,3 pouce (celui des appareils photo compacts) de 12 millions de pixels, doté d’une lentille f/2,8 offrant un champ de vision de 94°, soit une focale fixe équivalente à 20 mm, pour éliminer presque toutes les distorsions optiques gênantes qui gâchent si souvent les enregistrements réalisés avec les caméras non conçues pour les prises de vue aériennes.
L’application DJI Pilot nous permet d’obtenir un aperçu en direct des éléments capturés par la caméra sur notre appareil mobile. Le capteur perfectionné améliore la netteté, diminue le bruit et nous permet de prendre de meilleures photos.
Présentation de Pix4Dmapper [12]
Pix4D mapper est un logiciel de photogrammétrie permettant d’automatiser les processus de traitements photogrammétriques dans des temps très brefs.
Exemples de logiciel de photogrammétrie : Agisoft PhotoScan Pro, Recap 360, …
Développé par Pix4D (link is external), le logiciel Pix4Dmapper (link is external) convertit les images aériennes nadirales et obliques en ortho mosaïques géoréférencées 2D et modèles 3D de surface, et de MNT obtenus à partir d’un vecteur aérien (drones, avions, etc.). Avec son avancée automatique aérotriangulation basée uniquement sur les techniques d’optimisation de contenu unique d’image, Pix4D offre jusqu’{ une précision 3D du centimètre, dispose d’un flux de travail entièrement automatique. En plus de cela, il possède des fonctionnalités particulièrement intéressantes comme la sélection d’images pour la mosaïque permettant par exemple d’éliminer les objets en mouvement, la mesure de surfaces et de volumes à l’aide du rayCloud Editor (link is external) ou encore exporter les résultats dans n’importe quel logiciel professionnel GIS, CAD de photogrammétrie traditionnels ; dans différents formats (GeoTiff, Google Tiles, LAS, XYZ, etc.).
Utilisation du logiciel
Traitement des images dans Pix4Dmapper.
D’une manière simplifiée, les phases nécessaires au traitement d’images obtenues à partir d’un drone sont au nombre de trois. La première consiste à aligner les différentes images entre elles, la seconde à en extraire les informations pertinentes sous la forme d’un nuage de points ou d’un maillage et enfin vient l’étape de reconstruction et d’export du GeoTiff ou du MNT. Détaillons chacune d’entre elles.
Alignement d’images.
Contrairement aux techniques d’acquisition classiques par capteurs sophistiqués, les drones utilisent pour la plupart les mêmes appareils photo que l’on peut trouver dans le commerce. L’altitude de vol et l’angle de prise de vues nécessitent l’acquisition de plusieurs images se chevauchant afin de couvrir une zone.
Il sera alors nécessaire d’aligner (ou autrement dit de fusionner) ces différentes prises de vue afin d’obtenir une seule image continue. Pour cela, différentes techniques existent, mais globalement l’idée est de rechercher les entités correspondantes (keypoints) entre les différentes photos afin de construire l’image finale. Le code couleur utilisé permet d’identifier rapidement les images dont l’alignement n’a pu être réalisé pour cause de mauvaise calibration du capteur ou de mauvais paramétrage de la mission :
Un rond bleu correspond à la position initiale de l’image obtenue à partir des coordonnées GPS initiales.
Un rond vert est la position optimisée de l’image calculée par Pix4D Mapper prenant en compte le système de coordonnées géographiques de référence des points de calage.
Un rond rouge correspond à une caméra non calibrée et elle ne peut donc être utilisée.
Le résultat de cette opération nous a permis de voir qu’un grand nombre d’images n’ont pu être alignées du fait d’une erreur de paramétrage lors de la mission. Mais sachons que la nouvelle version de Pix4D permet de spécifier manuellement des points de correspondance afin d’améliorer le résultat final.
Génération du nuage de points.
Une fois les images correctement calibrées, il est possible d’en extraire des points contenant différentes informations comme notamment la couleur de celui-ci, mais aussi sa position en 3 dimensions (X, Y et Z) grâce à la stéréoscopie. Ce processus va alors générer un ensemble de ces points plus communément appelé « nuage de points ». Ce sont ces derniers qui seront utilisés lors de la création de l’orthophotographie et du MNT.
Export du résultat.
Nous arrivons au bout de ce processus. Aucune difficulté technique à cette étape, il suffit de spécifier le format d’export désiré et au bout de quelques minutes on obtient le fichier désiré. Plusieurs options sont disponibles comme notamment un classique fichier GeoTiff ou un MNT mais aussi la génération de tuiles à « la Google » pour une diffusion web.
Les petits (gros) plus de Pix4D Mapper.
Si on est dans le domaine, on va dire que les fonctionnalités précédemment présentées ne sont pas différentes de celles que l’on retrouve dans les autres logiciels similaires tels que PhotoScan (link is external). Sur ce point on a tout à fait raison. Mais, Pix4Dmapper (link is external) possède d’autres options qui font sa particularité. Si les deux premières sont assez courantes, les deux dernières sont spécifiques à Pix4Dmapper (link is external) ce qui lui donne son caractère unique.
Mesure de distances, surface et volumes
Au cas où on a réalisé la prise de vue d’une carrière, à partir du nuage de points, il sera alors possible de calculer la volumétrie d’un monticule de pierres, communément appelé « stockpile » dans le domaine. Pour cela, rien de plus simple, on dessine sur l’interface 3D la zone désirée et une fois la précision améliorée en remplaçant les points sur les images de référence 2D, la volumétrie est calculée automatiquement.
Export 3D
Bien que cette fonctionnalité soit disponible dans Pix4Dmapper (link is external), celle-ci est encore en mode bêta contrairement à PhotoScan (link is external) qui la propose depuis longtemps. Bien qu’intéressante pour certaines applications, celle-ci est moins importante dans notre domaine car cet export s’accompagne d’une perte de la composante spatiale. En résultat, on aura une belle représentation 3D mais celle-ci restera simplement visuelle.
Création d’objet 3D pour le DAO
Via l’interface de Pix4Dmapper (link is external) on va pouvoir très précisément dessiner les objets contenus dans l’image (ex: un poteau électrique) afin de générer ensuite un fichier compatible avec un logiciel de DAO (ex: autodesk). Entre l’orthophoto, le modèle numérique de terrain et ces objets vectoriels 3D, on obtient alors une représentation fidèle de notre territoire.
Choix de l’image
C’est l’une des fonctionnalités qui rend Pix4Dmapper (link is external), complètement unique dans le domaine. Pour illustrer l’intérêt de celle-ci, supposons que l’on a pris des images au-dessus de routes. Entre les différentes prises de vue, des objets mobiles (voitures, moto, etc.) se seront déplacés. En utilisant l’éditeur de mosaïque on peut alors sélectionner les images sans véhicules afin de les utiliser lors de la génération de l’ortophoto et obtenir ainsi une image sans véhicule ou autre artefact. Certes, cela demande un gros travail manuel, mais il faut avouer que le résultat final est irréprochable.
Conclusion
Ainsi s’achève ce billet, qui on espère qu’on vous aura convaincu des potentialités des drones et de la maturité des technologies associées. Nous nous sommes essentiellement concentrés sur l’utilisation de Pix4Dmapper (link is external) qui est certainement à l’heure actuelle la solution la plus aboutie et facile à prendre en main. Nous sommes volontairement restés très général, mais sachons que Pix4Dmapper (link is external) recèle de fonctionnalités qui n’ont pas été abordées comme le calcul de l’index de végétation (NDVI), les courbes de niveau ou encore la définition de masques au sein des images.
Configuration requise [13]
Pour utiliser Pix4Dmapper sur un PC sous Windows, on doit disposer de la configuration minimale suivante :
Minimum:
Windows 7, 8, 10, Serveur 2008, Serveur 2012, 64 bits (PC ou Mac ordinateur employant Boot Camp).
Quelques CPU (Intel i5/ i7/ Xeon recommandé).
Quelques GPU qui sont compatibles avec OpenGL 3.2. (Carte graphique intégrée Intel HD 4000 ou surintégrée).
Petit projet (en dessous de100 images à 14 MP): 4 GB RAM, 10 GB HDD Espace Libre.
Moyen projet (entre 100 et500 images à 14 MP): 8 GB RAM, 20 GB HDD Espace Libre.
Grand projet (à partir de 500 et 2000 images à 14 MP): 16 GB RAM, 40 GB HDD Espace Libre.
Très grand projet (au- delà de 2000 images à 14 MP): 16 GB RAM, 80 GB HDD Espace Libre.
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Table des matières
INTRODUCTION
I. Présentation de la zone objet de l’étude *1+
CHAPITRE I. REALISATION D’UN PLAN TOPOGRAPHIQUE PAR STATION TOTAL
I. Généralités
II. Travaux préliminaires
III. Description des opérations sur terrain
IV. Traitement des données
V. Organigramme de processus
CHAPITRE II : ETABLISSEMENT D’UN PLAN TOPOGRAPHIQUE A L’AIDE D’UN DRONE
I. Généralités
II. Historique et caractéristiques d’un drone
III. Processus de production d’un plan topographique ou d’une image à partir d’un drone
IV. Les différentes catégories d’images
V. Analyse du coût et délai de la création du plan / images
VI. Organigramme de processus
CHAPITRE III. COMPARAISON DES DEUX METHODES ET PERSPECTIVES DE RECHERCHE
I. Comparaisons
II. Interprétation
III. Perspectives de recherche
IV. Recommandations
CONCLUSION
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