- Charlie Wijnberg
Contrôle au sol vs aucun contrôle
Updated: Dec 21, 2019
Notre bureau s'est souvent demandé à quel point les relevés aériens effectués par les RPAS étaient précis. De nombreux rapports ont été rédigés par des enquêteurs comparant des ensembles de données d'orthomosaïques et de DEM à des méthodes d'enquête conventionnelles. Nous l'avons fait de nombreuses fois sur des ensembles de données grands et petits pour la validation à la fois pour nous-mêmes et pour les autres utilisateurs. Presque tous les rapports ont montré qu'il existe une très bonne corrélation entre les méthodes au sol conventionnelles et les levés photogrammétriques RPAS.
Cependant, il semble y avoir un manque d'informations sur la façon dont les données précises dérivées des processus photogrammétriques se comparent en excluant le contrôle au sol et en utilisant uniquement la localisation GPS et les données IMU d'un pilote automatique. De nombreux programmes de photogrammétrie permettent d'inclure des journaux de vol qui contiennent des traces GPS, des journaux IMU et des événements de déclenchement de caméra comme référence pour déterminer les centres d'image donnant au modèle une dimension spatiale.
Nous avons récemment entrepris une étude de drone de comparaison sur un site pour voir la différence entre les produits finaux finaux d'une enquête contrôlée uniquement par un journal de vol et une enquête corrigée par l'ajout de points de contrôle provenant d'une enquête au sol.
AMÉNAGEMENT ET ÉQUIPEMENT DU SITE
Le site choisi pour la comparaison est situé au Kwazulu-Natal, en Afrique du Sud. Ce chantier de construction actif mesure environ 2 km sur 1 km. Le contrôle a été initialement placé avec le GPS Leica GPS1200 de qualité topographique. Les marqueurs de contrôle consistaient en des marques de peinture sur du goudron ou des surfaces durcies et des sacs en plastique disposés lestés de terre. Au total, 40 points de contrôle ont été répartis uniformément sur le site et mesurés à des limites acceptables (erreur de 0,02 m) via les méthodes RTK. L'enquête a été référencée à notre approximation locale de WGS84.
Après que le contrôle a été placé et coordonné, un RPAS à voilure fixe de notre propre conception a été déployé avec une caméra RVB 24mp à bord, déclenchée pour capturer des images à des intervalles définis comme déterminé par le plan de vol. Le plan de vol a été dérivé dans le planificateur de mission open source en utilisant les critères de 65% d'écart latéral, 70% de tour en avant, 170 m AGL.
Le vol a pris 35 minutes pour terminer avec 576 images enregistrées. Un journal de vol du pilote automatique Pixhawk exécutant le firmware Arduplane 3.4 a été extrait au format .LOG.
TRAITEMENT DES DONNÉES
Une fois les données requises collectées, les images brutes et le journal de vol ont été traités à l'aide de Pix4D ver.2.0.100 sur une machine Windows 10 I7. 2 projets distincts ont été traités, l'un avec uniquement le journal de vol utilisé pour référencer les images, le second utilisant le journal de vol pour référencer initialement les images, mais en ajoutant plus tard des points de contrôle pour affiner davantage le modèle.
Sans contrôle: 568 images sur 576 ont été utilisées pour l'étalonnage. Les images restantes ont été rejetées car elles semblaient être des photos prises lors de l'inclinaison de l'avion. Après le traitement, l'erreur absolue trouvée à partir des positions de caméra interpolées à calculer était X: 5,58 m, Y: 3,80 et Z: 3,70. Ceci est dans la plage attendue compte tenu de la taille du site, du retard dans l'enregistrement de l'image et des imprécisions de l'instrument.
Contrôle: Les mêmes résultats que ci-dessus ont été calculés, mais un contrôle au sol a été ajouté au modèle puis réaligné. L'erreur RMS finale pour tout le contrôle était de 0,02 m. Othophotos et DEM ont été générés pour les deux projets et exportés pour analyse
COMPARAISON DES DONNÉES
Plus de 80 points ont été sélectionnés sur chaque orthophoto correspondante uniformément sur le site. Ceux-ci ont été choisis au hasard afin de ne pas être influencés ou pondérés par les points de contrôle existants. Les points ont été coordonnés en 2D et comparés.
Le passage global du contrôle au non-contrôle ne semblait pas visuellement être décalé de façon planaire avec une rotation mais qu'une mise à l'échelle avait également été introduite. Le décalage moyen 2d entre les points est en moyenne à dX: 0,19 m, dY: 0,04 m, mais la plage varie autant que rX: 10,97 m, rY: 10,94 m. La distribution du décalage est exagérée aux bords du modèle. Une transformation de Helmert des données montre qu'un facteur d'échelle de 0,995 et une rotation de 0,0619 degrés devraient être appliqués pour obtenir des dimensions similaires aux données de contrôle. Cette information est étonnamment bonne car elle montre que malgré une rotation, les mesures linéaires sur l'ensemble des 2 km du site ne sont que 1% exagérées, l'exagération étant pondérée vers les bords du modèle.Les mêmes points ont été comparés avec leurs données DEM respectives et Valeurs Z dérivées. D'après ces informations, les valeurs devraient avoir un décalage uniforme sur le site, car les données de contrôle pour chaque système d'enquête auraient varié. Le décalage moyen s'est révélé être de 3,01 m, mais la plage variait de 13,82 m. Cela signifie que pour cet ensemble de données, la plage d'erreur est de 9%. La dispersion des données semble exagérée au centre et sur les bords du modèle. Des coupes transversales ont été tirées au hasard pour confirmer ce décalage incohérent.
EXPLICATION ET IMPLICATIONS
Le raisonnement expliquant pourquoi il n'y a pas un simple changement dans les X, Y et Z est dû à un certain nombre de facteurs. Le principal étant que les capteurs GPS et IMU à bord du pilote automatique ne sont pas suffisamment sensibles et précis. Un GPS non corrigé ne donnera jamais de résultats inférieurs à un mètre de précision, tandis que l'IMU doit être parfaitement aligné avec la caméra. Il y a ensuite le délai entre l'enregistrement d'un événement et le moment où l'image est finalement enregistrée après le retard du signal, la mesure de la lumière et le décalage de la mise au point. Pour un avion voyageant à 15 m / s, un retard d'obturation de seulement 500 ms signifie que la caméra aura déjà parcouru 7,5 m avant d'être enregistrée. Ensuite, il y a l'optique interne des objectifs de la caméra à considérer qui ne sont pas parfaitement alignés et peuvent déformer le modèle final.
Les implications de ne pas utiliser de contrôle pour les levés othométriques sont graves. Ne disposer que de la fiche technique du logiciel photogrammétrique indiquant que, localement, le modèle est précis, peut être loin de la vérité sur le terrain (là où cela compte). Ces données doivent être confirmées et quantifiées par d'autres méthodes car la sensibilité et la précision des capteurs embarqués ne sont pas suffisantes.
Comme mentionné précédemment, la mise à l'échelle d'un modèle de 1% sur 1000 m est de 10 m et est acceptable pour certains types de levés. Lorsqu'il est combiné avec l'élément vertical, la variance n'est pas si prévisible. Pour calculer les pentes, les volumes et les gradients, avoir une si grande plage de données (9%) est beaucoup trop pour des estimations précises.
Le travail volumétrique, par exemple, nécessite une surélévation précise et cohérente. Pour déterminer avec précision un volume, une couche de base doit être déterminée. Après les travaux de terrassement, la zone est réarpentée en utilisant la même donnée et les modèles sont soustraits les uns des autres pour déterminer un volume. Le fait de n'avoir aucun contrôle entraîne des erreurs et des incertitudes, car les données de référence seront différentes pour chaque levé et nous avons identifié une incertitude dans le modèle.
Cela ne veut pas dire que les données sont inutiles. Il peut y avoir des cas où ces données sont acceptables, comme les premières étapes de l'aménagement du territoire ou la modélisation de base. Souvent, cela n'a pas de sens financier d'inclure le contrôle au sol pour une simple orthophoto d'un site. Dans ces cas, les données sont parfaites telles quelles, mais elles ne peuvent pas être transformées en un rendu plus précis du terrain
Il est prévu qu'à l'avenir, des capteurs plus robustes et plus précis seront mis à la disposition des géomètres. Ceux-ci font déjà leur chemin sur le marché avec des puces GPS à haute fréquence qui peuvent être post-traitées au niveau centimétrique, des capteurs IMU chronométrés avec précision et des minuteries de déclenchement d'événements pour les caméras. Ce sera une question de temps avant de placer le contrôle avant qu'un levé aérien ne soit fait, devient redondant.
En conclusion, il est irresponsable de la part d'un arpenteur de ne pas inclure le contrôle dans son enquête lorsqu'il entreprend un travail quantifiable. L'incertitude des données émises peut amener le client à faire des erreurs coûteuses lors des travaux de terrassement ou d'autres calculs de quantité. Il ne suffit pas d'émettre des informations aussi précises et absolues car le logiciel de traitement le dit. L'enquêteur doit se souvenir de sa formation et appliquer les premiers principes lorsqu'il entreprend ce type d'enquête, car il existe certainement un potentiel de résultats exagérés.