LiDAR : mesurer forme et distance directement à partir de l'aller-retour de la lumière

Le LiDAR chronomètre le temps que met une impulsion laser pour atteindre une cible et revenir : distance = vitesse de la lumière × temps aller-retour ÷ 2. La lumière parcourt environ 30 cm par nanoseconde, donc une nanoseconde de temps aller-retour correspond à environ 15 cm de distance. Une électronique de chronométrage très fine est le cœur de l'instrument.

La dernière ligne est la plus importante. Un LiDAR de drone ne mesure que la distance et la direction depuis l'aéronef ; les coordonnées cartographiques dépendent de la précision de la position et de l'attitude de l'aéronef. Là où le GNSS ne porte pas, cette trajectoire doit être estimée à partir de l'environnement par SLAM.

Le LiDAR produit un nuage de points : chaque point porte des coordonnées (X, Y, Z), une intensité, un numéro de retour et un horodatage. Le format ASPRS LAS (LAZ une fois compressé) est le standard courant. Ajoutez la couleur d'une caméra et vous obtenez un nuage de points colorisé.

• Densité de points : points par mètre carré. Fils fins et petits éléments exigent de la densité et une bonne incidence.
• Classification : trier les points en sol, bâtiments, végétation, conducteurs, pylônes. Une classification automatique suivie d'une révision humaine est la norme.
• MNT et MNS : hauteur du sol nu (MNT) contre hauteur de surface incluant arbres et bâtiments (MNS). Leur différence est la hauteur de la canopée.
• Coupes transversales : pour les tunnels et conduites, découpez le nuage en tranches pour vérifier la déformation du profil intérieur.

L'une des utilisations les plus matures du LiDAR en inspection concerne les lignes électriques. Il mesure en un seul passage les distances entre les conducteurs et les arbres, les bâtiments ou le sol le long de longs corridors. Les retours multiples atteignent le sol à travers le feuillage, ce qui le rend bien plus rapide que les patrouilles à pied ou en hélicoptère en forêt.

La même approche fonctionne pour les caténaires ferroviaires et les arbres en bord de voie. Voler près des conducteurs peut perturber le compas et les liaisons ; gardez donc une distance généreuse. Champs électromagnétiques intenses

Dans les tunnels, les mines, les réservoirs de stockage et les chaudières, il n'y a pas de GNSS. Les balayages LiDAR sont mis en correspondance pour estimer le mouvement et construire la carte en même temps (SLAM). Travailler dans l'obscurité totale est un avantage que les caméras n'ont pas. Des drones en cage, tolérants aux collisions, emportent un LiDAR à cet effet (p. ex. Flyability Elios 3).

Pour le détail des environnements, voir sans GNSS, espaces confinés, obscurité et poussière et fumée.

La « précision de mesure de distance » d'une fiche technique LiDAR concerne le capteur seul. La précision cartographique y ajoute l'erreur de trajectoire, l'erreur de boresight (angle de montage) et la divergence du faisceau. Même de bons résultats de LiDAR sur drone se situent généralement dans une plage de quelques centimètres — et doivent toujours être vérifiés sur des points de contrôle.

En pratique, emporter les deux est de plus en plus courant : le LiDAR construit le squelette géométrique, les images de la caméra apportent couleur et détail. Les largeurs de fissures viennent des photos ; les déformations et les distances, du LiDAR.

Comment séparer un modèle 3D flatteur d'une précision de niveau topographique est expliqué pas à pas dans séparer l'aspect de la précision en topographie par drone (Airffic Flight Institute).

• Défauts de surface fins : les fissures fines et la couleur de la rouille n'apparaissent pas dans un nuage de points.
• Sous l'eau : le LiDAR proche infrarouge courant est absorbé par l'eau ; la bathymétrie exige des systèmes à laser vert, qui peinent en eau trouble.
• Poussière, fumée, pluie : les particules créent de faux points et des lacunes.
• SLAM dans les espaces uniformes : dans les longs tunnels, garder des distances justes sans cibles est difficile.
• Décisions : les critères de dégagement et les priorités d'élagage sont fixés par le propriétaire de l'actif.

D'ici 2035, le LiDAR sera plus léger et moins cher, et probablement standard aux côtés de la caméra sur la plupart des aéronefs d'inspection. Les corridors de lignes électriques seront relevés sur le même itinéraire chaque année, et des calendriers d'élagage seront proposés à partir de la croissance prévue des arbres et de la flèche des conducteurs. Dans les puits et les réservoirs, les nuages SLAM seront superposés au relevé précédent et seule la déformation des parois sera colorée. C'est la vision de la rédaction.

Même alors, la précision sera garantie par de bons vieux points de contrôle et des conditions consignées. Plus nous pouvons mesurer, plus il importe de montrer jusqu'où les données sont fiables.