La société Altametris est leader en France dans la collecte de données, leur traitement et leur mise en valeur. Cette entreprise utilise quotidiennement la technique de la photogrammétrie pour la création de jumeaux virtuels. Nous les remercions et en particulier Quentin Lemesle pour la mise en œuvre de cette mission.
En tant que filiale de SNCF Réseau, Altametris relève chaque année des milliers de kilomètres de voies ferrées. Depuis plusieurs années déjà, la société a pour habitude d’effectuer une grande partie de ces relevés grâce à la technique de la photogrammétrie.
Cette technique permet de créer un modèle en 3 dimensions géoréférencé à partir de photos. Il existe de nombreux avantages à cette méthode comparée à d’autres plus traditionnelles :
- Gain de temps, car selon la précision attendue le drone permet de relever jusqu'à plusieurs dizaines d’hectares par heure contre quelques hectares pour un topographe avec récepteur GNSS ou tachéomètre,
- Restitution 3D complète d’un site, chaque zone survolée pourra être modélisée alors que le topographe peut oublier de relever des points,
- Restitution photoréaliste,
- Gain en sécurité, car le topographe n’a plus besoin d’évoluer sur le terrain, il ne doit plus traverser les voies etc…
Problématique
Pour des projets de travaux ou de contrôle, Altametris a pour habitude de relever des voies ferrées en photogrammétrie aérienne par drones. Afin de gagner en précision et en temps d’acquisition, la société souhaite s’équiper d’un capteur plein format aéroporté. Ce type de capteur présente plusieurs avantages par rapport à d’autres capteurs plus petits :
- Qualité des photos supérieure,
- Meilleure gestion du bruit ISO,
- Meilleures capacités en basse lumière,
- Meilleure plage dynamique...
Le nouveau capteur Zenmuse P1 embarqué par le Matrice 300 RTK de DJI semble donc être la solution pour des relevés photogrammétriques précis et rapides.
Pourquoi choisir le Matrice 300 RTK et la Zenmuse P1 ?
La Zenmuse P1 est une caméra pensée pour la photogrammétrie. Son capteur est un plein format (24mmx36mm) de 45 Mégapixels, c'est donc le plus grand capteur de la gamme DJI. La taille de ses photosites (4.4 µm) permet de capter des photos de qualité même avec une faible luminosité.
Cette caméra dispose d’un Global Shutter mécanique évitant ainsi toute déformation dans les résultats obtenus avec des caméras avec Rolling Shutter. En effet sur un Global shutter, tous les pixels sont enregistrés simultanément, alors qu'un Rolling Shutter enregistre les pixels ligne par ligne à la façon d'un scanner créant des déformations dues au mouvement du drone.
Global Shutter VS Rolling Shutter.
La DJI Zenmuse P1 est compatible avec 3 objectifs à focale fixe : 24mm, 35mm et 50mm.
La Zenmuse P1 ne peut être embarquée que sur un DJI Matrice 300 RTK. Ce drone propose une grande autonomie en vol de 43 minutes, permettant de balayer de 5 à 10 fois plus de surface par vol qu’un DJI Phantom 4 RTK par exemple. Son module RTK permet un géoréférencement des clichés avec une précision centimétrique en temps réel.
Mission
Le but de la mission est de reconstituer en 3 dimensions une ligne de chemin de fer sur environ 300 mètres de longueur et les abords sur 100 mètres de large.
Nous utiliserons le DJI Matrice 300 RTK avec sa caméra/nacelle Zenmuse P1 et son objectif 35mm.
Plusieurs éléments de cette zone permettront d’estimer la qualité des résultats : la présence de fils électriques, de signalisation et de rails, objets particulièrement difficiles à restituer fidèlement à cause de leur texture ou de leur forme complexe. Le vol ayant lieu un 4 Janvier nuageux, cette mission sera également l’occasion de constater les capacités du capteur en conditions défavorables.
Matériel utilisé
- Drone DJI Matrice 300 RTK
- Caméra nacelle DJI Zenmuse P1 avec objectif 35mm
- Abonnement N-RTK Orphéon
- 6 points de calage relevés avec une canne GNSS
- Logiciel Pix4Dmapper v4.6.4 sur PC Windows
Acquisition des données
6 GCPs (points de calage au sol) ont été répartis sur la zone pour garantir et vérifier la précision des résultats. Ceux-ci ont été relevés à l’aide d’une canne GNSS dans le système RGF93 projection Lambert CC49 et altitude IGN69.
Pour cette mission, le drone sera connecté au service Orphéon afin d’obtenir une précision centimétrique des clichés en temps réel.
Le vol est ensuite paramétré avec l’application DJI Pilot incluse à la radiocommande SmartController Enterprise.
- Le mode Waypoint, adapté à des missions d’inspection
- Le mode Mapping, adapté à des missions de topographie
- Le mode Oblique, pensé pour la modélisation de structures érigées
- Le mode Linear Flight Mission, qui est dédié aux missions de topographie linéaires (routes, pipelines, etc…)
Nous avons choisi le mode le plus adapté à ce genre de surface : le mode Mapping.
Voici les paramètres que nous avons imposé :
- Caméra : Zenmuse P1 35mm
- Hauteur de vol : 70 mètres
- GSD : 0.88cm
- Recouvrement longitudinal : 75%
- Recouvrement Latéral : 70%
- Vitesse du drone : 1.8m/s
- Mode « Smart Oblique Capture » activé à -75°.
Ce nouveau mode permet en un seul passage du drone de capturer des images au nadir (-90°) et 4 angles différents : droite, gauche, avant et arrière (-75°). Ce mode permet une optimisation des résultats en altimétrie et de reconstituer plus finement les surfaces verticales.
Une fois le vol paramétré, il suffit de lancer la mission d’un simple clic.
Dans un premier temps, le drone monte à la hauteur définie lors de la planification, puis se rend à son premier point. Une fois la caméra basculée au nadir (-90°), la caméra fait une mise au point automatique et gardera ensuite ce focus pour toutes les photos de la mission.
Nous paramétrons l’appareil photo en mode Manuel avec les valeurs suivantes :
- Vitesse : 1/250s
- Ouverture : f/2.8
- ISO : 400
Ces valeurs permettront d’éviter l’apparition de bruit et de flou de bouger malgré les conditions lumineuses très compliquées (il est 16h00 un 4 janvier 2021 nuageux…).
Le drone évolue ensuite automatiquement en fonction des paramètres prévus. Pendant la mission, il est possible de passer de la vue de la Zenmuse P1 à la vue de la caméra FPV ou à la vue de la carte. Il nous est à tout moment possible de mettre en pause ou d’abandonner la mission. 20 minutes suffisent pour survoler les 6Ha (3Ha + marge).
Une fois la mission terminée, le drone revient automatiquement se poser sur son point de décollage.
La Zenmuse embarque une carte SD sur laquelle les clichés sont directement enregistrés. Un dossier est créé pour chaque mission. Dans notre cas il contient les 641 photos de cette mission ainsi qu’un fichier contenant les coordonnées / orientations des photos et un fichier d’observation satellites.
Traitement photogrammétrique
Une fois le vol terminé, nous avons utilisé le logiciel Pix4Dmapper pour transformer les photos en modèle 3D.
Le logiciel reconnait automatiquement les coordonnées contenues dans les métadonnées des photos.
Les points relevés grâce au GPS sont intégrés au process en tant que « checkpoint » afin de contrôler la précision.
Malgré la sous-exposition due à la période et la météo lors des relevés, la précision du rendu final est excellente.
Premier point de contrôle avant de lancer le calcul : la qualité des photos.
Un zoom dans les photos est une façon assez simple de contrôler leur qualité avant de lancer un traitement photogrammétrique. Dans cette photo les détails permettent de mettre en évidence les capacités du capteur : aucun flou de bouger n’est à déplorer, le bruit ne se fait pas ressentir, la mise au point est bonne et les détails sont bien restitués.
Second point de contrôle après la processus initial : l’écart entre points relevés par un récepteur GNSS et les points créés par le processus de photogrammétrie.
Les écarts sont en moyenne proche du centimètre en 3D. Ils ne dépassent pas 2.6cm en planimétrie et 3.5cm en altimétrie !
Une fois les calculs achevés nous obtenons les différents résultats exploitables : nuage de points, maillage 3D texturé, orthophoto, etc…
Le nuage de points montre une excellente définition et très peu de bruit.
Les fils électriques sont modélisés malgré leur petite taille.
Les objets aux formes complexes comme cet élément de signalisation sont modélisés avec finesse.
Peu de bruit apparait sur les rails.
>>>Cliquez pour l'Aperçu des résultats sur Pix4DCloud<<<
(Résultats de démonstration non optimisés)
Conclusion :
Pour résumer, la Zenmuse P1 est le capteur dédié à la photogrammétrie le plus performant jamais vu chez DJI. Elle permet d'atteindre une précision centimétrique même sans GCPs (nous vous conseillions de conserver des points tout de même, un géomètre se contrôle TOUJOURS). L'écosystème M300 + P1 + Pilot permet de balayer de grandes surfaces simplement de façon très détaillé et précise même en conditions difficiles.
Si vous souhaitez en savoir plus sur la Zenmuse P1 et le M300 RTK, n'hésitez pas à nous contacter.