Drones et MNE vs MNT vs MNS

Guide des modèles numériques de terrain, des modèles numériques d'élévation et des modèles numériques de surface pour la topographie par drone : de quoi s'agit-il, quelles sont leurs différences, leurs applications et comment ils peuvent aider le LiDAR et la photogrammétrie par drone.

Si vous utilisez un drone pour la topographie, il est très probable que vous soyez confronté aux termes Digital Terrain Model (MNT), Digital Elevation Model (MNE) et Digital Surface Model (MNS).

Mais que sont-ils exactement, quelles sont leurs différences et comment peuvent-ils vous aider ?

Continuez à lire pour le découvrir.

Modèles numériques d'élévation

Les modèles numériques d'élévation, également connus sous le nom de MNE, sont une représentation visuelle des données d'élévation pour chaque point acquis sur votre site.

Au lieu de représenter l'aspect réel de votre site tel quel, les MNE utilisent généralement la couleur pour indiquer les différences d'élévation, comme le montre cette image.

Les MNE sont des jeux de données raster ou des grilles qui montrent le point vertical le plus élevé (z) enregistré pour chaque coordonnée horizontale (x,y).

Plus les cellules de la grille sont petites, plus les informations contenues dans un fichier de données MNE sont détaillées. Par conséquent, si vous cherchez à modéliser avec beaucoup de détails, un espacement de grille faible (ou de petites dimensions de cellules) est idéal.

Lorsqu'ils sont visualisés, ces fichiers raster représentent la forme du terrain de votre site, qui peut être utilisée comme référence pour la topographie sur laquelle vous travaillez.

Modèles numériques de surface et modèles numériques de terrain

Les modèles numériques d'élévation (MNE) sont un sur-ensemble des modèles numériques de terrain (MNT) et des modèles numériques de surface (MNS).

Quelle est donc la différence entre un MNT et un MNS ?

• MNT : un modèle de terrain nu. En d'autres termes, caractérisant exclusivement le sol et le terrain.
• MNS : La forme la plus générale de modèle de surface qui inclut tous les points acquis, représentant les caractéristiques naturelles et artificielles. Un MNS inclut le sommet des bâtiments, des arbres, des lignes électriques et d'autres objets. Essentiellement, c'est un modèle de canopée qui ne voit le sol que lorsqu'il n'y a rien d'autre au-dessus.

Le graphique ci-dessous est un schéma simple montrant les différences entre un MNT et un MNS. Notez comment le MNT (ligne orange) suit le sol, tandis que le MNS (ligne verte) suit les structures en surface, c'est-à-dire le sommet de la maison et l'arbre.

Alors, comment cela se traduit-il dans un jeu de données réel ? L'exemple suivant le démontre, avec le MNT à gauche et le MNS identique à droite.

Encore une fois, remarquez comment le MNS montre le sommet des maisons et de la végétation ; des caractéristiques qui ne sont pas présentes dans le MNT de terrain nu.

Comment les drones peuvent-ils aider à générer des MNE, MNS et MNT ?

Les drones sont un outil de collecte de données économique, rapide et efficace pour la génération de MNE, MNS et MNT.

Les avancées technologiques de ces dernières années ont conduit au développement de drones capables de réaliser des missions de photogrammétrie et LiDAR.

Ces deux applications sont fondamentales pour la création de MNE, MNS et MNT. Notre guide LiDAR vs Photogrammétrie présente une comparaison approfondie entre les deux, mais en bref :

• LiDAR : acronyme de « Light Detection and Ranging », le LiDAR fonctionne en envoyant des impulsions lumineuses vers la surface terrestre ou vers une caractéristique sur celle-ci, et en mesurant le temps nécessaire pour qu'elles se reflètent. Cela fournit un point de positionnement précis de l'endroit où le laser a frappé la surface terrestre ; ces données peuvent être utilisées pour construire un nuage de points 3D représentant le terrain, la topographie et les caractéristiques de la zone scannée.
• Photogrammétrie : l'art de capturer des photographies haute résolution pour recréer une zone de relevé. Ces images sont traitées et assemblées à l'aide d'un logiciel sophistiqué pour créer des modèles 3D réalistes, géoréférencés et mesurables du monde réel.

Comme souligné ci-dessus, il existe des différences claires entre le LiDAR et la photogrammétrie.

Par conséquent, une attention particulière est nécessaire avant d'implémenter ces techniques de cartographie par drone pour la génération de MNT, MNS et MNE.

Le LiDAR, par exemple, est particulièrement efficace pour l'acquisition de données MNT par rapport à la photogrammétrie, surtout dans les zones à forte végétation.

Pourquoi ? Parce que par sa nature même, le LiDAR peut pénétrer les espaces entre les feuilles et les branches pour atteindre le niveau du sol, obtenant ainsi des données plus précises du terrain.

Au contraire, la végétation peut empêcher la photogrammétrie par drone d'acquérir une représentation précise de l'aspect de la topographie du sol : en substance, elle ne capturera que les caractéristiques qui dépassent de la surface terrestre.

Cet excellent graphique ci-dessous – créé par Ben Bishop, directeur technique de Flythru Limited – montre la différence entre le LiDAR et la photogrammétrie pour la génération de MNT.

Dans cet exemple, les données LiDAR sont en rose et la photogrammétrie est en bleu. Notez comment la photogrammétrie fait un excellent travail pour capturer la cime des arbres, mais ne peut rivaliser avec le LiDAR lorsqu'il s'agit d'obtenir des informations sur le terrain dans les zones obscurcies par la végétation.

Pour cette raison, la photogrammétrie devient plus efficace pour les MNS.

Rappelez-vous, les MNS représentent à la fois les caractéristiques naturelles et construites sur la surface terrestre, comme la canopée des arbres et les changements de végétation.

Par conséquent, les images haute résolution collectées lors d'une mission de photogrammétrie sont utiles pour construire ce type de cartes. Mais le LiDAR peut également être utilisé pour les MNS.

Les meilleurs drones pour MNE, MNS et MNT

DJI a conçu de nombreux drones pour des missions de relevé aérien, notamment le M300 RTK et le Phantom 4 RTK.

Parmi eux, le M300 RTK est le plus adapté à la création de ces modèles car il peut être intégré avec la photogrammétrie et des caméras LiDAR.

Le DJI Zenmuse P1 (ci-dessous, à gauche) est une caméra photogrammétrique dédiée avec un capteur plein format de 45 MP, tandis que le DJI Zenmuse L1 (ci-dessous, à droite) est un capteur LiDAR avec des fonctionnalités de photogrammétrie.

Le M300 RTK couplé avec le P1 ou L1 rend le relevé aérien hautement accessible, surtout dans le cas de l'acquisition de données LiDAR. Et, grâce à une combinaison de la plus grande autonomie du drone et des spécifications individuelles des caméras, ce jumelage offre une solution de cartographie incroyablement efficace, couvrant de vastes zones en peu de temps.

Parallèlement, le Phantom 4 RTK est une solution de relevé par drone compacte et à basse altitude, mais elle possède une caméra photogrammétrique fixe de 20 MP. Par conséquent, bien qu'il s'agisse d'un outil de relevé par drone efficace, il manque de la polyvalence du M300 RTK car il ne peut pas être intégré avec le LiDAR.

MNE, MNS et MNT – Types d'applications

Les MNE – qui intègrent les MNS et MNT – sont fondamentaux dans des domaines tels que la gestion des infrastructures, l'hydrologie gérant l'érosion côtière, l'archéologie, les études sur la direction des flux, l'utilisation des sols, la planification urbaine et le suivi des glissements de terrain.

Drones, MNE, MNS et MNT – Résumé

Le relevé par drone est devenu l'une des principales applications du secteur et les MNE, MNS et MNT peuvent constituer une partie importante des projets de cartographie.

Les aéronefs sans pilote facilitent la collecte des données nécessaires pour ces types de modèles.

Le choix entre MNE, MNS et MNT dépend du type d'informations requises, tandis que le choix entre photogrammétrie et LiDAR est également une considération clé.

Mais comme pour toutes les données de sortie associées au relevé par drone, ces actifs numérisés fournissent des informations approfondies sur votre site de travail qui peuvent guider la prise de décision et le retour sur investissement (ROI).