DJI Phantom 4 RTK – Le meilleur drone pour les levés topographiques de construction

STRABAG utilise le DJI Phantom 4 RTK pour l’arpentage de chantiers afin de créer des modèles 3D précis

Le réseau autoroutier européen s’étend sur 80 000 km et traverse de nombreux pays. En 2017, l’Allemagne s’est classée au deuxième rang européen et mondial avec 12 996 km d’autoroutes, faisant du pays un axe de transit majeur pour des millions de voitures et de camions à destination de l’Europe de l’Est ou du Sud, ce qui impose une forte pression sur les structures existantes.

Le ministère fédéral allemand des Transports a mené une analyse complète de l’augmentation prévue du trafic entre 2010 et 2030, calculant une hausse du nombre de passagers-kilomètres de 12 % et des tonnes-kilomètres de 38 %. Constatant la nécessité de rénover et d’étendre le réseau de transport allemand, le ministère a recommandé un investissement public de 270 milliards d’euros d’ici 2030 dans son plan fédéral d’infrastructures de transport. Près de 75 % de cet investissement est destiné au renouvellement et à l’extension des autoroutes et des routes fédérales.

Pour répondre à la demande croissante d’infrastructures de transport améliorées, les équipes ont recherché de nouvelles technologies pour accroître l’efficacité. Au cours de ce processus, de nombreux entrepreneurs ont déployé des drones sur site pour créer des cartes régulières des chantiers et mener des missions de relevé plus rapidement.

STRABAG – Spécialistes de la construction routière

L’exécution du plan ministériel est une entreprise exigeante qui nécessite une planification et une coordination à long terme des entreprises et des spécialistes du secteur privé pour mener à bien ces projets de construction routière à grande échelle.

STRABAG SE, le sixième plus grand groupe de construction d’Europe, et sa filiale allemande STRABAG AG sont des acteurs majeurs de la construction d’infrastructures de transport, qui représentent 37 % du volume de production de STRABAG. Avec plus de 100 ans d’expérience et plus de 70 000 employés dans le monde, STRABAG a mérité sa position de leader sur le marché pour de bonnes raisons. Elle est à la pointe de l’innovation technologique.

Les équipes de STRABAG travaillent en parallèle sur 9 100 projets de construction à travers l’Europe, dont 4 900 en Allemagne. Ensemble, ces projets représentent jusqu’à 600 km d’autoroutes en construction ou en rénovation, ce qui nécessite des flux de travail et des communications efficaces pour respecter les délais et le budget. Par conséquent, une planification précise du terrain joue un rôle crucial dans la gestion et l’assurance qualité des projets de construction.

L’unité commerciale « Digital Survey and UAV » de STRABAG déploie des drones pour des clients internes et externes afin de cartographier les projets tout en économisant du temps et des coûts depuis 2015. À mesure que cette technologie a été déployée pour un nombre croissant de clients, de nouvelles applications exigeant une grande précision ont vu le jour. Pour répondre à ces exigences, STRABAG a ajouté le nouveau Phantom 4 RTK à la panoplie d’outils de ses géomètres.

La construction de l’autoroute allemande A3 près de la ville de Würzburg est l’un des projets à long terme actuels de STRABAG. Commencé en 2014 et devant s’achever en 2021, ce projet voit STRABAG élargir l’autoroute de deux à trois voies, construire un nouveau tunnel antibruit, remplacer un pont délabré, et plus encore. Ces améliorations sont mises en œuvre sur plusieurs kilomètres d’autoroute, sur un terrain complexe présentant des pentes raides et de nombreux virages. Avec un projet de cette envergure à Würzburg s’étalant sur plusieurs années, un arpentage efficace du site est une priorité pour l’équipe de STRABAG, lui permettant de planifier et de suivre les progrès avec précision.

« L’utilisation de drones pour la cartographie de chantiers présente de nombreux avantages. Leur intégration transforme notre flux de travail et simplifie de nombreuses étapes opérationnelles. Les méthodes d’arpentage classiques permettent également d’obtenir des modèles 3D, mais les modèles numériques de terrain créés à partir des données des drones offrent une densité de points plus élevée ; la réalité est donc décrite de manière beaucoup plus détaillée », explique Thomas Gröninger, responsable de l’unité commerciale Digital Object Survey et UAV.

DJI Phantom 4 RTK – Une révolution pour l’arpentage de chantiers

Aujourd’hui, chez STRABAG, les drones sont un outil courant pour certains aspects de la cartographie de construction. Ils se sont avérés supérieurs aux méthodes d’arpentage traditionnelles dans certains environnements, par exemple sur des projets peu végétalisés, disposant d’une bonne couverture GPS et d’un ensoleillement suffisant. Cependant, obtenir des résultats de relevé précis (c’est-à-dire une précision allant jusqu’à 3 cm) avec un drone non-RTK/PPK nécessite de placer jusqu’à 40 points de contrôle au sol (GCP) par kilomètre carré, ce qui prendrait plusieurs heures.

Le nouveau DJI Phantom 4 RTK est équipé d’un système de navigation et de positionnement centimétrique intégré ainsi que d’un système d’imagerie haute performance prenant en charge les solutions RTK et PPK. Pour fournir des images garantissant des résultats de relevé exceptionnels, le Phantom 4 RTK enregistre les paramètres des objectifs calibrés en usine ainsi que la position, l’altitude et d’autres données sur chaque photo, en faisant correspondre les données de positionnement au centre du capteur CMOS de l’appareil photo à l’aide du nouveau système TimeSync. En utilisant le module de positionnement RTK (GPS L1 L2, GLONASS L1 L2, Galileo E1 E5a et BeiDou B1 B2), le Phantom 4 RTK réduit potentiellement à zéro le nombre de GCP nécessaires. Pour la gestion de la qualité, 3 à 5 GCP par kilomètre carré sont largement acceptés dans le secteur. En utilisant le Phantom 4 RTK avec un nombre réduit de GCP, les géomètres peuvent obtenir une précision légèrement accrue et économiser au moins 75 % du temps de configuration des GCP.

Pour profiter de tous les avantages du système entièrement intégré, les géomètres en mode RTK utilisent les services de réseau RTK. Pour obtenir des résultats encore plus précis, en particulier dans les zones où la couverture du réseau mobile est médiocre, il est possible de connecter facilement la station mobile GNSS haute précision D-RTK 2.

Conçu pour les géomètres

Pour expliquer en profondeur le fonctionnement interne du DJI Phantom 4 RTK, le drone acquiert les données d’observation satellitaire originales ainsi que les données d’éphémérides et les stocke dans un fichier PPKRAW.bin au format RTCM 3.2. De plus, le Phantom 4 RTK convertit les données satellitaires à la volée au format RINEX (Receiver Independent Exchange Format) et enregistre les données dans un fichier RINEX.obs. Grâce à la synchronisation interne de la position GNSS et de la caméra, le fichier Timestamp.MRK fournit un enregistrement extrêmement précis de la position de l’image. Toutes les données relatives à l’opération sont stockées sur une carte Micro-SD dans un dossier unique pour chaque mission. La cohérence des données du Phantom 4 RTK a réduit le temps nécessaire pour valider les données et les résultats, permettant un flux de travail de post-traitement efficace avec des ajustements manuels minimaux, voire nuls.

Sans GCP, la précision horizontale atteignable est de 3 cm et la précision verticale de 5 cm au sein du système de référence mondial WGS84 utilisé par le Phantom 4 RTK. Dans les zones sans couverture réseau mobile, le Phantom 4 RTK permet aux géomètres d’utiliser le PPK pour l’évaluation ultérieure, tout en conservant la même précision que celle offerte par le RTK.

« Lors de la configuration de la trajectoire de vol, il est nécessaire de sélectionner l’altitude et le chevauchement. Le P4R propose une application intégrée de planification de vol sur la radiocommande, incluant tous les paramètres d’arpentage pertinents pour rendre la planification facile et efficace », déclare Philipp Mielke, chef d’équipe Digital Survey et UAV chez STRABAG.

Le Phantom 4 RTK a été conçu pour rendre la cartographie par drone simple, pratique et efficace, avec une autonomie de vol allant jusqu’à 30 minutes, permettant aux utilisateurs de cartographier une vaste zone en un seul vol. Même si la zone est trop grande pour être cartographiée en une seule charge de batterie, la fonction « Reprise de mission » de l’application GS RTK reprend automatiquement la mission après le changement de batterie. Le Phantom 4 RTK permet également de gagner du temps grâce à son autonomie et sa vitesse de vol. Sa capacité à voler à une hauteur constante sur des terrains complexes et ses fonctions spécifiques de cartographie de corridors constituent des améliorations majeures pour les géomètres. Le DJI Mobile SDK permet ces fonctionnalités.

Traitement des données

Les données acquises peuvent être facilement intégrées dans des logiciels de photogrammétrie tiers, offrant des nuages de points et des modèles 3D conformes aux standards de l’industrie. Philipp Mielke souligne que « les solutions permettant de télécharger les données des drones depuis un ordinateur portable sur site vers le cloud pour le traitement constituent une étape supplémentaire pour rendre l’arpentage sur site innovant. Cela rend les géomètres indépendants des distances géographiques entre le chantier et leur bureau, permettant un traitement des données immédiat et puissant. » Visualiser le modèle 3D dans le cloud peu après l’acquisition des données permet aux ingénieurs sur place de passer en revue les travaux de construction et d’initialiser les étapes suivantes.

Grâce aux données d’enquête très détaillées et complètes, les géomètres et les techniciens CAO peuvent être certains de collecter toutes les informations en une seule fois, sans avoir à retourner sur le chantier, ce qui permet d’économiser du temps. Après avoir traité les nuages de points 3D à partir des photos capturées par les drones, les données sont post-traitées selon les exigences spécifiques du projet. Les flux de travail initiaux typiques incluent la classification du nuage de points pour filtrer les objets indésirables tels que la végétation, les véhicules et les objets artificiels, la vectorisation et l’extraction des caractéristiques. Les données traitées sont ensuite utilisées pour la modélisation numérique de terrain et de surface, les calculs de masse et de volume, ainsi que le Building Information Modeling (BIM).

Outre les résultats 3D, il est possible de créer des orthophotos 2D avec des logiciels tiers afin de fournir d’excellentes vues d’ensemble des grands chantiers en vue aérienne. Les données 2D et 3D constituent également une base solide pour initier des projets innovants, guidant une coordination et des révisions fluides.

Drones – Numérisation du secteur de la construction

Les modèles 3D générés par drone offrent une variété d’options d’analyse et d’évaluation. Selon la précision requise, les cas d’utilisation les plus courants sont le suivi, l’inspection, la documentation et le contrôle de l’avancement des travaux de construction. Tout cela est réalisé avec des drones sur le chantier de Würzburg.

« STRABAG cherche à étendre l’utilisation des drones pour les projets de construction à l’échelle mondiale. Actuellement, nous employons 170 géomètres en Allemagne et 300 à travers l’Europe. Le nouveau DJI Phantom 4 RTK est un drone facile à utiliser et polyvalent, doté de fonctionnalités réseau RTK intégrées. Cette combinaison permettra à STRABAG d’équiper davantage d’équipes avec des drones pour rendre les flux de travail d’arpentage de construction plus rapides et plus efficaces », résume Thomas Gröninger. « Le DJI Phantom 4 RTK est un ajout essentiel à la boîte à outils du géomètre et jouera un rôle majeur dans le processus de numérisation du secteur de la construction. »