Topographie de falaise par drone pour évaluer l’aléa d ... · Densité de points 3D > Le lidar mesure avec un incrément angulaire fixe depuis le sol •l’écart entre points

Journées Aléa Gravitaire - Caen 3 - 4 septembre 2015

Topographie de falaise par drone pour évaluer l’aléa d’éboulement

Thomas Dewez1, Jérôme Leroux1,2, Stéphane Morelli2

1BRGM – Direction Risques et Prévention – Orléans 2 Azur Drones - Paris

Falaise de Mesnil Val, 76 avec zones en surplomb (T.Dewez – BRGM, 2015)

jeudi 3 septembre 2015 > 2 > 2

Quel est le besoin ?

> Les falaises s’éboulent > Les riverains craignent pour leur biens > Les gestionnaires ont besoin d’appui pour décider des actions > Quand agir pour :

• Eviter le pire ? • Permettre le maximum de jouissance des biens exposés ?

> Le BRGM transfert le fruit de sa recherche vers des entreprises pour

améliorer le niveau de connaissance de l’aléa des gestionnaires • Améliorer c’est rendre une information disponible

– Plus vite – Plus précise – Moins coûteuse (plus fréquente pour une gestion au plus près des besoins)

> Projet SUAVE Supervised Unmanned Aerial Vehicle for Escarpment auscultation financé par l’ANR Captiven • Projet de transfert méthodologique vers une PME: Azur Drones

Historique

> Les scanners laser terrestres peuvent mesurer la topographie de falaises avec une densité de points de 1pt/5cm et une précision centimétrique (typiquement 1 à 1.5cm à 2σ)

> La différence de relief entre campagnes espacées de plusieurs mois mesure les volumes de roche érodées

> L’exploitation des inventaires d’érosion conduisent à des distributions de magnitude/fréquence utilisables pour la gestion territoriale (volumes >10-

3m3)

jeudi 3 septembre 2015 > 3

Dewez et al., 2013, J. Coast. Res., DOI:10.2112/SI65-119 Rohmer & Dewez 2013, J. Coast. Res., DOI: 10.2112/SI65-287.1

Comparaison Déc 2005 – Mars2008

Quels sont les freins au développement?

> Le scanner laser terrestre est coûteux (50k – 150k €) > L’acquisition de terrain est lente

• Temps de scan (10-30 minutes par station) • 14 stations pour couvrir complètement un linéaire de 1km • Déploiement et levé de points de contrôle • Déploiement de cibles d’assemblage (sphères)

> Le temps d’accès à la zone de mesure limité par les marées (4h)

> La littérature contient des exemples de mesures photogrammétriques aussi performante que les mesures lidar


Objectifs de SUAVE: remplacer le lidar par la photogrammétrie par drone pour les applications opérationnelles > La photogrammétrie est de plus en plus performante

• Les capteur accessibles (1-10k€) • Les logiciels de traitement accessible (coût/usage) (0-3k€/licence) • Les drones (10-25k€) peuvent couvrir de grandes surfaces (50ha en 30 min)

> Objectifs • Valider la performance de la photogrammétrie par drone pour générer des

catalogues d’éboulements • Stabiliser un pipeline de traitement minimisant le traitement manuel

> Validation expérimentale sur un site connu

• Falaise côtière de craie de Mesnil Val en Seine Maritime

> Durée du projet: 6 mois • 1 post-doc à temps plein (BRGM/Azur Drones) • Financement via le projet ANR Carnot CAPTIVEN (IRSTEA/BRGM/IFREMER)


Campagnes drone

> Deux campagnes réalisées • 27 janvier 2015 et 3 juin 2015 : 127 jours d’intervalle • Janvier déploiement du lidar Faro de Rennes (remerciements à D. Lague)

> Scénarios de captation par Azur Drones • Drone ADX-03 octocoptère • Appareil photo NEX-7 (APS-C 24Mpix) focale fixe 16mm déclenchement 1Hz • Trois sessions de vols drone (2 manuels, 1 automatique) • Temps de vol total 30-40 minutes • Couverture : platier, falaise, plateau (500m x 1500m = 90ha)

> Données collectées • 868 et 1107 photos • 30 Cibles damier mesurées au DGPS


Vu à la Télé

Modèles photogrammétriques

> Traitement : Agisoft PhotoScan (licence commerciale 2600€) > Données en sortie

• Nuages de points géoréférencés en Lambert 93 • 197Mpts (janvier) 139 Mpts (juin) étendues différentes


Vol du 03 Juin 2015

Comparaison Lidar / Drone

> Couverture drone plus complète de la zone qu’avec le lidar terrestre • Falaise mais aussi platier et plateau où se trouvent les enjeux • Moins d’ombres

> Description morphologique de la falaise équivalente


Densité de points 3D

> Le lidar mesure avec un incrément angulaire fixe depuis le sol • l’écart entre points s’accroit avec l’obliquité et la distance à la falaise

> Le drone vol plus près de la falaise et explore mieux l’espace • L’écart entre points est constant et plus dense qu’avec le lidar


Quel niveau de densité photogrammétrique?

> Photoscan qualifie l’extraction de nuages denses • Ultra-high (1), high (4), medium (16), low (64) • C’est une décimation géométrique des pixels

> Densité faible = lissage • Lissage = supprimer des arrêtes • Création de reliefs inexistants • ±1.5 à ± 5 cm d’erreur sur plusieurs m de longueur • Effets max sur les arrêtes, où l’érosion se produit

> Mais densité forte = temps de calcul long • 350h de calcul (40proc) pour 1000 photos 24Mpix


UltraHigh - High UltraHigh - Medium UltraHigh - Low

Nuage UltraHigh

Q66 = ± 1.5cm Q66 = ± 2.5cm Q66 = ± 5cm

Points à adresser à l’avenir

> Diminuer le temps de calcul • Le déclenchement à 1Hz fait que 145 photos voient le même point), • Donc optimiser la prise de vue • Sinon à posteriori décimer intelligement les photos entrées dans Photoscan

> Limiter les traitements additionnels en comparaison • Coregistration exacte entre époques de mesure • Géoréférencement direct précis

> Améliorer les outils d’interprétation • Digitalisation 3D à l’écran pour applications géologiques

– Stratigraphie – Structure

• Couplage des interprétations manuelles, statistiques et géographiques


Conclusions

> Le drone offre une acquisition rapide (une marée basse pour 50-60ha) > Le relief décrit est fidèle à la réalité > A résolution maximale, les données 3D peuvent servir pour produire

des catalogues de blocs > La photo apporte l’information de couleur indispensable à la

compréhension de l’objet géologique > Le pipeline de production 3D est essentiellement automatisé et peut

tourner en arrière plan

> Mais, la production des nuages de points demande des ressources informatiques importantes

> Doit-on vraiment remplacer les lidars? > Le drone rend service quand l’accès est court ou impraticable à pieds


SUAVE: l’équipe de choc Azur Drones / BRGM


Et pour se faire plaisir: 10 ans d’érosion 3D


Contacts BRGM Thomas Dewez [email protected] Azur Drones Jérôme Leroux [email protected]

Documents

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