Lidar (acronyme anglais de Light Detection And Ranging, détection et télémétrie par ondes lumineuses) est une technique de télédétection optique qui utilise la lumière laser en vue d'un échantillonnage dense de la surface de la Terre, et produit des mesures x,y,z d'une grande précision. Les données lidar, essentiellement utilisées dans des applications de cartographie laser aéroportées, commencent à s'imposer en tant qu'alternative rentable face aux techniques d'arpentage traditionnelles, telles que la photogrammétrie. Les données lidar produisent des jeux de données de nuage de points cotés qui peuvent être gérés, visualisés, analysés et partagés à l'aide d'ArcGIS.
Les composants matériels principaux d'un système lidar incluent un véhicule de collecte (avion, hélicoptère, véhicule et trépied), un système de scanner laser, un système de positionnement par satellite (GPS, Global Positioning System) et un système de navigation à inertie (INS, Inertial Navigation System). Un système INS mesure le roulis, le tangage et la direction du système lidar.
Le lidar est un capteur optique actif qui transmet des faisceaux laser vers une cible tout en parcourant des itinéraires d'étude spécifiques. La réflexion du laser à partir de la cible est détectée et analysée par des récepteurs dans le capteur lidar. Ces récepteurs enregistrent la période précise qui s'écoule entre le moment où l'impulsion laser quitte le système et celui où elle est renvoyée pour calculer la distance entre le capteur et la cible. Alliées aux informations de positionnement (GPS et INS), ces mesures de distance sont transformées aux mesures de points tridimensionnels réels de la cible réflectrice dans l'espace objet.
Les données ponctuelles sont post-traitées après l'étude de la collecte des données lidar en coordonnées x,y,z très précises en analysant la plage de temps du laser, l'angle de balayage laser, la position GPS et les informations INS.
Retours laser lidar
Les impulsions laser émises par un système lidar se reflètent sur des objets placés à la fois sur la surface du sol et au-dessus : végétation, bâtiments, ponts et ainsi de suite. Une impulsion laser émise peut revenir au capteur lidar sous forme d'un ou plusieurs retours. Les impulsions laser émises qui rencontrent plusieurs surfaces de réflexion lors de leur voyage vers le sol sont fractionnées en autant de retours qu'il existe de surfaces réflectrices.
La première impulsion laser renvoyée constitue le retour le plus important et est associée à l'entité la plus haute dans le paysage, telle que la cime d'un arbre ou le sommet d'un bâtiment. Le premier retour peut également représenter le sol. Dans ce cas, un seul retour est détecté par le système lidar.
Plusieurs retours sont capables de détecter les altitudes de plusieurs objets dans l'emprise laser d'une impulsion laser sortante. Les retours intermédiaires, en général, sont utilisés pour la structure de la végétation, et le dernier retour pour les modèles de MNT de terre nue.
Le dernier retour ne provient pas toujours d'un retour terrestre. Par exemple, imaginez qu'une impulsion frappe une branche épaisse placée sur sa route en direction du sol et que l'impulsion n'atteint finalement pas le sol. Dans ce cas, le dernier retour ne provient pas du sol, mais de la branche qui a reflété l'intégralité de l'impulsion laser.
Attributs de point lidar
Des informations complémentaires sont stockées avec chaque valeur de position x, y et z. Les attributs de point lidar suivants sont conservés pour chaque impulsion laser enregistrée : intensité, numéro de retour, nombre de retours, valeurs de classification des points, points situés à la limite de la ligne de vol, valeurs RVB (rouge, vert et bleu), heure GPS, angle de balayage et direction du balayage. Le tableau suivant décrit les attributs qui peuvent être fournis avec chaque point lidar.
| Attribut lidar | Description |
|---|---|
La force de retour de l'impulsion laser qui a généré le point lidar. | |
Numéro de retour | Une impulsion laser émise peut comporter jusqu'à cinq retours, selon les entités sur lesquelles la réflexion s'effectue et selon les fonctionnalités du scanner laser utilisé pour collecter les données. Le premier retour est signalé comme retour numéro un, le deuxième comme retour numéro deux et ainsi de suite. |
Nombre de retours | Le nombre de retours correspond au nombre total de retours pour une impulsion donnée. Par exemple, un point de données laser peut être renvoyé deux fois (numéro de retour) au sein d'un nombre total de cinq retours. |
Chaque point lidar qui est post-traité peut avoir une classification qui définit le type d'objet ayant reflété l'impulsion laser. Les points lidar peuvent être classés en plusieurs catégories : terre ou sol nu(e), dessus de la canopée et eau. Les différentes classes sont définies à l'aide de codes numériques entiers dans les fichiers LAS. | |
Limite de la ligne de vol | Les points sont symbolisés en fonction de la valeur 0 ou 1. La valeur 1 est donnée aux points signalés à la limite de la ligne de vol et la valeur 0 est donnée à tous les autres points. |
RVB | Les données lidar peuvent être attribuées avec des canaux RVB (rouge, vert et bleu). Cette attribution provient souvent de l'imagerie collectée en même temps que le levé lidar. |
Heure GPS | Horodatage GPS auquel le point laser a été émis de l'avion. L'heure est exprimée en secondes GPS de la semaine. |
Angle de balayage | L'angle de balayage est une valeur exprimée en degrés comprise entre -90 et +90. A 0 degré, l’impulsion laser est directement sous l'avion au point nadiral. A –90 degrés, l'impulsion laser est sur le côté gauche de l'avion, alors qu'à +90 degrés, l’impulsion laser est sur le côté droit de l'avion dans la direction du vol. La plupart des systèmes lidar sont actuellement à moins de ± 30 degrés. |
Direction de balayage | La direction de balayage est la direction dans laquelle le miroir du scanner laser se déplaçait au moment de l'impulsion laser en sortie. La valeur 1 représente direction de balayage positive et la valeur 0 est une direction de balayage négative. Une valeur positive indique que le scanner se déplace de gauche à droite de la direction du vol dans la piste et une valeur négative indique le contraire. |
Qu'est-ce qu'un nuage de points ?
Les données lidar spatiales post-traitées sont connues comme des données de nuages de points. Les nuages de points initiaux sont des ensembles volumineux de points d'altitude 3D qui incluent des valeurs x, y et z, ainsi que des attributs supplémentaires, tels que des horodatages GPS Les entités de surface spécifiques que le laser rencontre sont classées après le post-traitement du nuage de points lidar initial. Les altitudes du sol, des bâtiments, du couvert forestier, des ponts au-dessus des autoroutes et de tout ce que le faisceau laser peut rencontrer au cours de l'étude constituent des données de nuage de points.
Pour plus d'informations sur la classification des données lidar, reportez-vous à la rubrique Classification des points lidar.
Les données des nuages de points lidar dans ArcGIS sont le plus fréquemment représentées sous forme d'un ensemble de données raster ou TIN, d'un jeu de données LAS, d'un jeu de données de MNTou d'une mosaïque.