Le LiDAR, de l’anglais Light Detection And Ranging (détection et télémétrie par ondes lumineuses), embarque à la fois un émetteur et un capteur de source lumineuse qui effectue des mesures de distances. Les longueurs d’onde utilisées sont dans le spectre invisible et sont sans conséquence pour l’œil humain. Les pulsations laser émises sont réfléchies par l’environnement et sont à nouveau captées par le système. La distance est calculée en fonction du temps que mettent les pulsations à faire l’aller-retour.

Embarqué sur un aéronef, un scanner laser mesure la topographie en balayant le sol perpendiculairement au sens de vol. Plusieurs centaines de milliers de pulsations laser par seconde sont émises. On parle alors de laser scanning ou « lasergrammétrie » aéroportée.

Avec une densité de plusieurs points par mètre carré, une précision de 10 cm et une vitesse d’acquisition élevée, le LiDAR aéroporté s’impose comme l’une des techniques les plus performantes pour déterminer la topographie de notre environnement. Ces données sont notamment utilisées pour les applications suivantes :

• Modélisation automatique 3D des bâtiments et autres objets du paysage.
• Etude de la forêt : hauteur, largeur et inclinaison des arbres, carte des coupes, calcul de biomasse, planification des coupes, modèles numériques de canopée.
• Modélisation 3D d’éléments au sol sous couverture végétale tels que les routes forestières ou les cours d’eau.
• Monitoring des lignes aériennes (câbles, lignes à haute tension).
• Création de modèles numériques de terrain.
• Création de modèles numériques de surface.
• Analyse de visibilité.
  
  

Des points bruts aux produits finis

La masse de mesures acquise par LiDAR nécessite plusieurs traitements avant de pouvoir être utilisée par des applications métiers.

Géoréférencement direct

Connaître la distance entre l’appareil et le sol ne suffit pas pour des relevés topographiques. Les points mesurés doivent être référencés dans un système de coordonnées terrestre. En lasergrammétrie, seule la position du système LiDAR en vol est utilisée. La position dans l’espace (XYZ) est mesurée par GNSS et la position angulaire (roulis, tangage et lacet) est donnée par une unité de mesure inertielle. Le géoréférencement est alors dit « direct » car il ne nécessite pas de points de calage au sol et rend la production plus rapide. 

Classification

La masse de points obtenue après une acquisition LiDAR, nommée « nuage de points », décrit tous les objets qui ont renvoyé un signal laser et est extrêmement complexe à interpréter. Pour rendre cette information plus digeste et utile, chaque point est assigné à une classe prédéfinie qui renseigne sur la nature de ce dernier. Il existe autant de classes que d’applications. Elles dépendent en effet des besoins des utilisateurs. Néanmoins, la plupart des projets contiennent au minimum les classes suivantes : les points non classifiés, le sol, la végétation, les bâtiments et les eaux de surface.

Nuage de points classifiés

Le nuage de points classifiés est déjà compris comme un produit fini. Plus difficile à traiter que certains produits plus simplifiés (voir ci-dessous), il confère néanmoins plus de liberté et convient à plus d’applications. swisstopo distribue un nuage de points classifiés avec le produit swissSURFACE^3D.

Le format le plus répandu et le plus approprié pour ces données est le LAS (lien en anglais). Développé par l’association américaine de photogrammétrie et télédétection (ASPRS) en format ouvert, il est très efficace pour gérer des données volumineuses et conserve les informations propres aux points LiDAR.

Modèle numérique de terrain et de surface

Un nuage de points classifiés possède beaucoup d’information mais reste complexe à exploiter. Deux produits simplifiés sont alors souvent produits avec les données LiDAR : le modèle numérique de terrain (MNT) et le modèle numérique de surface (MNS). Dans les deux cas, l’information est représentée de façon homogène dans l’espace. Les mesures irrégulières d’un nuage de points sont interpolées sur une grille avec un pas régulier. Cette opération rend l’utilisation d’un format raster (image) possible et facilite les traitements. Néanmoins, la densité des données est souvent réduite et la classification perdue.

Le MNT représente le sol sans végétation ni construction, seuls les points « sol » du nuage sont utilisés. swisstopo distribue un tel modèle avec le produit swissALTI^3D. Le MNS utilise tous les points classifiés et modélise ainsi la surface du territoire avec notamment la présence de la végétation et du bâti.