Acquisition de données LiDAR
swisstopo prévoit de réaliser un nouveau relevé LiDAR de la Suisse et de la Principauté du Liechtenstein, après que la campagne lancée en 2017 se sera achevée en 2024. Le laser scanning aéroporté est l’une des approches les plus efficaces pour mesurer le territoire en 3D. Elle offre des données précieuses et de qualité aussi bien en termes de niveau de détail que de précision. Formant la base des modèles numériques de terrain, ces données contribuent aussi à d’autres produits et servent à de nombreuses applications.
L’acquisition de données
swisstopo utilise la technologie LiDAR depuis les années 2000 avec la production du modèle numérique de terrain de la mensuration officielle (MNT-MO), prédécesseur du produit swissALTI3D. Grâce notamment à la pénétration du laser dans la forêt, produire un MNT homogène et de qualité sur l’entier du territoire est alors possible. En 2017, swisstopo organise, en collaboration avec les cantons, une nouvelle acquisition de données LiDAR sur l’entier de la Suisse et du Liechtenstein échelonnée sur 6 ans (voir planification ci-dessous). Celle-ci s'achèvera avec la publication des données d'ici fin 2024.
En raison des très bonnes expériences et de la forte demande, swisstopo a décidé de répéter la campagne d’acquisition des données LiDAR et de mettre à jour le produit swissSURFACE3D. Si les finances le permettent, il est prévu de couvrir à nouveau l'ensemble de la Suisse ainsi que la Principauté du Liechtenstein dans une période de 6 ans. La planification provisoire pour l'acquisition des nouvelles données LiDAR (sous réserve de modifications) est présentée dans l’image suivante. Les années indiquées correspondent à l'année du survol. Les données sont disponibles en moyenne environ 12 mois après le survol.
Les données LiDAR forment un nuage de points classifiés. Elles servent en interne à la mise à jour des modèles de terrain et du paysage et sont également disponibles dans notre boutique en ligne avec le produit swissSURFACE3D.
La disponibilité actuelle des données LiDAR peut être consultée grâce à la couche « Découpage swissSURFACE3D » dans le géoportail fédéral map.geo.admin.ch.
Caractéristiques des données LiDAR
- Absence de feuillage et de neige pendant l’acquisition pour favoriser l’information au sol et la production d’un MNT
- Densité de points : minimum 5 pts/m2, moyenne autour de 15-20 pts/m2
- Classification : non classifiés, sol, végétation, bâtiments, eau, ponts
- Précision planimétrique : 20 cm (1 sigma)
- Précision altimétrique : 10 cm (1 sigma)
Données LiDAR cantonales
Parallèlement aux acquisitions planifiées par swisstopo, l’Office achète parfois les données LiDAR cantonales pour autant qu’elles satisfassent des critères de qualité et de périodes d’acquisition. Ces dernières sont également incluses dans les produits distribués par swisstopo.
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 swissSURFACE3D.
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.
Pour en savoir plus sur le format LAS
Grâce à une gestion binaire des données, le format LAS offre une vitesse de lecture/écriture extrêmement rapide. Les coordonnées XYZ des points sont réduites au minimum en utilisant un vecteur de translation et des coefficients de mise à l’échelle pour minimiser la taille des fichiers.
En plus de la position des points, le format LAS enregistre toutes les informations importantes propres au LiDAR. La classification est par exemple disponible et prédéfinie avec plusieurs classes et leur code associé.
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 swissALTI3D. Le MNS utilise tous les points classifiés et modélise ainsi la surface du territoire avec notamment la présence de la végétation et du bâti.
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