Publié le 8 janvier 2024

Acquisition de données LiDAR

En 2024 swisstopo a lancé un nouveau relevé LiDAR de la Suisse et de la Principauté du Liechtenstein. 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'image montre un nuage de points LiDAR classifié dans la région du château de Spiez.

 

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 swissALTI^3D. 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 2024, swisstopo a lancé une nouvelle acquisition de données LiDAR sur l’entier de la Suisse et du Liechtenstein répartie sur 6 ans (voir planification ci-dessous). Les années indiquées correspondent à l'année du survol. Les données sont disponibles en moyenne environ 12 mois après le survol. Les données seront publiées progressivement et la campagne s'achèvera avec la publication des données d'ici fin 2030.

Étapes de saisie prévues de swissSURFACE3D. Les données sont disponibles publiquement environ 12 mois après la saisie.

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 swissSURFACE^3D.

La disponibilité actuelle des données LiDAR peut être consultée grâce à la couche « Découpage swissSURFACE^3D » 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 10 impulsions /m²
• Classification : non classifiés, sol, végétation, toitures de bâtiments, eau, ligne à haute tension et ligne de transport, pylônes avec fonction portante, tablier de ponts et passerelles, façades des bâtiments, piliers de ponts et haubans de viaducs
• Points synthétiques sur les plans d’eau et sous les ponts (classifié comme eau et sol et enregistré avec le flag synthetic)
• Valeurs d’intensité normalisées
• 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.

• Pour en savoir plus sur la technologie LiDAR

  Le LiDAR (Light Detection And Ranging), dans le cas spécifique du LiDAR aéroporté, est une technologie permettant de cartographier la terre de manière précise depuis les airs. Un scanner laser installé sur un avion ou un drone émet des impulsions laser. Ces impulsions sont réfléchies par l’environnement. Un capteur à bord de l’avion enregistre le signal et mesure le temps de trajet. La distance entre l’avion et l’objet réfléchissant est calculée en fonction du temps que mettent les pulsations à faire l’aller-retour.

  

  Illustration d'un relevé par lidar aéroporté

  Le scanner laser émet plusieurs centaines de milliers d’impulsions laser par seconde, créant ainsi une carte 3D détaillée de l’environnement. Les impulsions laser peuvent, dans des conditions optimales, traverser la végétation et même le brouillard.

  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

  La connaissance de la distance entre l’instrument de mesure et le sol ne suffit pas pour des relevés topographiques. Tous les points mesurés doivent être référencés dans un système de coordonnées terrestres. La position et l’altitude de l’avion sont enregistrées par GNSS ainsi que les angles de roulis, tangage et lacet (roll, pitch, yaw) grâce à une unité de mesure inertielle (IMU). En synchronisant les données GNSS et IMU, puis en calculant la trajectoire précise de l’avion, la position et l’orientation du capteur sont définies avec précision dans l’espace tridimensionnel. Les distorsions et les mouvements de l’avion sont corrigés. Le temps de trajet permet de calculer les coordonnées 3D de tous les points mesurés. Ensuite, une correction entre les bandes de vol est effectuée pour détecter et éliminer les écarts possibles de hauteur et de position entre les bandes. Enfin, les données sont transformées dans le système de coordonnées et d’altitude suisse.

  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.

  

  Section transversale d'un nuage de points LiDAR colorés par classe

  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. 

  

  Exemple d’un MNS (gauche) et d’un MNT (droite)