Tout ce qu’il faut savoir sur la cartographie mobile en 3D

Vous avez entendu parler en bien des systèmes de cartographie mobile 3D. Un collègue s’est peut-être trop enthousiasmé sur la précision des données spatiales qu’ils capturent. Peut-être qu’un leader de votre secteur d’activité a expliqué comment la technologie a permis des applications qui n’étaient pas possibles auparavant. Peut-être que votre ami a publié un unboxing sur LinkedIn.

Maintenant, vous êtes curieux. Ces outils peuvent-ils vous être utiles ?

Vous avez essayé d’en savoir plus, mais il y a un problème : Pratiquement tous les articles de blog et toutes les explications sur la cartographie mobile 3D s’adressent à des experts qui utilisent déjà d’autres technologies de cartographie 3D. Ils sont truffés de termes techniques et de jargon qu’il est impossible de comprendre sans des années d’expérience.

Ce guide est différent.

Nous commencerons par le tout début pour vous fournir une compréhension totale et complète de la cartographie 3D mobile - y compris comment la technologie fonctionne, ce qu’elle peut faire pour vous, pourquoi vous pourriez choisir un mappeur mobile plutôt qu’un autre, quand il est préférable d’utiliser la cartographie mobile, et bien plus encore.

Voici quelques conseils pratiques qui pourront vous aider : Si vous souhaitez approfondir un sujet, il vous suffit de cliquer sur l’une des explications de la section correspondante et vous trouverez tous les détails dont vous avez besoin. Si nous abordons un sujet que vous connaissez déjà, passez à l’étape suivante. S’il manque un élément essentiel à ce guide, faites-le nous savoir et nous l’ajouterons.

Ceci étant dit, commençons par le début.

Lidar pour les débutants

Lidar signifie Light Detection and Ranging. Cette technologie trouve son origine dans les applications météorologiques, où elle a été utilisée pour mesurer les nuages, les particules et les gaz dans l’atmosphère. Aujourd’hui, il est surtout connu comme outil de capture de données 3D, et c’est à ce titre que le lidar s’est largement répandu. On la trouve aujourd’hui dans les iPhones, les voitures (mais pas les Teslas), les caméras de saisie immobilière, etc.

Comment ça marche ? Le lidar peut fonctionner de différentes manières, mais la plupart des capteurs lidar utilisent des lasers pour générer des cartes en 3D selon un principe appelé temps de vol. Le lidar envoie un laser, compte le temps que met le laser à se réfléchir sur une surface et à revenir, puis utilise ce temps pour calculer la distance jusqu’à cette surface. Le capteur enregistre ensuite ces données sous la forme d’un point 3D par rapport à sa propre position.

Un capteur lidar utilise des miroirs tournants pour diriger les lasers et capter son environnement, ce qui lui permet de saisir des centaines de milliers de points 3D chaque seconde. Le résultat est un ensemble de données appelé nuage de points.

Pour en savoir plus sur le fonctionnement du lidar, cliquez ici

Nuages de points 101

Un nuage de points est un nuage de mesures 3D, chacune ayant une coordonnée x, y et z. Il peut être capturé par diverses méthodes, notamment la photogrammétrie (capture basée sur l’image) et le lidar (capture laser), comme décrit ci-dessus.

Quel est le meilleur outil pour la capture de bâtiments, la photogrammétrie ou le lidar →

Les nuages de points sont souvent appelés données muettes ou brutes car ils ne contiennent pas d’autres informations que celles recueillies par le système de capture 3D. Cela signifie que le nuage de points le plus élémentaire n’est rien d’autre qu’une information spatiale - il ne contient même pas de couleur, sauf si le système lidar inclut une caméra RBG dans la charge utile de son capteur.

Vous pouvez utiliser un nuage de points pour prendre des mesures précises ou vérifier l’état d’un bâtiment, mais pas beaucoup plus.

Pour utiliser un nuage de points dans la plupart des applications, vous devez le post-traiter. Il peut s’agir d’utiliser un logiciel de modélisation 3D automatisé pour générer un modèle CAO 3D, d’utiliser un logiciel pour comparer le nuage de points au modèle de conception original ou de dessiner manuellement un plan d’étage.

Tout ce que vous devez savoir sur les nuages de points ici →

Quels sont les différents types de scanners lidar ?

Un capteur lidar peut être mis en œuvre dans un certain nombre de configurations matérielles différentes, certaines si grandes qu’elles doivent être attachées au fond d’un avion, d’autres assez petites pour tenir dans votre poche. Dans les industries du monde bâti telles que la fabrication, l’architecture, l’ingénierie et la construction, les deux types de scanners lidar les plus courants sont les scanners terrestres et les scanners mobiles.

S’agit-il de LiDAR ou de lidar ? Et d’autres questions auxquelles vous voulez répondre sur ce sujet →

Scanner laser terrestre (TLS)

Imaginez un capteur lidar dans une boîte métallique. Ajoutez maintenant :

• un miroir tournant qui dirige les lasers pour balayer l’environnement du capteur
• un ordinateur pour traiter les mesures 3D et produire un nuage de points
• une unité de mesure inertielle (IMU) qui indique à l’appareil le sens de la montée
• et une caméra RVB.

Maintenant, placez cette boîte sur un trépied équipé d’un moteur qui la fait tourner. Félicitations ! Vous disposez d’un scanner laser terrestre, également appelé TLS.

Il s’agit de la mise en œuvre traditionnelle de la technologie lidar pour la cartographie 3D, qui produit toujours des nuages de points avec la plus grande précision possible. Mais pas avec une grande marge, comme nous le verrons plus loin.

Système de cartographie mobile (MMS)

Un système de cartographie mobile s’appuie sur ce paradigme (et certains diraient qu’il l’améliorent).

Les systèmes mobiles comprennent en grande partie le même matériel que les systèmes terrestres, mais ils prennent une forme très différente. Ils sont conçus pour être tenus dans la main ou portés sur le dos, de sorte qu’une seule personne peut porter l’appareil.

Un système de cartographie mobile tire également davantage parti du potentiel futuriste des logiciels. Ces systèmes comprennent un logiciel SLAM qui vous permet de scanner en marchant. Pour en savoir plus sur le SLAM, continuez la lecture.

Explication des outils et de la technologie qui sous-tendent les dispositifs de cartographie mobile →

Le scanner est donc nettement plus rapide qu’un TLS. Dans de nombreux cas, un système de cartographie mobile peut capturer un environnement àune vitesse 10 fois supérieure que celle d’un TLS.

Par le passé, de nombreux professionnels se méfiaient des systèmes de cartographie mobile parce que leur rapidité s’accompagnait d’une baisse significative de la qualité des données. Les meilleurs systèmes actuels produisent des données adaptées à de nombreuses applications exigeantes, avec une précision de 6 mm ou moins.

Comment utiliser un système de cartographie mobile ?

Comme les scanners laser terrestres et les systèmes de cartographie mobile produisent tous deux un nuage de points d’un environnement ou d’un objet, leurs applications se chevauchent largement. Les deux types de scanners lidar 3D peuvent être utilisés pour une grande variété d’applications, par exemple pour capturer un bâtiment, un pont ou une poutre en acier. Les possibilités sont immenses.

Mais comme les scanners terrestres et les scanners mobiles fonctionnent différemment, ils excellent dans des applications différentes. C’est ici que vous voudrez utiliser la cartographie mobile.

Documentation sur l’état d’avancement des travaux

Dans cette application, vous utiliserez votre scanner mobile pour parcourir un bien et capturer un nuage de points reflétant l’état actuel du bien.

Cela vous permettra (ou à vos clients) de :

• Comparer l’état final de l’actif au modèle de conception - et découvrir en quoi le bâtiment réel diffère de l’intention initiale
• produire des séries de données spatiales pour les propriétaires-exploitants afin de les utiliser dans des applications de gestion des installations
• générer des plans d’étage pour la gestion de l’espace
• modéliser un bâtiment ancien dans un logiciel de CAO comme première étape d’une rénovation ou d’un réaménagement
• et plus encore.

Pour en savoir plus sur la documentation conforme à l’exécution, cliquez ici

Scan-to-BIM

Alors que la documentation conforme à l’exécution se concentre sur les conditions spatiales de l’actif, la numérisation vers le BIM va plus loin. Ce processus permet de produire un modèle d’information du bâtiment (BIM), composé d’objets virtuels représentant les éléments du bâtiment. Chacun de ces objets est connecté à une base de données virtuelle qui contient diverses informations sur l’objet.

Lorsque vous visualisez un modèle BIM, vous pouvez sélectionner un conduit et voir des informations telles que le numéro de modèle, la date d’installation, le système auquel il est relié, etc. Le BIM peut inclure toute autre donnée susceptible d’être importante pour une partie prenante.

Un modèle BIM vous permettra (ou à vos clients) de :

• assurer une meilleure coordination pendant les phases de conception et de planification afin d’ orchestrer le travail des corps de métier
• disposer d’un grand nombre d’informations spatiales précises sur le projet de construction, par exemple pour la préfabrication d’éléments hors site
• fournir au propriétaire-exploitant du bâtiment un ensemble complet de données sur les éléments du bâtiment pour l’exploitation et la maintenance
• et plus encore.

Lisez notre guide définitif sur la numérisation vers le BIM ici →

Usine numérique

Une usine numérique est une idée plus qu’une chose. Il s’agit d’une combinaison de modèles, de méthodes et d’outils - y compris des simulations, des visualisations en 3D et des capteurs IoT industriels - qu’une usine utilise pour relier ses données numériques au monde physique. L’usine numérique peut englober l’usine, les actifs de production, la chaîne d’approvisionnement et même les personnes et les produits.

Il est évident que ce sujet est profond, mais une chose devrait être évidente : Une usine numérique commence par la création de modèles 3D actualisés de l’usine elle-même, ainsi que des actifs physiques tels que les machines. Le système de cartographie mobile est la méthode la plus rapide et la plus rentable.

Une usine numérique vous permettra (ou permettra à vos clients) de :

• présenter un flux de données unifié avec plusieurs niveaux de granularité - du réseau de production jusqu’à une seule machine
• d’accéder à des informations sur les performances et d’ identifier les domaines à améliorer, en tenant compte du contexte spatial
• améliorer de manière significative la maintenance prédictive afin de réduire les temps d’arrêt
• et plus encore.

Pour en savoir plus sur ce qu’est une usine numérique et comment NavVis permet de créer l’usine du futur, consultez le blog NavVis →

Attendez, qu’est-ce que le SLAM ?

Avant d’aller plus loin, parlons du SLAM. Ce terme est un acronyme pour Simultaneous Localization and Mapping Localisation. Cette technologie a été développée à l’origine pour permettre aux robots de suivre leur position dans des environnements qu’ils ne connaissent pas.

La plupart des SLAM fonctionnent de cette manière : Il lit les données d’une caméra ou d’un autre capteur monté sur l’appareil et utilise des algorithmes de vision artificielle pour reconnaître les caractéristiques de l’environnement. Il utilise ensuite ces caractéristiques pour construire une carte approximative, qu’il utilise pour déterminer l’emplacement approximatif du robot. Au fur et à mesure que le robot se déplace, le SLAM construit une meilleure carte, ce qui lui permet de mieux localiser le robot. Et ainsi de suite.

Aujourd’hui, le SLAM est utilisé dans une grande variété d’applications telles que les aspirateurs intelligents, les voitures autonomes et, bien sûr, les scanners lidar mobiles.

Notre guide définitif du SLAM →

Quel est le rapport avec la cartographie mobile ?

Un système de cartographie mobile ne pourrait fonctionner sans SLAM.

Un scanner terrestre ne bouge jamais pendant la capture. Mais un système de cartographie mobile le fait, ce qui ajoute une variable supplémentaire lorsqu’il génère un nuage de points. Le scanner utilise la méthode SLAM pour résoudre cette variable, ce qui lui permet de placer correctement chaque mesure 3D dans l’espace.

En d’autres termes, la qualité de l’algorithme SLAM d’un système de cartographie mobile la qualité de l’algorithme SLAM dans un système de cartographie mobile a un effet considérable sur sa précision.

Le SLAM offre-t-il d’autres avantages ?

Les meilleurs algorithmes SLAM disponibles sur le marché sont capables de prouesses de traitement futuristes. Par exemple, le logiciel de NavVis utilise le SLAM pour supprimer les traces de personnes et de véhicules  véhicules qui se déplacent dans votre scan, supprimer le bruit et les artefacts du nuage de points, et même améliorer la précision de votre nuage de points améliorer la précision de votre nuage de points au-delà des spécifications de précision du capteur.

Cartographie mobile vs TLS

D’accord, venons-en au fait : Lequel est le meilleur ?

Quand la cartographie mobile est meilleure

Par rapport à un scanner laser terrestre, un scanner mobile offre les avantages suivants.

• Vitesse plus élevée (10X ou plus)
• Réduction des perturbations pour le client (puisque vous avancez plus rapidement)
• Élargissement des services et des offres
• Nouveaux modèles d’entreprise
• Un avantage concurrentiel plus marqué

Découvrez 5 raisons pour lesquelles il est temps d’investir dans la cartographie mobile → 

Quand la numérisation terrestre est préférable

Par rapport à un scanner mobile, un scanner terrestre offre les avantages suivants :

• Plus grande précision (moins de 6 mm contre 6 mm environ avec un cartographe mobile)
• Intégration avec les stations totales
• Portée plus longue

Envisager le workflow hybride

Depuis une dizaine d’années, les connaisseurs se demandent s’il est préférable d’opter pour un scanner mobile ou terrestre. Mais récemment, de nombreux utilisateurs de premier plan ont décidé que la meilleure option était généralement les deux.

Les professionnels de la numérisation 3D de tous les secteurs commencent à utiliser ces outils ensemble sur un même projet, en jouant sur les points forts de chacun d’entre eux. En résumé, un système de cartographie mobile peut apporter rapidité et efficacité, et un scanner terrestre peut offrir la plus grande précision et la plus grande portée possibles dans les situations où vous en avez vraiment besoin. C’est ce qu’on appelle un workflow hybride, qui offre le meilleur des deux mondes et une valeur ajoutée dont vous pouvez faire profiter vos clients.

Sept prestataires de services différents utilisent un workflow hybride pour la capture de réalité →

Comment savoir quel système de cartographie mobile choisir ?

Super, dites-vous. C’est une bonne chose. Mais comment déterminer quelle cartographie mobile me convient le mieux ? Mais il existe de nombreux systèmes de cartographie mobile sur le marché, et le marketing de chacun d’entre eux est assez convaincant.

La première chose à faire est de réfléchir à votre activité et à vos applications potentielles. Quels sont vos besoins ? Quels sont les besoins courants des clients ? Dans ce contexte, quelles sont les caractéristiques les plus importantes d’un système de cartographie mobile ? La vitesse ? Précision ? Coût ? Intégration de logiciels ? Dressez une courte liste des scanners qui pourraient vous convenir.

Une fois que vous avez fait le tour de la question, consultez la fiche technique de chaque scanner. Recherchez les spécifications, comme le nombre de points capturés par seconde, la classification IP et, ce qui est peut-être le plus important, les différents types de précision. Voici un guide pratique pour vous aider à consulter les fiches techniques que vous avez rassemblées.

9 termes à connaître sur la fiche technique d’un scanner lidar →

Vous voudrez également évaluer certaines données du scanner. Jugez les ensembles de données en fonction de paramètres tels que la quantité de bruit dans les données, la résolution des détails fins et la précision. Ce n’est pas aussi complexe qu’on pourrait penser : Nous avons élaboré un guide de cinq étapes rapides que vous pouvez utiliser pour juger rapidement n’importe quel ensemble de données cartographiques mobiles.

Ensuite, vous voudrez vous pencher sur la précision de chaque scanner. Étant donné que les chiffres de précision figurant sur la fiche technique représentent les performances du scanner dans un environnement contrôlé, ils ne peuvent fournir qu’une indication approximative de la précision. C’est pourquoi les fabricants doivent fournir des chiffres de précision tirés de tests rigoureux effectués sur des applications courantes.

Consultez le livre blanc de NavVis pour découvrir les performances de NavVis VLX dans divers scénarios difficiles, ainsi qu’une analyse comparative avec les données TLS.

Enfin, demandez une démonstration de chaque scanner figurant sur votre liste restreinte. Testez-le dans un environnement qui vous est familier. Poussez-le jusqu’à ses limites. Atomisez le vendeur de question. Assurez-vous de prendre la bonne décision.

Vous pouvez alors acheter un système mobile avec la certitude qu’il vous aidera à faire passer votre entreprise à la vitesse supérieure.

Recapitulatif

Encore des questions ? Vous souhaitez faire une démonstration du système de cartographie mobile de NavVis VLX ? Contactez l’un de nos experts. Pour avoir de l’assistance.

Sean Higgins est un rédacteur indépendant spécialisé en technologie, ancien rédacteur de publications spécialisées et passionné de plein air. Il estime qu’en technologies 3D, écrire de manière claire et sans expression à la mode est un devoir.