élévation d é : le LiDAR est-il à la hauteur de nos besoins?

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Théodore Robert
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1 Atelier d'échange 21 janvier 2008 "Géomatique appliquée à la régie des sols : pour des terres bien égouttées et une eau propre" Modèle numérique d é : le LiDAR est-il à la hauteur de nos besoins? J. Deslandes, A. Michaud, I. St-Laurent, K. Vézina, J-D. Sylvain, G. Gagné, R. Rivest

2 PLAN DE LA PRÉSENTATION Les principes de la technologie LiDAR Méthodologie de traitements de données Comparaison des relevés LiDAR et GPS-VTT Exemples de divers dériv rivées topographiques

3 LA TECHNOLOGIE LIDAR CARACTÉRISTIQUES RISTIQUES GLOBALES LiDAR (Light Detection And Ranging) Bases: Technologies GPS et laser Aéroport roporté Précision: 5-15 cm Densité élev levée: e: 1 point /0.5 m² Rapide Possibilité de couvrir des grands territoires

4 LA TECHNOLOGIE LIDAR SON FONCTIONNEMENT télescope détecteur laser miroir de balayage impulsion retour Benoît St-Onge 2007 surface Portée = temps de parcours * vitesse de la lumière 2

5 LA TECHNOLOGIE LIDAR TYPES DE RETOURS t t Bruit t A 1 er retour retours intermédiaires A A Dernier retour Benoît St-Onge 2007

6 LA TECHNOLOGIE LIDAR TYPES DE RETOURS Les impulsion lidar sont reflétées es par la surface du feuillage mais peuvent pénétrer jusqu au sol Source: Juha Hyyppa

7 LA TECHNOLOGIE LIDAR TYPES DE RETOURS Les structures aériennes (pylônes) et les câbles peuvent aussi réfléchir l énergie laser Source: Juha Hyyppa

8 LA TECHNOLOGIE LIDAR CLASSIFICATION DE POINTS Avant classification Après classification

9 LA TECHNOLOGIE LIDAR SITE D ACQUISITION DES RELEVÉS Riv. Pot au Beurre 59 km² Rivière Saint-Louis (65 km²)

10 TRAITEMENT DES DONNÉES INTÉGRATION ET INTERPOLATION DES DONNÉES Elevation (m) tuiles 15.5 billiards de points

11 Modèle numérique d É Élévation TRAITEMENT DES DONNÉES INTÉGRATION ET INTERPOLATION DES DONNÉES Elevation (cm) Méthode IDW Temps 3 min Erreur (cm) 3.22 Spline 30 min 3.89 Kriging 50 m 390 min 3.04

12 LA TECHNOLOGIE LIDAR MODÈLE NUMÉRIQUE D É ÉLÉVATION altitude (m)

13 TRAITEMENT DES DONNÉES VISITE VIRTUELLE Élévation (m) 22 28

14 TRAITEMENT DES DONNÉES VISITE VIRTUELLE Élévation (m)

15 TRAITEMENT DES DONNÉES VISITE VIRTUELLE Élévation (cm) Premier Dernier retour 250 mètres

16 TRAITEMENT DES DONNÉES VISITE VIRTUELLE 460 m 0 m

17 TRAITEMENT DES DONNÉES VISITE VIRTUELLE Premier retour Dernier retour Hauteur de la végétation Hauteur moyenne de 16.5 m Élévation (cm)

18 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR ET GPS-VTT DENSITÉ DES SEMIS DE POINTS 1 point /28 m² 1 point / m²

19 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR ET GPS-VTT DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES PONCTUELLES Élévation des points LiDAR (mètres) 23,80 23,70 23,60 23,50 23,40 23,30 23,20 23,10 23,00 22,90 Y= 0.01x (R²=0.69) Élévation des points GPS (cm)

20 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR ET GPS-VTT DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES PONCTUELLES 20 Différence relative (cm) 15 Différence relative (cm) Différence moyenne absolue= 5 cm Ecart-type = 3 cm Nombre de points

21 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR ET GPS-VTT DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES PONCTUELLES < 15 cm 7% cm 13% < 5 cm 53% 5-10 cm 27% Classe d'erreur!( Inférieure à 5 cm!( Entre 5 et 10 cm!( Entre 10 et 15 cm!( Superieure à 15 cm

22 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT ANALYSE DE 13 KM SUR LE RÉSEAU ROUTIER MOYENNE =0.01 MOYENNE ABSOLUE =0.04 ZONE haute DIFFÉRENCE (cm) à à à à à 0.17 MOYENNE =-0.1 MOYENNE ABSOLUE =0.1 Source: Roger Rivest

23 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT COMPARAISON DES MODÈLES NUMÉRIQUES D É ÉLÉVATION GPS Élévation (m) LiDAR

24 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT COMPARAISON DES MICRO-BASSINS GPS Élévation (m) LiDAR

25 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT COMPARAISON DES PARCOURS DE L EAU GPS Élévation (m) LiDAR

26 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT COMPARAISON DES DÉRIVÉS GPS LiDAR

27 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT COMPARAISON DES DÉRIVÉS Sous-bassins -GPS

28 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT EFFET DE LA DENSITÉ DE POINTS SUR L INTERPOLATION 1 point/17 m² 1 point/33 m² 1 point/67 m²

29 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT EFFET DE LA DENSITÉ DE POINTS SUR L INTERPOLATION 1 point / 67 m² 1 point / 1 m² Élévation (cm)

30 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR et GPS-VTT EFFET DE LA DENSITÉ DE POINTS SUR L INTERPOLATION 23.6 Altitude sur un profil selon la densité de points à l'interpolation Altitude (m) pt/1,1 1 m² m² 1 pt/16,7 pt/17 m² 1 pt/33,4 m² 1 pt/66,9 pt/67 m² Distance (m)

31 Exemples de divers dériv rivées topographiques EXTRACTION DE COURBES DE NIVEAU Équidistance de 25 cm avec le LiDAR Équidistance de 10 m

32 Exemples de divers dériv rivées topographiques Micro-bassins Parcours de l eau principal

33 Exemples de divers dériv rivées topographiques EXTRACTION D INDICATEURS AGROENVIRONNEMENTAUX Perte des sols moyenne annuelle A = 11.8 (Q surf q peak aire sbv ) K USLE C USLE LS USLE A Pertes de sol annuelles moyennes (tonnes ha -1 an -1 ) Q surf Ruissellement journalier (mm) q peak Débit pointe du ruissellement (m³s -1 ) Aire sbv Superficie du micro-bassin Facteur d érodabilité du sol (0,013 t m 2 h/ m 3 t cm) K USLE C USLE LS USLE Facteur de couverture végétale du sol Facteur topographique

34 Exemples de divers dériv rivées topographiques EXTRACTION DU FACTEUR LS Nul

35 Exemples de divers dériv rivées topographiques EXTRACTION D INDICATEURS AGROENVIRONNEMENTAUX Perte des sols moyenne annuelle Érosion (T/ha*an-1)

36 Exemples de divers dériv rivées topographiques INDICE TOPOGRAPHIQUE D HUMIDITÉ DES SOLS λ = Ln a ([tan(b)] Dépressions

Réaménagement du fossé et stabilisation Structure de captage Tranchée filtrante Bande riveraine

37 Exemples de divers dériv rivées topographiques POUR DES AMÉNAGEMENTS HYDRO-AGRICOLES SUR MESURE Avant Aménagement stabilisation Bande riveraine des talus arbustive par génie g végétal Réaménagement du fossé et stabilisation Structure de captage Tranchée filtrante Bande riveraine arbustive Cours d eau Cheminement de l eau Drainage en rive de cours d eau Drainage au fossé/rigole Source: Richard Lauzier

38 Exemples de divers dériv rivées topographiques LandMapR : CLASSIFICATION HYDROPÉDOLOGIQUE Experts

39 Experts Attributs de surface d intérêt

40 Exemples de divers dériv rivées topographiques VALIDATION DES RÉSULTATS DE LandMapR 1: (1 observation/16 ha) : (1 observation/4-8 ha) : (1 observation/ha)

41 CONCLUSION Le Modèle numérique d LIDAR Outil très rapide pour réaliser des relevés topographiques sur des grands territoires Précision intéressante Développement de nouvelles approches Assister à l amégament hydro-agricoles des terres

42 PARTENAIRES PARTENAIRES DE RÉALISATION Fédération de l UPA de Saint-Hyacinthe Centre de conservation des sols et de l eau de l Est du Canada, Saint-André (Grand-Sault) au Nouveau-Brunswick (CCSEEC) Conseil de gestion du bassin versant de la Yamaska (COGEBY) Institut de recherche et de développement en agroenvironnement (IRDA) Agence géomatique montérégienne GéoMont MAPAQ, Direction de la Montérégie-Est Département de géomatique appliquée (Université de Sherbrooke) PARTENAIRE RÉGIONAUX AU QUÉBEC Agriculture et Agroalimentaire Canada Club agroenvironnemental La Vallière Comité du bassin versant de la rivière Saint-Louis MDDEP, Direction de l Estrie et de la Montérégie Canards illimités RÉGIONAUX AU NOUVEAU-BRUNSWICK Petite Rivière Comité de l aménagement rural du Nord-Ouest (CARNO) Le Centre d excellence en sciences agricoles et biotechnologiques (CESAB)

43 LidAR: LIDAR Modèle numérique de terrain Digital elevation model (DEM) Élévation (m) Planches rondes Pente = 0.3% Fossés/Ditch L eau s écoule où? Distance (m) Cours d eau River Chemin Road

44 LidAR:Comprendre le fonctionnement hydrologique/ Understand hydrological dynamics Carte Synthèse Longueur de l él écoulements Superficie du micro-bassin Pente générale g du micro-bassin

45 LIDAR Dépressions /

46 LA TECHNOLOGIE LIDAR SON FONCTIONNEMENT: le positionnement des retours Jusqu au début des années 1990, le positionnement des retours lidar dans l espace restait difficile. La maturité du système GPS a alors permis de mesurer précis cisément l origine du tir laser. L ajout d une centrale inertielle (appelée e aussi INS ou IMU) au système rend possible la mesure de la direction du tir. En combinant la portée, la position d origine (X o Y o Z o ) et l orientation de la plate-forme, on peut désormais mesurer la position XYZ de chacun des retours.

47 COMPARAISON DES RELEVÉS LiDAR ET GPS-VTT DIFFÉRENCES ENTRE LES DONNÉES PONCTUELLES GPS- LiDAR ZONE TROP BASSE DIFFÉRENCE (cm) à à à à à 0.20 Source: Roger Rivest

Ivana Saint-Laurent, technicienne géomatique, IRDA Karine Vézina, Étudiante, Université de Sherbrooke André Lavoie,

48 MERCI!!! Julie Deslandes, Professionnelle de recherche, IRDA Aubert Michaud, Chercheur en conservation des sols et de l eau, IRDA Ivana Saint-Laurent, technicienne géomatique, IRDA Karine Vézina, Étudiante, Université de Sherbrooke André Lavoie, Université de Sherbrooke Michel Nolin, Pédologue, Agriculture et agroalimentaire Canada Lucie Grenon, Pédologue, Agriculture et agroalimentaire Canada Gilles Gagné, Pédologue, IRDA Roger Rivest, Agronome, MAPAQ LandMapper Environmental Solutions Inc

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