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Contexte de la journée et principe du mobile mapping

 

Le 27 mars, GéoBretagne, BreTel, l’IGN, le Département d’Ille et Vilaine (service aménagement foncier) et Rennes métropole étaient invités à une journée test de mobile mapping pour la numérisation en 3D du bourg de Saint-Marc-sur-Couesnon. Cette journée riche en découverte était organisée par le service du cadastre (DRFIP35, Pôle de topographie et de Gestion Cadastrale) et le bureau métier cadastre de la DGFIP. Le service du cadastre explore différentes méthodes d’acquisition de données pour l’élaboration et la mise à jour du plan cadastral (lever terrain traditionnel, lever par drones*, avions, acquisition au sol ou mobile mapping, imagerie satellitaire, etc.).   

Le mobile mapping est un processus de cartographie dynamique qui permet de faire de l’acquisition de données 3D en mouvement

* Le service du cadastre co-anime le Groupe de travail grande surface du Conseil pour les drones civils.  
 
À Saint-Marc-sur-Couesnon, un chantier de remaniement traditionnel (élaboration d’un nouveau plan cadastral par les géomètres sur le terrain) est en cours pour être comparé à de nouvelles méthodes : 
  • acquisition 3D du bourg par mobile mapping (journée du 27 mars et journée IGN à venir) ;
  • photogrammétrie par drone (à venir pour Saint-Marc-sur-Couesnon) ;
  • photogrammétrie par prise de vues aériennes ou satellitaires (pour des chantiers de remaniement de plus grande superficie).

En photogrammétrie plusieurs images d’un même objet sont prises selon différents points de vue. Les outils de photogrammétrie comparent entre elles les photos, trouvent des points de concordance puis déduisent la position de ces points dans l'espace 3D en utilisant le décalage causé par la différence de point de vue. C’est ce principe qui est utilisé pour générer les modèle 3D des villes sur Google Street View

 
L’objectif est d’élaborer un plan cadastral neuf sur lequel figurent le bâti et les limites apparentes entre propriétés. Nous revenons aujourd’hui sur la solution d’acquisition de données par mobile mapping proposée par Leica Geosystem lors de la journée du 27 mars 2018. Cette méthode consiste à acquérir des données 3D de l’espace environnant à partir d’un système d’acquisition en mouvement. Le résultat obtenu est un nuage de points géoréférencés modélisant l’espace (chaque point est localisé grâce à ses coordonnées x, y et z).  

Le plan cadastral est un document administratif à finalité essentiellement fiscale : il représente le découpage du territoire en parcelles pouvant supporter des bâtiments, identifie les propriétaires et sert de base pour le calcul des impôts locaux. Au-delà de son usage traditionnel, il est largement utilisé comme couche de référence dans les systèmes d’information géographique (SIG) des acteurs publics. Pour mettre à jour ce plan, deux options sont possibles : mise à jour continue (par la transmission des permis de construire) ou remaniement (élaboration d’un plan neuf lorsque les plans sont trop vieux et que des décalages trop importants apparaissent suite à la numérisation et l’agrégation des documents par exemple)

 

 Un exemple de résultat de nuages de points pour une grande avenue urbaine 

Le nuage de point est suffisamment dense pour numériser une grande quantité d’information sur les surfaces, le mobilier urbain, les façades, les limites de propriété, la végétation, etc.

 

Les deux systèmes d’acquisition testés à Saint-Marc-sur-Couesnon sont des systèmes de la gamme Pegasus de Leica qui permettent de réaliser de l’acquisition en mouvement à pieds (Leica Pegasus: Backpack) ou à bord d’un véhicule (Leica Pegasus: Two). Le Backpack est un sac à dos pesant environ 12 kg équipé d’un scanner LIDAR (permettant l’acquisition du nuage de points), de caméra, d’un GPS, d’une centrale inertielle. La technologie embarqué sur automobile repose sur le même type d’équipement et permet d’acquérir un nuage de point plus dense. Le principe d’acquisition est celui de la télédétection par laser ou LIDAR.   

Le principe du LIDAR ou laser imaging detection and ranging) est le suivant : un capteur actif émet des faisceaux lasers vers différentes cibles dans l’espace environnant puis reçoit et enregistre l’écho de ces lasers. La position de la source émettrice, la position du capteur qui reçoit l’écho et le comportement des impulsions lasers dans l’air étant connus, la distance émetteur-cible, et donc la position de la cible dans l’espace peuvent en être déduites

 
Des capteurs supplémentaires enrichissent les données. Les caméras par exemple permettent de coloriser le nuage de point (par une corrélation entre les points et les images), offrant un rendu 3D très proche de ce que perçoit l’œil humain. Plus le nuage de point sera dense, plus on aura un rendu brut proche de la réalité. Avec peu de points, des « trous » apparaitront dans le résultat 3D. La précision spatiale des données 3D est de l’ordre de 3 à 5 cm. Le Backpack coûte environ 200 000€ et le Pegasus: Two 400 000€. L’autonomie du Backpack est de 6 à 8 heures (2 jeux de batterie fournis d’une autonomie de 3 à 4 heures chacun).
 
Leica Pegasus: Backpack

Leica Pegasus: Two

 

Acquisition des données 3D

 

À Saint-Marc-sur-Couesnon, il a fallu environ 1h pour numériser le bourg d’une dizaine d’hectares, en voiture pour les plus grands axes et à pieds pour les impasses, les chemins. À bord du véhicule, il faut être deux pour gérer la conduite (déplacement à environ 20-30 km/h) et l’acquisition à l’aide du tableau de bord (interrompre l’acquisition lorsque l’on reste plus longuement à un endroit pour un demi-tour dans une impasse par exemple). Il est important de bien préparer l’itinéraire.

Sur le tableau de bord (tablette pour le Backpack, ordinateur portable pour le Pegasus: Two), on visualise le nombre de satellites disponibles pour calculer notre position, les prises de vue des caméras en temps réel, le profil de la rue. Il est possible de faire des relevés en intérieur ou dans des passages étroits, même si on perd momentanément le signal GPS. Cela est possible grâce à la trajectoire inertielle qui est calculée et replacée dans l’espace à partir des positions de départ et d’arrivée acquises par le GPS (avant perte et après récupération du signal).

    

Chargement des données acquises

 

Le chargement des données acquises le matin a duré 1h30 environ et représentait un volume de 20 Go. Le matériel informatique utilisé pour la démonstration et conseillé présente les caractéristiques suivantes : 

  • PC processeur Xeon 
  • 36 ou 64 Go de RAM
  • Disque dur SSD
  • Carte graphique Quadro
  • Coût d’un tel PC environ 3000€ pour un portable, 1500€ pour un poste fixe 
  • L’idéal est de disposer de 2 écrans pour le confort de travail

Dans un premier temps, le logiciel calcule la trajectographie qui correspond au trajet suivi pour l’acquisition par la voiture ou le piéton portant le sac à dos (lignes verte, violette et bleue). Le résultat brut se présente sous forme d’un nuage de points dans lequel il est possible de se « balader » et dans lequel l’utilisateur peut directement travailler (prise de mesures, tracé d’objets). Pour identifier des éléments « plats » comme des bouches à clefs sur la chaussée, l’utilisateur peut afficher simultanément le nuage de point et les images prises par les caméras. Le curseur se déplace de façon synchrone dans le nuage de points et sur l’image.

  Affichage de la trajectographie dans le nuage de points 
  
Prise de point du bateau sur le trottoir : on voit le curseur (croix jaune) dans le nuage de point à gauche et sur l’image à droite
 

Comment exploiter ce nuage de points ?

 
Il est possible de connecter les données récoltées et le Viewer de Leica à des logiciels tiers couramment utilisés (Autocad, Microstation, Atlas). Leica donne les droits et fournit un document avec les lignes de code. On peut ainsi prendre des mesures et dessiner avec un logiciel standard sur un nuage de points. Pour une application cadastrale, la portée du scanner est suffisante pour visualiser le corps de rue d’un village. L’utilisateur peut faire des mesures directement dans le nuage de point et simultanément dans les images avec une précision de l’ordre de 3 à 5 cm, tracer des lignes, des polygones. À partir du nuage de point Il est possible de créer une ortho-image 2D dans le système de projection souhaité. L’utilisateur peut ensuite vectoriser sur cette image. Pour obtenir une ortho plus « lisible », il est possible de « couper » le nuage de points en z, et ainsi de n’avoir que la base des bâtiments. D’autres outils permettent de transformer des points en plan pour obtenir une maquette 3D de bâtiments.Le service du cadastre de la DGFIP et les autres participants ont montré beaucoup d’intérêt et d’enthousiasme sur le potentiel de ce type d’acquisition. Le service cadastre doit tester l’utilisation de ces données. Pour cela Leica va mettre à disposition ses solutions de traitement du nuage de point pour une durée d’essai. D’autres secteurs peuvent être intéressés par ce type de techniques d’acquisition de données, les applications sont nombreuses : modélisation 3D de la végétation en ville, modélisation 3D de haies en milieu urbain ou rural (bocage, biomasse), modélisation des données du bâtiment ou Building Information Modeling (BIM), services fonciers, etc.
 
Orthophoto créée à partir du nuage de points
   
 Passage dans des chemins avec le Backpack, on distingue bien les bâtiments, les arbres et arbustes, les clôtures
 

Remarques sur le contexte réglementaire

 

Au niveau réglementaire, le mobile mapping est plus souple que les drones (il est très difficile de faire voler un drone en milieu urbain, les contraintes réglementaires sont extrêmement fortes). Néanmoins, la réglementation européenne oblige à flouter les visages et les plaques d’immatriculation, notamment sur l’acquisition des données sur les propriétés privées. En ville, les piétons constituent des artéfacts. Il est possible de supprimer les points générés par le passage d’un piéton. Des outils sont en développement par Leica pour automatiser ce « nettoyage » du nuage de point.

 25 avril 2018 - BreTel


 

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Copernicus, programme de l’Agence Spatiale Européenne et de l’Union Européenne, a lancé les satellites Sentinel -1A, 1B, 2A, 2B et 3A, tous équipés de capteurs différents pour effectuer des mesures variées. L’objectif est de fournir aux utilisateurs européens, et plus spécifiquement aux chercheurs, des données d’observations complètes et gratuites de l’ensemble de la Terre : océans, sols, végétation, zone côtière, radiométrie, température, altimétrie… Mais comment utiliser ces données issues du spatial pour développer des applications concrètes ?

Cette problématique de l’application des données issus du programme Copernicus était au cœur de l’évènement Appspace, co-organisé par le GIS Bretel. Cette initiative a permis pour la première fois de réunir l’ensemble des acteurs de la région Bretagne, mais également les acteurs nationaux et européens de l’applicatif spatial autour de tables rondes, d’ateliers sur des sujets thématiques, et d’un espace d’exposition pour les entreprises et les laboratoires. Pour ses organisateurs, Appspace a vocation à devenir un évènement de référence décliné dans d’autres régions françaises et européennes. Le but est ainsi d’avoir une vision claire et globale de l’écosystème régional, national voire européen de l’applicatif spatial.

Encourager les utilisateurs finaux à s’emparer des données

« Ce qu’il ressort de cet évènement est que, globalement, le monde de la recherche arrive plutôt bien à s’emparer des données issues du spatial. » explique Nicolas Bellec, directeur opérationnel du GIS BreTel. « Cependant, certains spécialistes de terrain, comme les biologistes ou les écologues, ont parfois du mal à se les approprier dans leur recherche, et font appel à d’autres laboratoires spécialisés dans le spatial. »

Au-delà du monde de la recherche, les données issues du programme Copernicus étaient notamment destinés aux collectivités territoriales, aux services régionaux et d’état, pour répondre à des besoins qui leur sont propres. Mais ces acteurs, considérés comme les utilisateurs finaux, ne font pas utilisation de ces données. « Avec les nouveaux capteurs des satellites, les résolutions sont pourtant de plus en plus adaptées à leur besoins ! » affirme Nicolas Bellec. « Sans compter que le paysage des applications est large : sécurité et sûreté maritime, occupation des sols et aménagement des territoires, surveillance de la végétation et de la biodiversité, adaptation aux changements climatique… Au forum Appspace, nous avons cherché à comprendre pourquoi. »

En réunissant le monde de la recherche, les entreprises et les utilisateurs finaux, l’évènement Appspace a permis d’identifier les freins à l’usage des données spatiales et de trouver des solutions adaptées. « Ce qui est ressorti, c’est que les gestionnaires de territoires manquaient de formation et d’information autour de ces sujets-là. Chercheurs, entreprises et utilisateurs souhaitent mener des démarches de ‘’co-construction‘’ des applications, pour être au plus proche des besoins des gestionnaires de territoire. » explique Nicolas Bellec.

L’autre difficulté est que les données spatiales peuvent rarement résoudre à elles seules des problèmes concrets. Souvent, elles doivent être confrontées à d’autres données, et notamment des données de terrain, pour trouver leur place dans l’applicatif. Plusieurs projets actuellement menés font ainsi en sorte d’incorporer les données spatiales dans les procédés existants d’acquisition d’information sur les territoires.

Le projet Sésame, réalisé par le Lab-STICC* les équipes Obelix et Myriads de l’IRISA et financé par la DGA et l’ANR, croisent quant à lui les données issues du spatial avec les données AIS en provenance des navires pour développer des applications de monitoring et de surveillance du trafic maritime.

Développer des technologies capables de gérer les flux de données

L’objectif du projet Sésame est de mettre au point des technologies capables de détecter et de documenter en temps réel des comportements anormaux de navires : entrées illégales sur des zones définies, déviation de trajectoire suspecte, pêche illégale… Pour arriver à un tel résultat, les photographies hautes résolutions de la surface de la mer produites par les satellites Sentinel doivent être croisées avec les données AIS (Automatic Identification System) émises par les navires : chaque navire émet un signal AIS, qui comporte des informations sur le navire lui-même, sa route et sa position, à des résolutions de l’ordre de la minute. L’enjeu du projet est de traiter ces flux de données extrêmement importants : en effet, aux téraoctets de données des satellites Sentinel s’ajoutent les dizaines de millions de messages AIS produits par jour…

« CLS, notre partenaire industriel, est un opérateur de solution pour le monitoring et la surveillance du trafic maritime à partir de données satellitaires. Les chaînes opérationnelles de traitement des données doivent être revues pour passer à l’échelle des flux qui émergent actuellement » explique Ronan Fablet, enseignant-chercheur à IMT Atlantique au sein du laboratoire Lab-STICC et coordinateur du projet Sésame. « L’entreprise engage des processus de recherche et de développement pour exploiter les technologies de Big data et de machine learning dans ce contexte de monitoring et de surveillance des activités maritimes : le projet Sésame est partie intégrante de ce processus. » Avec un consortium d’équipes spécialisées en Big data, en machine learning et en télédétection, l’objectif de Sésame est de gérer ces flux de données grâce au développement d’infrastructures matérielles et logicielles adaptées, et de mettre au point des techniques d’apprentissages machine pour la détection des navires et des comportements anormaux dans les images satellitaires.

Ces développements technologiques ont vocation à être tout d’abord exploités par CLS, puis ils seront mis à disposition d’opérateurs comme EMSA, institution en charge de la surveillance de l’espace maritime européen. « Globalement, les utilisateurs finaux visés par le projet sont les institutions responsables de la surveillance maritime de région, d’états ou de groupements d’états. » précise Ronan Fablet.

Enfin, en plus de proposer des solutions à des problématiques concrètes de surveillance du trafic maritime, les technologies développées par le projet Sésame ouvriront la voie à l’exploitation de bases de données déjà existantes, en les associant à d’autres types d’imagerie satellitaires. Avec le développement des technologies de Big data et d’infrastructures adaptées, les gigantesques flux de données produits par les satellites Sentinel seront ainsi canalisés, traités et interprétés, pour servir au développement de nombreuses autres applications à destination des utilisateurs finaux.

* dont est membre IMT Atlantique, l’UBO, l’UBS, le CNRS, l’ENIB et l’ENSTA Bretagne

A lire également sur I’MTech : VIGISAT : La surveillance et la protection de l’environnement par satellite et Le changement climatique vu de l’espace

Article original publié sur I'MTech

 

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The AppSpace Forum took place on 17, 18 and 19 October with the objective of reviewing the current state of play in the space sector by bringing together the diverse stakeholders of which it is made up. Two hundred people (researchers, institutional stakeholders, private operators, land managers, students) took part in this forum, seven round tables allowed the major issues in the sectors to be discussed, 14 workshops demonstrated the existing technical solutions, and around twenty stands started worthwhile discussions between participants.

Raising awareness about the available data 

The technical workshops helped to raise awareness about the programmes, schemes and platforms making data available and providing support (Copernicus, PEPS, THEIA, RUS, GéoBretagne, etc.).

Knowing how to process these data in a meaningful way 

The space applications sector has been described as an added-value chain that transforms raw data into information or a service intended for operational users. Small businesses can play this «data processor» role and be innovation drivers. The support systems to assist them (European funds, CNES patents, competitiveness clusters, boosters) were presented. In terms of skills, there are a wealth of training courses in Brittany (multidisciplinary courses, double diplomas) which have to continually adapt to advances and to requirements.

Bringing together the space sector and local needs 

The regional level has been found relevant for structuring the space applications sector. On the one hand, the regions can benefit from space applications for their economic development or for monitoring their territories. On the other hand, for the national and supra-national levels, the regions are essential local relays with the local economic fabric, and for providing feedback on best practices (NEREUS, Copernicus Relay). CNES has also reiterated that it is at the service of the regions, and will make its collaboration with Brittany official at the start of 2018 by signing a framework agreement.

Continuing and strengthening regional coordination 

Some barriers were identified over these three days: land managers have not been made sufficiently aware of space applications; collaboration between public and private operators should be developed and simplified; transfers between the results of research and operational stakeholders are still few and far between. The structures and projects that will help break down these barriers were presented (Kalideos, THEIA, CEREMA, SATT Ouest Valorisation, Gis BreTel, InSpace).

These three days helped to start discussions, review the current state of play in the space sector and hence provide greater clarity for all of the stakeholders. AppSpace was just a starting point, and the actions will continue in the region. 

 

    

 

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Les 17, 18 et 19 octobre s'est déroulé le Forum AppSpace dont l'objectif était de dresser un état des lieux du secteur spatial en réunissant la diversité des acteurs qui le compose. 200 personnes (chercheurs, institutionnels, opérateurs privés, gestionnaires des territoires, étudiants) ont participé à ce forum, 7 tables rondes ont permis de discuter des enjeux majeurs du secteur, 14 ateliers ont montré les solutions techniques existantes et une vingtaine de stands a initié des échanges riches entre participants. Parmi les principaux enjeux identifiés nous retiendrons :    

Mieux faire connaître les données disponibles

Les ateliers techniques ont contribué à faire connaître les programmes, dispositifs et plateformes de mise à disposition de données et d'accompagnement (Copernicus, PEPS, Theia, RUS, GéoBretagne etc.).

Savoir traiter ces données de manière pertinente

Le secteur des applications spatiales a été décrit comme une chaîne de valeur ajoutée qui transforme une donnée brute en une information ou un service à destination d'utilisateurs opérationnels. Les petites entreprises peuvent jouer ce rôle de "transformateur de la donnée" et être des leviers d'innovation. Les dispositifs d'accompagnement pour les aider (aides européennes, Brevets Cnes, Pôles de compétitivité, BOOSTER) ont été présentés. Concernant les compétences, une offre de formation riche existe en Bretagne (parcours pluridisciplinaires, doubles diplômes) qui doit continuellement s'adapter aux progrès et aux besoins.

Faire se rencontrer le spatial et les besoins locaux

L'échelon régional est apparu comme pertinent pour structurer le secteur des applications spatiales : d'une part les régions peuvent bénéficier des applications spatiales pour leur développement économique ou pour le "monitoring" de leurs territoires. D'autre part, pour les échelons nationaux et supra-nationaux, les régions sont des relais de proximité essentiels avec le tissu économique local ou pour des retours de bonnes pratiques (Nereus, Copernicus Relay). Le Cnes a d'ailleurs rappelé être aussi au service des régions et formalisera sa collaboration avec la Bretagne début 2018 par la signature d'un accord cadre.

Poursuivre et renforcer l'animation régionale

Pendant ces trois jours des verrous ont été identifiés : les gestionnaires des territoires ne sont pas assez sensibilisés aux applications spatiales ; les collaborations entre opérateurs publics et opérateurs privés sont à développer et à simplifier ; les transferts entre résultats de la recherche et acteurs opérationnels sont encore trop rares. Les structures et projets qui permettront de lever ces verrous ont été présentés (Kalideos, Théia, Cerema, SATT Ouest Valorisation, Gis BreTel, InSpace).

Ces trois jours ont permis d'initier des échanges, de dresser un état des lieux du secteur du spatial et ainsi d'en donner une meilleur lisibilité pour l'ensemble des acteurs. L'AppSpace n'était qu'un point de départ et les actions continueront en région.

 

Cet article est une synthèse, retrouvez plus d'informations sur les enjeux et les pistes identifiés lors de l'AppSpace en consultant cet article

    

 

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