La gestion des grands réservoirs d'eau peut s'avérer difficile au fil du temps en raison d'informations géographiques inexactes ou obsolètes, ce qui entraîne des divergences entre les données réelles et les données de conception initiales. Pour entretenir efficacement les réservoirs, il est essentiel d'utiliser des méthodes de mesure avancées, telles que la cartographie à l'aide de scanners LiDAR et de véhicules sans pilote, qui permettent de surveiller et de calculer avec précision le volume de stockage de l'eau, ainsi que de prévoir et de simuler les conditions hydrologiques.
À PROPOS DU PROJET
Ce projet d'une journée a démontré que l'utilisation d'un USV hydrographique pour obtenir une cartographie sous-marine et d'un UAV équipé d'un scanner LiDAR pour obtenir des limites de réservoirs et des données topographiques permet une gestion simplifiée et efficace des grands réservoirs d'eau. L'USV APACHE 3 équipé d'un échosondeur à faisceau unique et le scanner LiDAR AA450 installé sur le véhicule aérien sans pilote ont été utilisés pour effectuer des mesures au-dessus et au-dessous du niveau de l'eau. En outre, une antenne intelligente GNSS RTK a été utilisée comme station de base.
PHASE 1 - RÉALISATION D'UNE ÉTUDE BATHYMÉTRIQUE
Une étude bathymétrique se compose de trois étapes principales : la préparation, la mesure et le traitement des données.
Étape 1. Préparation.
Avant le levé, en l'absence de réseau GNSS RTK, il est nécessaire d'installer une station de base GNSS, de mettre en place des points de contrôle et d'effectuer un étalonnage du site afin d'établir une cartographie de référence. Pour les objectifs de mesure, nous pouvons définir à l'avance l'itinéraire dans le logiciel ; le bateau sera alors mesuré automatiquement le long de l'itinéraire (ce qui a été fait dans ce projet), ou nous pouvons utiliser la télécommande pour faire fonctionner le bateau au cours de l'étape suivante de l'étude.
Figure 1. Planification de l'itinéraire pour la navigation autonome de l'USV Apache 3.
Étape 2. Mesure.
Au cours du processus de mesure, le logiciel a localisé les points en fonction de la route prescrite. La distance entre les points d'ancrage de la ligne d'essai a été chiffrée en fonction de la proportion de mesures afin de s'assurer que les points de convergence avec la ligne d'essai principale se situent dans la fourchette spécifiée. Chaque ligne d'inspection a été comparée aux points de passage de la ligne d'enquête principale.
Figure 2. Drone marin Apache 3 USV équipé d'un échosondeur à simple faisceau.
Étape 3. Traitement des données.
Le logiciel HydroSurvey 7 de la CHCNAV, fourni avec le drone Apache 3 USV, a été utilisé pour gérer la collecte des données brutes, la cartographie, le positionnement, l'affichage de la trajectoire en temps réel, le traitement des données et les systèmes de coordonnées. Le logiciel intègre les fonctions d'acquisition et de post-traitement des données. Il prend en charge les données standard de profondeur d'eau GPGGA et SDDPT et le format DWG/DXF, avec des capacités d'édition, de masquage et d'affichage des couches.
Figure 3 : Traitement des données dans le logiciel HydroSurveyTraitement des données dans le logiciel HydroSurvey.
La capacité de stockage correspondante a été obtenue et traitée en fonction des différentes zones de réservoirs situées à différentes altitudes.
Figure 4. Élévation sous l'eau et calcul de la superficie du réservoir et de la capacité de stockage.
PHASE 2 - RÉALISATION D'UNE ÉTUDE AÉRIENNE
Comme dans la phase précédente, les levés aériens se déroulent en trois étapes : la préparation, la mesure et le traitement des données.
Étape 1. Préparation.
Avant de collecter les données du scanner et de l'image avec le véhicule aérien sans pilote (UAV) transportant le système LiDAR+RGB (Alpha Air 450), il était nécessaire d'installer une station de base GNSS dans un ciel ouvert près du site du projet. Selon le modèle de la station GNSS utilisée, les levés aériens peuvent être effectués en mode temps réel ou en mode post-traitement par l'enregistrement de données statiques.
Figure 5 : Système lidar AlphaAir 450 (AA450) avec IMU, GNSS, scanner 3D et caméra RVB intégrés.
Étape 2. Acquisition de données et d'images LiDAR
Le scanner LiDAR AA450 est doté d'un système de contrôle du flux de travail à une touche qui permet de gérer n'importe quel relevé en appuyant sur un seul bouton. Lorsque les données aériennes du projet ont été collectées, le logiciel CoPre de CHCNAV - un logiciel de prétraitement de numérisation laser 3D fourni avec le AA450, a été utilisé pour transférer les données vers l'ordinateur via un câble USB-C.
Étape 3. Traitement des données
Dans un premier temps, le logiciel CoPre a été utilisé pour combiner les données laser brutes et les données POS afin de générer des données de nuages de points géoréférencés. Dans une deuxième étape, l'image brute et les données POS ont été combinées pour générer un modèle orthométrique numérique (DOM). Les données du nuage de points au sol ont été classées dans le logiciel de post-traitement de capture de la réalité CoProcess pour générer le modèle numérique d'élévation (MNE).
Figure 6. Données originales du nuage de points laser (à gauche) et nuage de points colorisé (à droite).
Figure 7. Réservoir DOM (à gauche) et MNE (à droite) après traitement des données.
PHASE 3 - CALCUL DE LA CAPACITÉ DU RÉSERVOIR D'EAU
À ce stade, le modèle virtuel du réservoir a été créé. Le niveau d'eau en mètres et la capacité en mètres cubes ont été calculés de manière efficace et précise et présentés sur le diagramme.
Figure 8. Modélisation 3D de l'eau disponible comparée au niveau d'eau actuel.
Figure 9. Diagramme de la capacité en eau du réservoir.
Grâce aux nouvelles technologies, telles que les scanners LIDAR, les drones et les USV, il est désormais possible d'améliorer le niveau de précision et le temps consacré à l'acquisition de la topographie du réservoir et au calcul de sa capacité de stockage. Il en résulte une réduction significative des coûts d'étude et une amélioration de l'efficacité du processus de maintenance à long terme. Grâce au modèle numérique du réservoir, les résultats des études et de la cartographie peuvent être enrichis et les développements futurs peuvent être simulés, surveillés et prévus.
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À propos de CHCNAV
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