Le D2000 est équipé du module de caméra inclinable D-OP4000 pour contribuer à la construction de la ville intelligente dans le centre-ville de Shanghai.

Avec la transformation et la modernisation continues de la « ville numérique » en « ville intelligente » en Chine, les applications SIG basées sur des données vectorielles bidimensionnelles peinent à répondre aux besoins de la gestion urbaine intelligente. Dans le cadre du 14e plan quinquennal, la mise en place d'une plateforme 3D urbaine constitue un enjeu majeur pour la cartographie et le levé topographique de base à l'échelle nationale. Cette plateforme fournit la base 3D de la ville pour une gestion intégrée des ressources naturelles et une gestion intelligente, ainsi que les données et informations essentielles à la planification urbaine, à la gestion administrative, à la protection incendie, aux interventions d'urgence, à la surveillance environnementale, etc. Par conséquent, l'acquisition rapide et précise de données 3D dans l'espace géographique est devenue un pilier de la construction 3D de la Chine. La photogrammétrie oblique par drone s'impose comme une méthode privilégiée pour l'acquisition de ces données, grâce à ses capacités d'acquisition efficaces et flexibles.

Cependant, comparée aux caméras aériennes professionnelles, elle présente une charge plus légère et une focale plus courte. L'acquisition d'images photographiques obliques haute résolution par drone dans les zones urbaines denses, caractérisées par de nombreux immeubles de grande hauteur et d'importantes disparités de hauteur, constitue un défi technique majeur en photogrammétrie aérienne oblique urbaine. Cette étude utilise le drone quadricoptère Pegasus D2000, équipé d'un module photographique oblique téléobjectif D-OP4000 (focale : 40 mm pour la vue plongeante, 56 mm pour la vue latérale), afin d'explorer l'acquisition de données et la modélisation 3D de scènes réelles par photogrammétrie aérienne oblique dans le centre-ville d'une mégapole.

Étendue du domaine d'étude

La zone de recherche se situe sur la rive nord du fleuve Huangpu à Shanghai, à proximité de la rue Nanjing. Elle abrite le célèbre Musée international d'architecture de Shanghai. Les autres bâtiments, de plus de 100 mètres de haut, sont relativement petits ; il est donc nécessaire d'obtenir des images aériennes obliques à haute résolution par drone, ce qui représente un véritable défi.

Photos d'immeubles de grande hauteur dans la zone d'étude

Le schéma technique est présenté sur la figure 3. À partir des données MNT (Modèle Numérique de Terrain) relatives à la hauteur des bâtiments du quartier du Bund Nord à Shanghai, le modèle numérique d'élévation PHOTOMOD a été utilisé pour modifier manuellement le MNT. Des vols de correction d'altitude ont été effectués pour certains bâtiments de 320 et 260 mètres de hauteur.

Terrain artificiel

Le modèle numérique de surface (MNS) de la zone d'étude est présenté sur la figure 4. La hauteur des bâtiments varie de 3 à 320 mètres, le plus haut, le bâtiment Magnolia, culminant à 320 mètres. Utilisez le module d'édition de MNS PHOTOMOD pour modifier manuellement le MNS afin de le centrer sur le bâtiment Magnolia (extension de 100 mètres) et de représenter les hauteurs du terrain en gradins : 80 mètres (rouge), 50 mètres (jaune clair), 30 mètres (jaune) et 10 mètres (vert).

Planification d'itinéraire

Le vol est effectué en fonction du terrain simulé artificiellement. L'altitude de vol prévue est de 319 mètres, et l'altitude de vol maximale au-dessus de Magnolia Plaza est de 400 mètres. Le recouvrement de la trajectoire est de 80 % et le recouvrement latéral de 70 %.

Disposition et mesure des points de contrôle d'image

Étant donné que la zone d'étude se situe en centre-ville, ce projet prévoit des points de contrôle au sol et des points d'inspection espacés de 200 à 300 mètres, en utilisant les passages piétons, les angles de trottoirs, etc. existants comme points de contrôle d'image. La méthode de mesure RTK, en mode station mobile du réseau CORS, mesure les coordonnées de ces points de contrôle d'image, pour un total de 50 points.

Carte de mesure et de répartition des points de contrôle au sol

Vol de drone

La zone d'étude étant située en plein centre-ville de Shanghai, les interférences électromagnétiques y sont relativement importantes. Afin de maintenir la communication entre le drone et la station au sol, la plateforme d'atterrissage pour hélicoptères sur le toit de la tour Raffles, haute de 260 mètres, a été choisie comme point de décollage. Le décollage depuis le toit présente deux avantages : (1) La portée de communication entre le drone et la station au sol en centre-ville est d'environ 1 km, tandis qu'au sommet de la tour Raffles, la liaison est garantie, ce qui facilite la gestion des situations particulières et assure la sécurité du vol ; (2) La charge utile du D-OP4000 étant supérieure à celle des systèmes orthophoto et D-OP3000, le vol depuis le toit d'un immeuble de 260 mètres permet de minimiser la consommation d'énergie du drone pendant la phase d'ascension et d'améliorer la qualité de la prise de photos inclinées. La zone d'étude couvre environ 5,46 km² et quatre sorties ont été effectuées. Les photos des opérations sur le terrain sont présentées.

opérations de vol de drones

Vue sur la skyline du Bund Nord à Shanghai

Les vues latérales du Bund Nord ont été acquises successivement le long de l'axe du fleuve Huangpu, puis assemblées pour créer une carte du paysage urbain du Bund à Shanghai, comme illustré sur la figure 9. Cette carte met en valeur le magnifique paysage du musée d'architecture Wanguo, situé sur la rive nord du Huangpu. Elle constitue un outil précieux pour la planification urbaine, la protection et la mise en valeur du patrimoine bâti à Shanghai.

Restauration et préservation des bâtiments historiques

Le Bund est considéré comme le musée d'architecture internationale de Shanghai ; sa protection et sa restauration constituent donc un enjeu majeur de l'aménagement urbain de la ville. Prenons l'exemple du Shanghai Building (anciennement Broadway Mansions), conçu en 1934 par le célèbre architecte britannique Français. Grâce à la photogrammétrie aérienne par drone, nous pouvons obtenir avec précision les dimensions de la façade et du bâtiment, et proposer un plan de restauration et de protection basé sur une modélisation 3D réelle. Ce plan permet de visualiser les effets des réparations et d'établir un devis pour la protection du Shanghai Building.

Cette recherche se situe au cœur de Shanghai, une zone à forte densité de gratte-ciel et à l'environnement électromagnétique complexe. Elle est très représentative des applications de la photogrammétrie oblique dans le domaine des villes intelligentes à l'échelle nationale. Cette recherche adopte une approche novatrice : la simulation artificielle des variations de terrain par survol en altitude. Combinée aux performances du téléobjectif plein format D-OP4000 (40 mm), elle résout le problème des survols multiples en zone urbaine centrale, améliorant ainsi l'efficacité de la photogrammétrie aérienne oblique et garantissant la qualité des données collectées. Les principales conclusions sont les suivantes :

(1) Vol à altitude variable simulée artificiellement : la hauteur des bâtiments urbains est optimisée et simulée artificiellement dans le terrain, puis combinée à la planification et à la conception de la trajectoire à altitude variable du drone de surveillance. Cela résout le problème de la résolution de vol incohérente de la modélisation urbaine par drone et évite qu'une zone d'étude ne nécessite plusieurs survols en fonction des différentes hauteurs d'étage. Cela améliore non seulement l'efficacité de la collecte de données, mais garantit également leur qualité.

(2) Décollage par téléobjectif depuis le toit : En raison de la hauteur des immeubles en centre-ville, il est difficile de collecter des images haute résolution avec des appareils photo à focale standard. Par exemple, le plus haut bâtiment de la zone d'étude mesure 320 mètres. Pour obtenir des images à haute fréquence, l'altitude de vol est d'environ 191 mètres, et les risques de collision sont importants à proximité des immeubles de 260 et 320 mètres. Il faudrait donc adapter l'altitude de vol en fonction de la hauteur des bâtiments. C'est un problème courant. Cependant, dans cette étude, un appareil photo à longue focale (40 mm) a permis de collecter des données avec la même résolution (3 cm) à une altitude de vol plus élevée (319 mètres). De plus, le point de décollage a été choisi sur le toit d'un immeuble de 260 mètres, ce qui permet non seulement de résoudre le problème des fortes interférences électromagnétiques en milieu urbain, mais aussi d'optimiser le trajet de la batterie du drone et de réduire le temps de montée.

(3) Exploration des scénarios d'application du modèle 3D de scène réelle : cette étude a extrait le paysage urbain de la rive nord du fleuve Huangpu à travers les données du modèle 3D urbain de scène réelle, et a utilisé le modèle 3D de scène réelle pour la mesure et la conception du schéma dans la préparation du plan de protection et de réparation des bâtiments de Shanghai, ce qui a enrichi les scénarios d'application des modèles 3D du monde réel.