Amélioration de la précision dans les environnements complexes
Si le géoréférencement direct (DG) est la principale méthode de production de cartes dans les environnements extérieurs, il est rarement utilisé à l'intérieur ou dans des environnements où GNSS fortement GNSS. Le géoréférencement direct combine les données INS (position et attitude) avec les données des capteurs (comme le LiDAR ou l'imagerie par caméra) pour déterminer avec précision la position des objets observés sans dépendre de nombreux points de contrôle au sol (GCP) prélevés.
Cependant, comme le GNSS n'est pas disponible à l'intérieur, le géoréférencement direct traditionnel ne peut pas être appliqué dans des espaces entièrement clos. Dans de nombreux cas, la cartographie est réalisée de manière hybride, couvrant à la fois les environnements intérieurs et extérieurs.
Alors que la plupart des gens s'appuient sur des technologies de cartographie conventionnelles pour de tels scénarios, le choix du bon INS et du bon logiciel de post-traitement peut étendre les avantages du géoréférencement direct à ces cas d'utilisation. En intégrant un INS haute précision et à faible dérive avec un logiciel de post-traitement avancé, il est possible de maintenir une solution précise et directement géoréférencée sur des durées prolongées. Les algorithmes basés sur la perception, comme le SLAM, peuvent utiliser directement ce positionnement précis pour améliorer encore la précision de la cartographie.
Cette approche permet de créer des cartes d'intérieur entièrement alignées sur une solution de positionnement absolu et un cadre de référence de coordonnées (datum). Par conséquent, elle améliore les flux de travail et la collaboration en garantissant la cohérence spatiale entre les ensembles de données intérieures et extérieures.
Systèmes inertiels pour les solutions de cartographie d'intérieur
Dans les environnements intérieurs où le GNSS n'est pas disponible, la cartographie repose sur des centrales de mesure inertielle (IMU) combinées à des algorithmes basés sur la perception, tels que la localisation et la cartographie simultanées (SLAM). Contrairement au géo-référencement direct traditionnel, cette approche ne dépend pas du GNSS, mais utilise plutôt les données de l'IMU ainsi que le LiDAR, les caméras ou les capteurs de profondeur pour maintenir un positionnement précis.
Le SLAM fonctionne en cartographiant continuellement l'environnement tout en estimant simultanément la position du système à l'intérieur de celui-ci. Cependant, le SLAM seul peut souffrir de dérive, en particulier dans les zones pauvres en caractéristiques ou dans les environnements dynamiques. Les IMU haut de gamme jouent un rôle crucial dans la stabilisation de la cartographie basée sur le SLAM, garantissant un suivi de mouvement cohérent, même lorsque les entrées visuelles ne sont pas fiables. En intégrant une IMU de haute précision et à faible dérive, il est possible d'améliorer les performances du SLAM dans les applications de cartographie.
En effet, l'IMU réduira l'accumulation de dérive, maintiendra un positionnement précis sur de plus longues durées et améliorera la fiabilité dans des conditions de faible visibilité, telles que les pièces sombres ou les couloirs sans particularités. Cette combinaison permet la création de cartes intérieures précises qui restent spatialement cohérentes et bien alignées avec les ensembles de données externes.
Par conséquent, le système rationalise les flux de travail et améliore les efforts de cartographie collaborative, même dans les environnements entièrement privés de GNSS.
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Que vous utilisiez des robots mobiles ou des systèmes portables pour la cartographie intérieure, nos produits offrent la précision, les performances et le flux de travail nécessaires pour produire des cartes précises. Nos systèmes sont idéaux pour une gamme d'applications, y compris les inspections industrielles, la gestion des installations, les interventions d'urgence, et plus encore.
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Études de cas
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Vous avez des questions ?
Vous vous demandez comment fonctionnent les systèmes de cartographie intérieure ? Vous voulez en savoir plus sur la façon dont les systèmes inertiels contribuent à une cartographie précise dans les environnements où le GNSS est indisponible ? Notre section FAQ couvre les questions les plus courantes sur les systèmes de cartographie intérieure, y compris des informations sur les technologies impliquées, les meilleures pratiques et comment intégrer nos produits dans vos solutions.
Qu'est-ce qu'un système de positionnement intérieur ?
Un système de positionnement intérieur (IPS) est une technologie spécialisée qui identifie avec précision l'emplacement d'objets ou de personnes dans des espaces clos, tels que des bâtiments, où les signaux GNSS peuvent être faibles ou inexistants. L'IPS utilise diverses techniques pour fournir des informations de positionnement précises dans des environnements tels que les centres commerciaux, les aéroports, les hôpitaux et les entrepôts.
Les IPS peuvent exploiter plusieurs technologies pour la détermination de la position, notamment :
- Wi-Fi : Utilise l'intensité du signal et la triangulation à partir de plusieurs points d'accès pour l'estimation de la position.
- Bluetooth Low Energy (BLE) : Utilise des balises qui envoient des signaux aux appareils à proximité pour le suivi.
- Ultrasons : Utilise des ondes sonores pour une détection précise de la position, souvent avec des capteurs d'appareils mobiles.
- RFID (Radio-Frequency Identification, identification par radiofréquence) : implique des étiquettes placées sur les articles pour un suivi en temps réel.
- Centrales de mesure inertielle (IMU) : ces capteurs surveillent le mouvement et l'orientation, améliorant ainsi la précision du positionnement lorsqu'ils sont combinés à d'autres méthodes.
Une carte numérique détaillée de l'espace intérieur est essentielle pour un positionnement précis, tandis que les appareils mobiles ou les équipements spécialisés collectent les signaux de l'infrastructure de positionnement.
L'IPS améliore la navigation, suit les actifs, aide les services d'urgence, analyse le comportement de vente au détail et s'intègre aux systèmes de bâtiments intelligents, améliorant considérablement l'efficacité opérationnelle là où le GNSS traditionnel échoue.
Que signifie SLAM ?
SLAM, qui signifie Simultaneous Localization and Mapping (localisation et cartographie simultanées), est une technique de calcul utilisée en robotique et en vision artificielle pour construire une carte d'un environnement inconnu tout en assurant le suivi de la position d'un agent dans cet environnement. Ceci est particulièrement utile dans les scénarios où le GNSS n'est pas disponible, comme à l'intérieur ou dans les zones urbaines denses.
Les systèmes SLAM déterminent la position et l'orientation de l'agent en temps réel. Cela implique de suivre le mouvement du robot ou de l'appareil lorsqu'il se déplace dans l'environnement. Pendant que l'agent se déplace, le système SLAM crée une carte de l'environnement. Il peut s'agir d'une représentation 2D ou 3D, capturant la disposition, les obstacles et les caractéristiques de l'environnement.
Ces systèmes utilisent souvent plusieurs capteurs, tels que des caméras, des LiDAR ou des centrales de mesure inertielle (IMU), pour recueillir des données sur l'environnement. Ces données sont combinées pour améliorer la précision de la localisation et de la cartographie.
Les algorithmes SLAM traitent les données entrantes pour mettre à jour la carte et la position de l'agent en continu. Cela implique des calculs mathématiques complexes, y compris des techniques de filtrage et d'optimisation.
Qu'est-ce que la photogrammétrie ?
La photogrammétrie est la science et la technique qui consistent à utiliser des photographies pour mesurer et cartographier les distances, les dimensions et les caractéristiques d'objets ou d'environnements. En analysant des images se chevauchant prises sous différents angles, la photogrammétrie permet de créer des modèles 3D, des cartes ou des mesures précis. Ce processus fonctionne en identifiant des points communs dans plusieurs photographies et en calculant leurs positions dans l'espace, à l'aide des principes de la triangulation.
La photogrammétrie est largement utilisée dans divers domaines, tels que :
- Cartographie topographique par photogrammétrie : Création de cartes 3D de paysages et de zones urbaines.
- Architecture et ingénierie : pour la documentation des bâtiments et l’analyse structurelle.
- La photogrammétrie en archéologie : Documenter et reconstruire les sites et les artefacts.
- Relevés de photogrammétrie aérienne : Pour la mesure des terrains et la planification de la construction.
- Foresterie et agriculture : surveillance des cultures, des forêts et des changements d'affectation des terres.
Lorsque la photogrammétrie est combinée à des drones modernes ou des UAV (véhicules aériens sans pilote), elle permet la collecte rapide d'images aériennes, ce qui en fait un outil efficace pour les projets d'arpentage, de construction et de surveillance environnementale à grande échelle.
Qu'est-ce qu'un LiDAR ?
Un LiDAR (Light Detection and Ranging) est une technologie de télédétection qui utilise la lumière laser pour mesurer les distances par rapport aux objets ou aux surfaces. En émettant des impulsions laser et en mesurant le temps nécessaire à la lumière pour revenir après avoir frappé une cible, le LiDAR peut générer des informations tridimensionnelles précises sur la forme et les caractéristiques de l'environnement. Il est couramment utilisé pour créer des cartes 3D haute résolution de la surface de la Terre, des structures et de la végétation.
Les systèmes LiDAR sont largement utilisés dans divers secteurs, notamment :
- Cartographie topographique : pour mesurer les paysages, les forêts et les environnements urbains.
- Véhicules LiDAR autonomes : Pour la navigation et la détection d'obstacles.
- Agriculture : Pour surveiller les cultures et les conditions des champs.
- Surveillance environnementale : pour la modélisation des inondations, l’érosion du littoral, etc.
Les capteurs LiDAR peuvent être montés sur des drones, des avions ou des véhicules, ce qui permet une collecte rapide de données sur de vastes zones. La technologie est appréciée pour sa capacité à fournir des mesures détaillées et précises, même dans des environnements difficiles, tels que les forêts denses ou les terrains accidentés.
Qu'est-ce qu'une IMU
Une unité de mesure inertielle (IMU) est un module capteur compact qui mesure le mouvement et l'orientation d'une plateforme en capturant ses accélérations linéaires et ses vitesses de rotation angulaire. Au cœur de IMU trois accéléromètres et trois gyroscopes disposés selon des axes orthogonaux afin de fournir six degrés de mesure.
Les accéléromètres détectent l'accélération de la plateforme dans l'espace, tandis que les gyroscopes suivent sa rotation. En traitant ces mesures ensemble, une IMU fournit des informations précises sur les changements de vitesse, d'attitude et de cap sans dépendre de signaux externes. Cela rend les IMU indispensables pour la navigation dans des environnements où le GPS n'est pas disponible, peu fiable ou intentionnellement bloqué. Leurs performances dépendent fortement de la qualité des capteurs, de leur étalonnage et de la manière dont les erreurs (biais, bruit, facteurs d'échelle et désalignements) sont contrôlées.
Les IMU haut de gamme intègrent des mécanismes avancés d'étalonnage, de compensation thermique, de filtrage des vibrations et de stabilité de biais afin d'éviter que les erreurs ne s'accumulent rapidement au fil du temps. Grâce à ces caractéristiques, les IMU sont utilisées dans un large éventail d'applications, des drones, munitions vagabondes et véhicules autonomes aux AUV, robots et systèmes de stabilisation industriels, offrant une perception robuste et continue du mouvement et de l'orientation, même dans les conditions opérationnelles les plus difficiles.
Qu'est-ce qu'un cadre de référence ?
Un référentiel est essentiellement un système de coordonnées que vous utilisez pour décrire la position, le mouvement et l'orientation d'objets. Dans la navigation inertielle, il fournit la base mathématique qui vous permet d'exprimer les mesures provenant de capteurs, tels que les accéléromètres, les gyroscopes et les magnétomètres, de manière cohérente et significative.
Chaque vecteur avec lequel vous travaillez (accélération, vitesse, attitude) est défini par rapport à un référentiel choisi. Il est donc essentiel de sélectionner et de comprendre ces référentiels. En pratique, nous traitons deux grandes catégories : les référentiels inertiels et les référentiels non inertiels.
Un référentiel inertiel est un référentiel qui est soit parfaitement au repos, soit en mouvement à vitesse constante, sans rotation ni accélération ; il permet d'appliquer directement les lois de Newton. Comme il n'existe pas de véritables référentiels inertiels sur Terre, nous les approximons, généralement en utilisant un référentiel inertiel centré sur la Terre (ECI) pour les applications à haute altitude ou spatiales.
Pour la plupart des opérations terrestres et maritimes, nous utilisons des référentiels non inertiels tels que le référentiel centré sur la Terre et fixe par rapport à la Terre (ECEF) ou des référentiels de navigation locaux tels que Nord-Est-Bas (NED) ou Est-Nord-Haut (ENU). Ces référentiels tournent avec la Terre et incluent la gravité, de sorte que les équations du mouvement doivent être compensées pour tenir compte des effets Coriolis et centrifuges.
Dans un INS, le référentiel fixé au véhicule est celui où les données brutes IMU sont mesurées ; le référentiel de navigation est celui où vous souhaitez exprimer la vitesse, l'attitude et la position ; et le référentiel inertiel se situe au-dessus de ceux-ci en tant que référence mathématique idéale. Les transformations entre ces cadres, gérées par des matrices de rotation, des quaternions ou des matrices cosinus directeurs, permettent au système de propager l'orientation et d'intégrer les accélérations dans la vitesse et la position. En fin de compte, un cadre de référence fournit le « langage » commun qui transforme les mesures inertielles brutes en informations de navigation utilisables.
