3D GeoWeb Service (Environmental Process Monitoring and High-Res 3D GeoWeb Service)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 687.07.22

Schlüsselwörter (Französisch)

Changement climatique, Gestion des risques naturels, Données spatiales et temporelles, Service 3DGeoWeb, Drone longue distance, Données géomatiques 3D.

Kurzbeschreibung (Französisch)

Avec le changement climatique, on s’attend à une détérioration du pergélisol et une augmentation des pluies extrêmes, ce qui provoquera des instabilités de sol, des effondrements de glaciers et le développement de lacs glaciaires. Les autorités et les bureaux d’ingénieurs ont donc besoin d’un outil fiable avec une bonne résolution spatiale et temporelle pour le management des risques naturels (avalanches, glissements de terrain, coulées de débris, crues...).

Pour la gestion des risques naturels dans les zones de haute montagne, des données de capteurs satellites ou acquises par vols d’avions sont généralement utilisées. Les données provenant des capteurs satellites ont une résolution spatiale insuffisante et/ou une perspective inadéquate dans les régions montagneuses pour une compréhension adéquate des risques naturels. Les vols d’avions sont très couteux et dépendants des conditions météorologiques. 

Un service 3DGeoWeb associé à un programme régional de surveillance des changements spatiaux et temporels de l'environnement montagnard pourrait fournir, avec des coûts raisonnables, des données suffisamment détaillées permettant d'identifier, de caractériser et de réduire les risques naturels dans les régions de montagne menacées. Cette première phase de projet vise à poser les bases du développement d'un service 3DGeoWeb. Pour ce faire, un nouveau drone à longue portée sera équipé d'instruments de mesure spécifiques et testé pour son aptitude à effectuer des vols de surveillance dans les conditions difficiles de la montagne (haute altitude, vents forts, températures froides, etc.). Lors de ces vols de surveillance, des données géomatiques 3D (données issues de la méthode photogrammétrique SfM (Structure for Motion) telles que les nuages de points RVB (rouge, vert, bleu), les photos ortho-rectifiées, les orthophotos, les maillages texturés et les modèles d'élévation) vont être acquises. Des vols de surveillance répétés sur les mêmes régions permettront ainsi le suivi des processus naturels en haute montagne.

Le projet a été accepté sur la base de la demande de subside du 29.10.2021 à l’occasion de la séance de la Koko UT du 24.11.2021.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Französisch)

1. Le drone GT20 Gyrotrak d'Airial Robotics (ou similaire) est licencié et enregistré pour effectuer des vols au-delà de la ligne de vue. La composante RTK (Real Time Kinematic) pour la géolocalisation par satellite, deux caméras et un gimbal sont prêts à l'emploi et les premiers tests de vol ont été faits en conditions réelles.
   
   
2. Des vols autonomes dans la région de la vallée de Zermatt, du glacier d'Aletsch et de la région de Zinal ont été faits. Des vols autonomes de plus d'une heure dans des conditions "difficiles" (haute altitude, vents forts, températures froides, etc.) ont été réalisés. (Jalon 1)
   
   
3. Un relevé photogrammétrique SfM est effectué sur l'un des sites étudiés. Le jeu de données est utilisé pour générer un nuage de points 3D RVB avec une précision supérieure à 5 cm et une orthophoto avec une résolution spatiale inférieure à 5 cm. En outre, un modèle 3D fusionnant l'imagerie RVB et les caméras thermiques est généré.
   
   
4. Un test de faisabilité pour la surveillance des processus naturels en haute montagne à l'aide de techniques avancées de détection des changements en 3D (déformation des pentes rocheuses et/ou changements d'altitude des glaciers) a été fait. Un test de faisabilité pour le suivi de l'évolution du glacier d'Aletsch à un haut niveau de détail spatio-temporel en utilisant des techniques de suivi d'images 2D sur deux périodes de temps a été fait. (Jalon 2)
   
   
5. Une preuve de concept pour la configuration du serveur de données et de la plateforme web 3DGeoWeb est fournie. Des détails sur le programme de surveillance régionale (comme par exemple : Le nombre de vols par saison, dans les régions identifiées) seront également fournis pour la suite du projet.
   
   
6. Rédaction d’un rapport final présentant les résultats des points 1 à 5.
   
   
7. Eléments de textes, illustrations et au moins 3 photos (voir annexe 4) pour l’impression de publications à l’adresse du public sont préparés et remis à l'OFEV.
   
   
8. Une présentation des résultats avec PowerPoint sera effectuée à la fin du projet pour les personnes intéressées de l’OFEV.

Projektziele (Französisch)

Dans cette première phase de projet, un nouveau drone à longue portée sera équipé d'instruments de mesure spécifiques et testé pour son aptitude à effectuer des vols de surveillance dans les conditions difficiles de la montagne pour acquérir des données géomatiques 3D. Ces données permettront de créer une base de données 3D évolutive des terrains instables permettant un suivi régional des instabilités de terrain et autres phénomènes dynamiques liés aux dangers naturels.

Beschreibung der Resultate (Französisch)

Le but de ce projet est d’établir un "programme de surveillance durable" pour les risques naturels, la prévention, entre autres, en montagne. Il fournit un service aux parties prenantes (locales, cantonales ou fédérales), pour les aider à comprendre et à prévoir les processus naturels dans les zones de haute montagne (évolution des glaciers, ruptures de pentes rocheuses, transfert de sédiments...). Ceci a été rendu possible par le développement d'un service de géoweb 3D et d'un programme régional de suivi des changements spatiaux et temporels de l'environnement de montagne. Un programme continu de surveillance à long terme permet de mettre à jour et d'enrichir en permanence une base de données multitemporelle très utile pour la recherche et le développement, et la gestion dans les régions montagneuses.

La phase 1 (2022-2024) du projet a permis de démontrer la faisabilité technique du programme de surveillance. Nous avons concentré nos activités sur trois zones d'étude : 1) Mattertal, 2) glacier d'Aletsch, et 3) Zinal. Il s'agit de sites géomorphologiques actifs dans des zones de haute altitude qui présentent un intérêt particulier pour les parties prenantes régionales et nationales dans l'étude de l'impact du changement climatique sur l'évolution des processus environnementaux. Les performances et l'adaptabilité d'un drone très performant, voire d'un avion léger, équipés de capteurs, ont été évaluées à haute altitude afin d'étudier les changements qui se produisent rapidement dans les zones actives. Un prototype de plateforme web a été développé pour visualiser les nuages de points à différents moments avec une analyse photogrammétrique standardisée

Umsetzung und Anwendungen (Französisch)

Le drone DeltaQuad EVO, équipé de deux batteries et un appareil photo Sony A7R IV (61mp), a effectué des relevés BVLOS (Beyond Visual Line of Sight). Les autorisations de l'OFAC (Office Fédéral de l'Aviation Civile) (avecles espaces aériens réglementés) nous ont permis de voler à 1000 m au-dessus du sol dans un rayon de 15 km. Pour des relevés de plus grande envergure, nous avons utilisé deux caméras sur des plates-formes inclinables sur une nacelle attachée sur avion léger, avec positionnement de haute précision.

Les multiples relevés ainsi effectués chaque année ont permis de constituer une base de données photographiques multidates. Grâce à un flux de travail photogrammétrique rationalisé, des nuages de points colorés à haute résolution ont été créés pour surveiller les processus environnementaux. D'importants changements (retraits glaciaires, mouvements de masse, érosion de berges, fonte des neiges…) ont été détectés sur de vastes zones. La base de données photographiques et la visualisation en 3D des sites étudiés sont accessibles sur la plateforme web du Crealp http://www.3dgeoweb.photodatabase.crealp.ch pour consultation par les parties prenantes et le public.

Weiteres Vorgehen (Französisch)

Ce projet a exploré plusieurs aspects de l'innovation technologie environnementale. Il a permis d’étudier l’utilisation de drones dernière génération et de mieux appréhender la surveillance régionale des risques liés aux montagnes et des processus environnementaux.
Pour une réponse rapide, les opérations aériennes à faible coût ont été plus fiables et plus souples pour un tel projet de surveillance qui peut aisément être étendu à l'échelle régionale. Pour que les drones deviennent plus judicieux pour la surveillance à plus grande échelle, nous travaillerons avec l'OFAC pour des autorisations plus souples sans espaces aériens restreints.

Nos résultats montrent l’avantage de mettre en place un programme de surveillance photogrammétrique régional continu, de nouveaux risques inconnus apparaissant en raison du changement climatique. Ce programme est conçu pour être collaboratif et complémentaire d'autres organisations en centralisant les données, l'objectif étant de couvrir une zone aussi large et aussi régulièrement que possible pour surveiller les processus et les risques environnementaux.