Cristiano Gygax: Scanner LiDAR terrestre à faible coût basé sur Arduino

La recherche de solutions d’équipement à faible coût en géomatique et dans d’autres domaines est un thème abordé par un nombre croissant de chercheurs. Aujourd’hui, les ressources open-source du web, la disponibilité à des prix très abordables d’équipements électroniques et de microcontrôleurs faciles à programmer pour les gérer (par exemple Arduino) rendent ce type de recherche accessible à tous.
L’objectif de ce projet est d’assembler, de programmer, de tester et d’évaluer un scanner LiDAR terrestre à courte portée et à faible coût, c’est-à-dire un appareil capable de scanner une surface avec un laser et de la représenter en 3D sous forme de nuage de points. Deux prototypes ont été assemblés et programmés à partir de composants électroniques et mécaniques bon marché, en partie commandés et en partie imprimés en 3D, pour un coût total d’environ 300 CHF (premier prototype) et de 550 CHF (deuxième prototype). Conceptuellement, le fonctionnement du dispositif est simple : deux moteurs pas à pas entraînent un capteur laser sur deux axes (horizontal et vertical), et une mesure de distance est effectuée pour chacune des positions des moteurs. Ces composants sont contrôlés par un Arduino Mega 2560, un puissant microcontrôleur connu pour sa simplicité d’utilisation et sa polyvalence, qui reçoit également les mesures et les stocke sur une carte SD. Une application pour smartphone a également été développée pour envoyer les paramètres de scan au LiDAR via Bluetooth. Le deuxième prototype détecte en moyenne 200 points/seconde à une distance maximale d’environ 100 m avec une erreur moyen de 10 cm et une résolution maximale inférieure à 0,012° (1 point tous les 2.5 mm à une distance de 5 m).
Les tests de l’appareil indiquent que, malgré l’erreur du laser, il est possible de détecter des mouvements dans l’ordre du cm, en effectuant plusieurs mensurations par point et en considérant la moyenne, ou en utilisant des modèles (best fit) des surfaces scannées, qui vont éviter les soucis dus à la présence de bruit. Les tests sur un glissement de terrain ont montré que cet appareil peut avoir du potentiel pour le monitorage des parois de roche instables, où l’utilisation d’instruments plus chers n’est pas envisageable.