Contribution to mobile mapping : developpement and caracterisation of a terrestrial laser scanner-based system

La cartographie mobile est un sujet qui se démocratise et gagne en maturité avec la demande croissante des données tridimensionnelles urbaines et périurbaines. La présente thèse aborde la conception d’un système de cartographie mobile terrestre à faible coût avec la particularité d’avoir adapté un scanner laser terrestre pour une utilisation en mode mobile à faible vitesse. Notre objectif n’est pas de rivaliser en termes de performances avec les systèmes commerciaux mais plutôt de s’approprier les compétences scientifiques et technologiques qui permettront de proposer des solutions dans le domaine de cartographie mobile. Les opérations préalables à la mise en route du système, tel que la synchronisation et l’étalonnage sont exposées. Puis, des méthodes basées sur l’ajustement des modèles polynomiaux sont développées pour convenir aux différents trajets parcourus. Les données issues des différents capteurs (GPS/AHRS/TLS) sont testées et filtrées avant de les intégrer dans l’équation de géoréférencement direct. Il en résulte un nuage de points corrigé. Une étude exhaustive sur l’effet des erreurs de chaque capteur sur le nuage de points résultant est établie. La précision théorique est confrontée avec des jeux des données de référence pour valider l’analyse des erreurs. Un appareil photo numérique calibré est intégré dans notre système en tant que capteur de navigation. Une solution photogrammétrique est proposée pour améliorer la précision de la trajectométrie préalablement calculée par l’intégration des données GPS/AHRS. Pour conclure la thèse, une ouverture vers la modélisation géométrique est proposée pour exploiter la géométrie et la précision des données laser terrestres fournies par le système. Le prototype développé permet de fournir des nuages de points d’une précision de l’ordre de 10 à 15cm à une distance moyenne de 20 m.Mobile mapping technology has been developing with the growing demand of three-dimensional urban and peri-urban data. This thesis approach is based on the design of a low cost terrestrial mobile mapping system with the adaptation of a Terrestrial Laser Scanner for low dynamics. Our goal is not to compete in performance with commercial systems but rather to appropriate scientific and technological skills which will help in proposing solutions in the field of mobile mapping. Necessary operational settings, such as synchronization and calibration are explained. Then, some methods based on the adjustment of polynomial models are developed according to the traveled paths. Data from various sensors (GPS/ AHRS/TLS) are filtered and tested before their integration by direct georeferencing equation in order to produce a correct point cloud. A comprehensive study on the influence of errors of each sensor on the resulting point cloud is established. The theoretical precision is compared with reference data in order to validate the error analyze. A digital calibrated camera is integrated in the system as a navigation sensor. A photogrammetric solution is proposed to improve the accuracy of the orientation and the position calculated by integrating GPS/ AHRS. At the end of this thesis, an approach towards automatic modeling is proposed to make use of the geometry and precision provided by the system. The designed prototype supplies point clouds whose precision is about 10 to15 cm at the average distance of 20 m