Field trials for a rapid deployment lidarbased high temporal-frequency change detection monitoring system

Kandiah, Arapi (2025). Field trials for a rapid deployment lidarbased high temporal-frequency change detection monitoring system. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Remote sensing technologies are now prevalent in geohazard monitoring applications. Laser scanners (LiDAR), photogrammetry, and satellite-based topographical measurements can be used to map various geomorphologies, natural terrains, and man-made infrastructures. Change detection analysis with topographical data sets captured at a certain frequency can denote failure precursors, and active landslide events, and analyze events a-posteriori. Change detection in time is often conducted at high resolution and low temporal frequency. Dense data sets considerably reduce the inherent uncertainty arising from superficial roughness and statistical spread between two series of surveys. Long-term, high-resolution monitoring thus allows for precise measurements and the detection of relatively low change detection thresholds. Such an application is not readily applicable to the detection of rapidly progressing events. When statistical outliers occur such as intense rains, or earthquakes, landslides may be triggered and not captured within the time frame required to act and mitigate. The present study investigates low-resolution, high-temporal frequency measurements as an option for capturing rapidly evolving events.

In this work, a low-cost fixed laser scanner was connected to a small Raspberry Pi to collect point cloud frames at hourly intervals. The montage consisted of the lidar-computer combination mounted on a tripod anchored to the ground. This paper describes the montage, material required to assemble, and installation protocol. Special considerations were given for rapid deployment with limited labor. To evaluate the monitoring setup, two experiments were done. One was that an artificial pile of humid less than 4 mm material was assembled in a local quarry. The pile was partially excavated at the toe to achieve a progressive failure as the material dried up. Monitoring of the pile was performed for approximately 3 weeks with hourly readings. A high-resolution scan was taken at the onset of the test for reference. The second experiment consisted of analyzing a floodplain in Grizzly Creek, Yukon for 10 months during the winter season, with six readings a day. Snow developed across the months and melted near the end of the period. A high-resolution scan was taken at the onset of both tests for reference. The results obtained are analyzed and discussed in the thesis. A discussion is provided on uncertainty associated with topographical measurements collected during this experiment.

Titre traduit

Utilisation des technologies de télédétection pour la surveillance des glissements de terrain et des événements géologiques rapides

Résumé traduit

Les technologies de télédétection sont aujourd'hui très répandues dans les applications de surveillance des risques géologiques. Les scanners laser (LiDAR), la photogrammétrie et les mesures topographiques par satellite peuvent être utilisés pour cartographier diverses géomorphologies, terrains naturels et infrastructures construites par l'homme. L'analyse de la détection des changements à l'aide d'ensembles de données topographiques capturées à une certaine fréquence permet de détecter les précurseurs de rupture et les glissements de terrain actifs, et d'analyser les événements a posteriori. La détection des changements dans le temps est souvent effectuée à haute résolution et à faible fréquence temporelle. Des ensembles de données denses réduisent considérablement l'incertitude inhérente à la rugosité superficielle et à la dispersion statistique entre deux séries de relevés. La surveillance à long terme et à haute résolution permet donc d'effectuer des mesures précises et de détecter des seuils de changement relativement bas. Une telle application n'est pas facilement applicable à la détection d'événements à évolution rapide. Lorsque des anomalies statistiques surviennent, comme des pluies intenses ou des tremblements de terre, des glissements de terrain peuvent être déclenchés et ne pas être détectés dans les délais requis pour agir et atténuer les effets. La présente étude examine les mesures de fréquence à faible résolution et à haute résolution temporelle en tant qu'option pour capturer les événements à évolution rapide.

Dans ce travail, un scanner laser fixe bon marché a été connecté à un petit Raspberry Pi pour collecter des images de nuages de points à intervalles d'une heure. Le montage consistait en une combinaison lidar-ordinateur montée sur un trépied ancré au sol. Tout le matériel électronique a été emballé dans une petite boîte pélican pour la protection de l'environnement. Cet article décrit le montage, le matériel nécessaire à l'assemblage et le protocole d'installation. Des considérations particulières ont été prises en compte pour un déploiement rapide avec une main-d'oeuvre limitée. Deux expériences ont été réalisées pour tester le dispositif de surveillance. La première consistait à assembler un tas artificiel de matériaux humides moins que 4 mm dans une carrière locale. La pile a été partiellement excavée à la base pour obtenir une rupture progressive au fur et à mesure de l'assèchement du matériau. La surveillance de la pile a été effectuée pendant environ 3 semaines avec des relevés horaires. Un balayage à haute résolution a été effectué au début de l'essai à titre de référence. La deuxième expérience a consisté à analyser une plaine d'inondation à Grizzly Creek, au Yukon, pendant 10 mois au cours de la saison hivernale, avec 6 relevés par jour. La neige s'est formée au cours des mois et a fondu vers la fin de la période. Un balayage à haute résolution a été effectué au début des deux tests à titre de référence. Les résultats obtenus sont analysés et discutés dans l'article. Une discussion est fournie sur l'incertitude associée aux mesures topographiques collectées au cours de cette expérience.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for a master’s degree with thesis in construction engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 177-180).
Mots-clés libres:	télédétection, glissements, changements, mesures
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Aubertin, Jonathan D.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	05 juin 2025 18:46
Dernière modification:	05 juin 2025 18:46
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3639

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