La photogrammétrie à l`IGN

La photogrammétrie à l’IGN
1.
Introduction
La photogrammétrie est une technique qui permet de faire des mesures à partir
de photos aériennes ou - selon les méthodes les plus récentes telles que le radar
et le 'laser profiling' - à partir de données enregistrées automatiquement et
pouvant être transformées en images. La photographie et le traitement d'images
exigent des techniques spéciales, ainsi que des appareils et logiciels adaptés.
2.
Les prises de vues aériennes
Les photos aériennes destinées aux applications photogrammétriques ont des
caractéristiques spécifiques : elles contiennent beaucoup d'informations (plus de
100 mégapixels), elles sont très correctes sur le plan métrique et leur géométrie
est matérialisée dans la marge extérieure par des repères et des informations
supplémentaires. La manière dont les photos sont prises est aussi particulière :
les photos consécutives se recouvrent à 60% dans le sens du vol et les
différentes bandes des photos se recouvrent également.
En orientant les photos deux par deux dans des appareils conçus à cet effet, on
peut grâce à ce recouvrement faire des observations et des mesures
stéréoscopiques de chaque endroit au sol.
Pour la production de base de l'IGN, les prises de vues sont réalisées à une
altitude de quelque 3.200m. Les images obtenues à l'aide d'un objectif standard,
avec une focale de 152mm, ont une échelle de 1:21 000. Plus l'échelle est petite,
moins grande sera la précision des levés photogrammétriques ; d'autre part, si on
multiplie l'échelle par deux, par exemple, il faudra photographier et traiter quatre
fois plus d'images pour couvrir la même superficie. L'échelle choisie est donc un
compromis entre coût et précision. Pour certaines applications, on vole à une
altitude supérieure à 8.000m, pour d'autres à peine à 600m.
L'IGN utilise pour ses applications des photos couleur numériques. En Belgique, il
est de toute façon difficile de prendre des photos aériennes dans de bonnes
conditions. Souvent, les conditions atmosphériques ne le permettent pas et
plusieurs conditions supplémentaires doivent être remplies (pas de feuilles aux
arbres, pas d'ombres trop longues...).
Les photos de l'IGN sont réalisées par des entreprises privées.
Évolution du centre-ville de Genk sur des photos aériennes prises de 1950 à
1999:
1950
1970
1977
1986
1999
3.
L'aérotriangulation
Afin de pouvoir exécuter des levés à partir d'un modèle stéréoscopique, il faut
connaître la relation exacte entre les coordonnées dans l'appareil et les
coordonnées réelles.
Certains appareils permettent de connaître cette relation si les coordonnées
exactes et les angles de la caméra sont connus au moment de la prise de vues.
La technique de l'aérotriangulation consiste à calculer les coordonnées xyz réelles
de tous les points, ainsi que les positions des points de prise de vue, à partir de
mesures de points communs à plusieurs photos et de mesures de points dont les
coordonnées sont connues. Ainsi, toutes les photos aériennes que l'on veut
utiliser dans un projet sont traitées en un seul bloc d'aérotriangulation.
Les points d'appui du bloc qui sont nécessaires à cet effet sont généralement
préparés par les services de la Géodésie. De plus en plus, on utilise également
des levés GPS pendant la prise de vues, afin de les intégrer dans le calcul du
bloc.
Depuis quelques années, on applique aussi de plus en plus la technique de
l'aérotriangulation automatique qui sélectionne automatiquement et mesure un
grand nombre de raccords entre photos.
4.
Le complètement
Afin de disposer, lors de la restitution aérophotogrammétrique, de suffisamment
d'informations fiables sur tous les types d'objets, toutes ces données étaient
collectées préalablement sur le terrain puis notées sur des agrandissements de
photos. Ces informations concernaient tant des objets invisibles sur les photos
(par exemple, une borne kilométrique) que des objets dont l'interprétation peut
poser des problèmes (par exemple, la fonction d'un bâtiment). Les informations
relatives au réseau routier faisaient l'objet d'une reconnaissance particulière du
terrain.
Aujourd'hui, ces informations sont complétées après restitution à l'aide de pen
computers : les valeurs d'attributs des différents objets sont complétées sur le
terrain.
Photo complétée:
5.
La restitution photogrammétrique
La restitution photogrammétrique combine systématiquement deux images qui ont
été photographiées depuis différents points. Chaque œil observe une autre image
et, si les images sont bien orientées dans l'appareil, on obtient une vue en trois
dimensions. Cela facilite l'identification et l'interprétation de certains objets (les
bâtiments, par exemple).
Pour le levé proprement dit, on utilise une marque flottante qu'on met en contact
avec le point à mesurer. L'appareil transforme les coordonnées xy du point
apparaissant sur la photo de gauche et sur celle de droite en coordonnées xyz du
point qui serait mesuré en trois dimensions sur le terrain. Finalement, ces
coordonnées xyz sont enregistrées et traitées à l'aide de logiciels graphiques.
Des appareils très modernes intègrent les éléments mesurés en trois dimensions
dans l'image stéréoscopique, avec les deux photos aériennes. L'avantage des
levés photogrammétriques est leur rapidité. On se déplace très vite d'un point à
un autre et l'enregistrement se fait directement. Il est possible d'effectuer les
mesures sans rencontrer des problèmes d'accessibilité sur le terrain. Ces levés
dépendent cependant de la possibilité de prendre des photos aériennes
(conditions atmosphériques) et ont aussi des contraintes dues au fait que tout
n'est pas visible sur une photo aérienne.
Combinaison de données photogrammétriques avec un plan cadastral:
6.
Applications spéciales
Orthophotos
Les orthophotos sont des images qui sont entièrement recalculées en fonction de
la position de la caméra au moment de la prise de vues et en fonction du relief.
Normalement, la position est obtenue par le calcul d'une aérotriangulation (voir "
La photogrammétrie "), tandis que le relief doit être décrit à l'aide d'un modèle
numérique de terrain (voir également " La photogrammétrie ").
Calcul d'une orthophoto numérique :
Plusieurs orthophotos sont assemblées en une mosaïque photographique et
ensuite découpées en images couvrant exactement 2km x 2km. Pour ses
orthophotos, l'IGN réalise des prises de vue aériennes à petite échelle. Le résultat
final a une résolution au sol de 50 cm, de telle sorte que chaque image est
composée de 16 millions de pixels. Ces images sont en format TIFF et sont
orientées dans le système de coordonnées de Lambert. Chaque année, on
photographie environ 33% du territoire belge et on réalise à partir de ces photos
des orthophotos. Bien que pour les levés exigeants elles ne puissent remplacer la
stéréorestitution, les orthophotos sont très utiles pour beaucoup d'applications.
Elles sont faciles à utiliser et, si l'on dispose du logiciel approprié, on peut les
combiner avec des données vectorielles.
Modèles numériques de terrain, courbes de niveau et autres applications
Auparavant, on traçait les courbes de niveau directement dans le modèle
stéréoscopique. Pendant qu'on traçait la courbe de niveau, on fixait la marque
flottante à une altitude déterminée et on la maintenait en contact avec le sol.
Actuellement, on calcule les courbes de niveau généralement en utilisant un
modèle numérique de terrain (ou modèle numérique d'élévation).
Ce modèle est un fichier qui, utilisé dans un logiciel spécifique, donne une
description du relief dans une zone déterminée. Il peut être établi à partir de
mesures photogrammétriques de points et de lignes, à partir de courbes de
niveau numérisées, à partir de levés sur le terrain ou à l'aide de mesures laser à
partir d'un avion (ou éventuellement d'un radar).
Points : une hauteur Z pour chaque position (x,y)
Restitution :
•
Modèle TIN /Triangulated Irregular Network = réseau triangulé irrégulier
(points reliés par des triangles)
•
Modèle matriciel : réseau de points régulier constitué de points et de lignes
(lignes de discontinuité, par ex. le sommet d'un talus, et lignes marquant le
relief, par ex. lit de rivière)
Outre le calcul de courbes de niveau, beaucoup d'autres applications utilisent des
modèles de terrain : études de pentes, études d'intervisibilité, calcul de volumes,
ou calcul d'orthophotos et de profils.
Travaux à grande échelle
Pour certaines applications, on utilise des photos aériennes à grande échelle,
donc prises à plus basse altitude, afin d'obtenir une plus grande précision. Pour
les aéroports belges, l'IGN a ainsi réalisé plusieurs études sur les obstacles à la
navigation aérienne, ainsi que des plans détaillés pour l'atterrissage et le
décollage des avions. Modèles urbains
Modèles urbains
On utilise de plus en plus des modèles urbains pour l'aménagement du territoire.
La représentation de la forme des toits et le calcul de la hauteur des murs sont
des applications photogrammétriques typiques. Ces applications peuvent être
combinées avec les données de modèles numériques de terrain ou avec d'autres
données. On peut aussi calculer des représentations tridimensionnelles à partir de
données standard.
Le modèle photogrammétrique stéréoscopique peut également être utilisé
directement pour certaines études. Ainsi, on peut par exemple étudier la
possibilité de raccorder deux bâtiments sans exécuter de véritables levés sur
place.
Institut géographique national
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