LABORATOIRE 4 : PHOTOGRAPHIES AÉRIENNES ET CARTES TOPOGRAPHIQUES

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1 GEO1542 A-2015 LABORATOIRE 4 : PHOTOGRAPHIES AÉRIENNES ET CARTES TOPOGRAPHIQUES OBJECTIFS Initiation à l observation stéréoscopique d images; Caractéristiques des clichés photographiques; Stimuli visuels pour l interprétation d images; Comparaison des caractéristiques géométriques des photographies et des cartes topographiques et prise de mesures. MATÉRIEL FOURNI Série de cinq photos aériennes N&B au 1/ (#49 à #53) numérotées 3 à 7 Une paire stéréoscopique de photos aériennes N&B au 1/ (#82 et #83) numérotées 8 et 9 Une paire stéréoscopique de photos infrarouge couleur numérotées 10 et 11 Une photo couleur Trois extraits de cartes topographiques EXERCICE DE VISION STÉRÉOSCOPIQUE (STÉRÉOSCOPE À MIROIRS) A. Définissez sur les deux photos #49 et #50 un seul objet (exemple : un sommet) et placez votre index sur chaque photo sur l objet choisi B. Déplacez vos index avec les photos jusqu à ce que les deux index se fusionnent en un via les lentilles du stéréoscope (sans les binoculaires). Vous avez maintenant une orientation approximative de votre stéréopaire C. Déplacez et tournez légèrement la photo de droite, de sorte que tous les points homologues autour de votre point initialement choisi soient «confondus». D. Installez maintenant les binoculaires et répétez l exercice. Il vous faut écarter un peu plus les photos à cause du changement du champ visuel. (Remarque : n oubliez pas que le relief paraît exagéré) Répétez cet exercice avec les photos infrarouge couleur. 1. PARAMÈTRES D ACQUISITION 1. Relevez les paramètres de prise de vue pour la série de photos N&B 1/ et 1/ incluant : Dimensions du cliché en mm La longueur focale de la caméra (en mm) L altitude de vol (en m) L heure de prise de vue (ex. 14h30) La verticalité des photos Combien de marques fiducielles sont visibles 2. Évaluer le recouvrement (en %) entre Photo #49 et Photo #50 3. Quelle était la base aérienne entre ces photos (en m)? 1

2 Mode de calcul 1 Utilisez les marques fiducielles pour localiser le centre de chacune des photos (traçage sur acétate) Localisez l homologue du centre de l autre photo sur chacune des photos Mesurez les deux distances et prendre la moyenne comme la base sur les photos Utilisez l échelle pour traduire cette distance sur les photos en distance réelle Mode de calcul 2 Pensez une solution en termes de % de recouvrement, de la taille du cliché et de l échelle des photos 4. Est-ce que les résultats selon les modes de calcul sont très différents? Commentez 5. Calculez l exagération verticale de vos stéréophotos #49 et #50 (au 1:15 000) en prenant comme hauteur de vol (H ) les 2300 m et comme base aérienne (b) celle estimée au point 3 ci-dessus. La formule de calcul est : EV = b H h b e avec h=distance du stéréomodèle des yeux =46 cm environ, et be = distance entre les yeux = 6,5 cm environ 6. Sur la carte topographique au 1 : (LAVAL) nous avons mesuré la distance entre les points A (stade CEPSUM) et B (sommet le plus proche du Mont-Royal) qui était de l ordre de 1,2 cm. Selon la carte, le sommet est à 218 m tandis que nous avons évalué, par les courbes de niveau, l altitude du stade à 120 m environ. De combien de fois la pente du terrain entre A et B paraîtra plus grande à l examen stéréoscopique selon l exagération verticale trouvée au point 5. Attention : extraits pas à l échelle 2. CONDITIONS D ACQUISITION, OMGRES ET RÉFLEXIONS 1. À quel moment de l année ont été prises les photos couleurs de Montréal (normales et fausses)? Suggestion : vérifiez la coloration de la végétation 2. Les photos au 1 : de Montréal ont été prises vers les 8h le matin. L orientation des lignes de vol (comparaison avec les cartes) a été environ Est-Ouest. Qu est ce qui explique l orientation des ombres portées au sol par les édifices dans la direction Est - Ouest? 3. Les photos au 1 : de Montréal ont été prises vers les 3h p.m. L orientation des lignes de vol (comparaison avec les cartes) a été environ Est-Ouest. Qu est ce qui explique l orientation des ombres portées au sol par les édifices dans la direction Sud-Est Nord-Ouest? 4. Pour les photos couleurs (normales ou fausses) nous ne connaissons pas l heure de prise de vue. Selon l orientation des lignes de vol et vos observations aux ponts 2 et 3 pouvez-vous l estimer approximativement? 5. Quelle est l origine de la tache très brillante au bas de la photo couleur de Montréal et à droite. Est-ce que la tache brillante à l extrémité de la photo #49 a la même origine? Le cas échéant pourquoi dans le cas de la photo couleur elle est située dans la direction sud-est par 2

3 rapport à son centre et sur la photo #49 à l est de son point central? Suggestion : revoir les questions 2 et Sur la photo couleur la tache brillante apparaît blanche. Qu est-ce qu on peut conclure sur la quantité du rayonnement solaire réfléchi (en termes d équivalence) sur les trois bandes spectrales de sensibilité du film couleur (bleu, vert et rouge)? 3. RECONNAISSANCE DES OBJETS SUR LES PHOTOS 1. Sur la reproduction de la P.A #82 (1:40 000) ci-dessous on a indiqué par les lettres A à H une série d objets que nous vous demandons d identifier en se servant principalement du couple stéréoscopique des P.A #82 et #83 (1:40 000) : Qu est-ce qu on peut distinguer à l intérieur des parcelles de terrain qu on retrouve à A et B? De là est-ce qu on peut se prononcer sur l usage (fonction) de ces parcelles? À quoi correspondent les tracés curvilignes C et D? Expliquez leurs différences de teintes (Consultez votre photo couleur; pensez toujours en termes de la brillance de la couleur vs. type de matériau de surface). Les objets E et F présentent tous deux une teinte foncée. De quoi s agit-il? Décrire leur forme et leur site environnant. Confirmez ou infirmez votre interprétation en fonction des autres photos disponibles (dites lesquelles ont été les plus utiles)? Que retrouve-t-on aux points G et H? Pouvez-vous se prononcer sur le type de matériau de leur surface? Localisez-les sur la Photo infrarouge couleur #7851. Que remarquez-vous de particulier et expliquez pourquoi il en est ainsi? 2. Au centre du Mont Royal on distingue un pattern de parcelles de terrain rectangulaire. S agit-il des champs agricoles? Consultez aussi vos photos 1 : en stéréoscopie. Ils vous feront découvrir des petits objets caractéristiques d une fonction de ce terrain autre que l agriculture 3. Comment distingue-t-on le centre-ville par opposition aux autres secteurs? Décrivez les stimuli visuels qui vous permettent de faire cette distinction (sans ou avec l usage du stéréoscope) 3

4 4. Si l on observe autour du Mont Royal on perçoit différentes textures/patterns créés par la répétition des édifices et leur densité. Certains quartiers résidentiels (petits édifices) se distinguent des autres par une texture plus foncée, comme celui à gauche et un peu vers le nord-ouest du Mont Royal (Ville Mont-Royal). Qu est-ce qu il est à l origine de cette texture plus foncée? Consultez aussi vos photos au 1 : ou mieux encore vos photos infrarouge-couleur. Quelles conclusions pouvons-nous tirez de cet examen des photos sur leur utilité pour les études visant à connaître la qualité de l environnement physique des quartiers? 4. RECONNAISSANCE DES OBJETS SUR LES CARTES Sur l extrait LAVAL, que retrouve-t-on aux coordonnées géographiques suivantes : A-73º33 07 O, 45º33 28 N B-73º37 12 O, 45º31 12 N Sur l extrait OUTREMONT que retrouve-t-on aux coordonnées UTM suivantes : C E, N D E, N 5. MESURES CARTES TOPOGRAPHIQUES VS PHOTOS AÉRIENNES ÉCHELLE CARTE TOPOGRAPHIQUE Échelle constante peu importe le relief topographique L échelle de l extrait de la carte LAVAL est indiquée (1 : ) mais pas celle de l extrait de la carte OUTREMONT. Quelle est l échelle de cet extrait? A- À l aide de l extrait LAVAL, estimez la longueur (en kilomètres) de la rue Saint-Denis entre les rues Saint-Joseph et Sherbrooke. B- Maintenant, avec la longueur de la rue Saint- Denis connue, trouvez l échelle de l extrait OUTREMONT. #50 #49 PHOTO AÉRIENNE Échelle variable selon le relief topographique Recalculez l échelle des photos (#49 et #50) en se servant des paramètres trouvés à la section 1 en ignorant l altitude moyenne du terrain (voir aide-mémoire pour la formule de calcul) Recalculez l échelle des photos en introduisant l altitude moyenne du terrain pour la photo no.4 en se fiant sur l extrait de la carte OUTREMONT : a. Tracez approximativement les limites de la photo sur un acétate apposé sur la carte. Attention la partie inférieure de la photo n est pas représentée sur la carte. Voir exemple ci-contre. b. Évaluez l altitude moyenne par photo. N oubliez pas que les altitudes sont données en pieds; pour les transformer en mètres 1 pied = 0,305 mètres c. Utilisez la longueur focale, l altitude de vol, et l altitude moyenne pour calculer l échelle moyenne de cette photo. Est-ce qu il y a des différences par rapport à l échelle inscrite sur la photo? Commentez. Estimez à l œil l échelle des photos infrarouges couleurs en les comparants aux différents documents disponibles (cartes et photos) 4

5 CARTE TOPOGRAPHIQUE Information sur les coordonnées disponible LOCALISATION PHOTO AÉRIENNE Absence d indication sur les coordonnées Quelles sont les coordonnées géographiques (approximatives) du centre de l extrait LAVAL et de celui de l extrait OUTREMONT En vous référant à l extrait OUTREMONT, localisez par leurs coordonnées UTM (Est, Nord) : A- Le pavillon du département de géographie de l'université de Montréal B- L intersection des boulevards Papineau et Saint-Joseph DISTANCES-LONGUEURS CARTE TOPOGRAPHIQUE mesures indépendantes de la position sur la carte En utilisant les coordonnées UTM du département de géographie et de l intersection Papineau/Saint-Joseph définies à la question précédente, trouvez leur distance directe (en km). Calculez la longueur de l avenue du Parc entre l'avenue Mont-Royal et l'avenue des Pins (milieu de l'échangeur) sur l extrait LAVAL. Comparez la longueur trouvée à celles sur les photos. Commentez ORIENTATIONS CARTE TOPOGRAPHIQUE estimation possible par rapport aux Nord géographique, magnétique et de la grille UTM PHOTO AÉRIENNE mesures variables si terrain à relief variable À l aide de l extrait de la carte topographique LAVAL, localisez l avenue du Parc. Calculez sa longueur entre l'avenue Mont-Royal et l'avenue des Pins (milieu de l'échangeur) en utilisant : A- La P.A #51 (1 :15 000) B- La P.A #82 (1 :40 000). PHOTO AÉRIENNE estimation possible si comparée à une carte topographique Quelle est l orientation (approximative) de l autoroute 20 par rapport à la grille UTM sur l extrait BELOEIL (direction vers Montréal) Quelle est l orientation (approximative) de l autoroute 19 par rapport à la grille UTM sur l extrait LAVAL (direction vers le fleuve Saint-Laurent) SUPERFICIES Calculez la superficie du Parc Lafontaine au sol (en km 2 ) à l aide de : a) L extrait LAVAL et b) L extrait OUTREMONT. Est-ce que vos calculs aboutissent à des valeurs différentes? Le cas échéant, comment peut-on expliquer cette différence. Pour vos calculs supposez que le parc a une forme d un trapèze. Superficie d un trapèze : Grande base Petite Base Hauteur 2 Calculez la superficie du Parc Lafontaine au sol (en km 2 ) à l aide de la photo #82 (1/40000). Comparez-la à celle trouvée par les cartes topographiques. Commentez. 5

6 ALTITUDES DU TERRAIN CARTE TOPOGRAPHIQUE estimation via les courbes de niveau (courbes hypsométriques) PHOTO AÉRIENNE Aucune indication sur l altitude du terrain Trouver l altitude du terrain (en mètres) où est situé le département de géographie de l U. de M. sur l extrait OUTREMONT CARTE TOPOGRAPHIQUE pas d indication, sauf exception, de la hauteur des objets élevés Calculs en monoscopie seulement HAUTEURS DES OBJETS PHOTO AÉRIENNE Estimation possible en monoscopie et bien sûr en stéréoscopie À l aide de la photo #49 calculez la hauteur de la tour Ville-Marie ( E; N) par la méthode d ombres en sachant que la hauteur de la maison Radio Canada ( E; N) mesure exactement 105 m. (Appliquez le principe que les rapports des hauteurs des deux objets est égal au rapport des longueurs de leur ombre respective) À l aide de la photo #49 calculez la hauteur de la tour Ville-Marie ( E; N) par la méthode du déplacement radial A. Trouvez la hauteur de vol en utilisant l altitude du sol au voisinage de la tour Ville-Marie estimée d après la carte topographique. B. Trouvez le centre de la photo #49. C. Mesurez sur la photo les longueurs nécessaires pour appliquer la formule de calcul (voir aidemémoire) La tour Ville Marie mesure 188 m. Comparez vos résultats. Parmi les deux méthodes précédentes laquelle donne un résultat plus exact? 6

7 AIDE MÉMOIRE ÉLEMENTS D UN CLICHÉ PHOTOGRAPHIQUE STANDARD Niveau à bulle Horloge Altimètre.. ex.1 Altimètre Niveau à bulle Horloge Numéro de la caméra Longueur focale ex Quelle était la verticalité de la photo? Nous avons une bonne idée en se référant au niveau à bulle. Dans les deux exemples on constate que la bulle est bien centrée. Ceci veut dire que le plan de la photo est parfaitement horizontal. Chaque cercle du niveau signifie 1 degré d inclinaison. Pour les travaux de précision, les plates-formes sont munies d une unité dite IMU (gyroscopes) qui permet la prise de mesures des angles d inclinaison de la caméra. 2. Quelle était l altitude de vol? Ex. 1 : Environ 1200 m Ex. 2 : Environ 550 m La valeur indiquée peut être cependant en erreur jusqu à 2%, et on ne peut pas s y fier si des mesures de précision sont à faire avec les clichés comme dans les opérations photogrammétriques. 3. À quel moment la photo était prise? Dans l ex. 1 l horloge analogique montre midi et quart; dans l ex. 2 l horloge numérique montre presque quatre heures moins vingt. 4. Quelle était la longueur focale de la caméra? Dans l exemple nous pouvons lire Marques fiducielles. Tous les clichés fournissent quatre marques aux quatre côtés de la photo et au centre. Ces marques servent à définir le centre de la photo, un point important dans les calculs photogrammétriques. Les clichés pris avec des caméras modernes en fournissent quatre autres placés aux quatre coins de la photo. 7

8 FORMULES Calcul de l échelle Échelle = Où H 1 h f avion H avion = altitude de vol h = altitude du terrain f = distance focale Déplacement radial d h H r S h = hauteur de l édifice (en m) H = hauteur de vol (en m) d = distance entre la base de l édifice et son sommet mesurée sur la photo r s = distance entre le centre de l image et le sommet de l édifice mesurée sur la photo 8

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