Master SIG. de Terrain

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1 Master SIG Modèles Numériques de Terrain version Modèles Numériques Cours MNTde Terrain page 1

2 Table des matières Définition et représentation des MNTs Génération des MNTs Données altimétriques disponibles Les référentiels verticaux Applications des MNTs Logiciels de visualisation et de traitement des MNTs Références version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page

3 Définition et représentation des MNTs Grilles, courbes de niveaux et TIN Passage entre les représentations Résolution planimétrique et résolution altimétrique Les référentiels verticaux (géoïdes et ellipsoïdes) Rendus: estompage, LUT verticale, vue anaglyphe, vues 3D version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 3 retour menu

4 Définition et représentation des MNTs Données maillées, courbes de niveau et TIN représentation maillée (grille, matrice, raster) courbes de niveau (intervalle de 100 m) TIN (Triangular Irregular Network) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 4

5 Modèles Numériques de Terrain Représentations Niveaux de gris Courbes de niveau Estompage et LUT altimétrique Vue perspective Vue anaglyphe Courbes de niveau 00 m (rouge) et intercalaires 100 m (gris) LUT «altimetry» + ombrage =0.4 LUT «altimetry» + ombrage =0. SRTM Caracas (Venezuela) Niveaux de gris LUT «altimetry» version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 5 x / 3-1 4

6 LUT altimétrique version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 6

7 Estompage (ombrage) Le Mont Ventoux, France illumination NO illumination NE illumination SE version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 7

8 x SRTM Caracas (Venezuela) Ombrage directionnel version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 8

9 Estompage (ombrage) Université de Marne-la-Vallée version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 9

10 Estompage (ombrage) Différentes teintes hypsométriques Charte IGN Semio 666 (CMJ) «IGN Magazine» de mai-juin 009 page 5 Charte NASA Dérivé de la charte IGN Logiciel TNT (courtoisie TTI) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 10

11 Charte NASA par paliers Université de Marne-la-Vallée NASA ORNL DAAC - Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) Near-global Digital Elevation Models (DEMs) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 11

12 Modèles Numériques de Terrain Représentations Niveaux de gris Courbes de niveau Ombrage et LUT altimétrique Vue perspective Vue anaglyphe Vue 3D de l'image HRS drapée sur le SPOT DEM sur la Mer Morte Vue perspective du Canal de Panama Ouest de la péninsule du Kamchatka (Russie) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 1

13 Intervalle des courbes de niveau intervalle de 100 mètres intervalle de 500 mètres intervalle de 100 mètres (rouge) 500 mètres (bleu) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 13

14 Génération des MNTs Stéréoscopie (points homologues, disparités, corrélation) Altimétrie laser (LIDAR) Altimétrie Radar Interférométrie Bathymétrie sonar «Analyse des bleus» Interpolation des valeurs altimétriques Contrôle qualité des MNTs version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 14 retour menu

15 LIDAR Technique (1) Laser scanning = 3 technologies + 1 vecteur - Laser scanner system : laser pulsé (mesure des distances) et miroir rotatif (fournit le balayage transversal) - GPS : 1 récepteur embarqué (fournit la position du système) + 1 récepteur au sol (permet d améliorer les positions, erreur < 15cm) = DGPS «differential GPS» - INS : centrale inertielle (fournit les attitudes du système) - Vecteur : avion ou hélicoptère (fournit le balayage longitudinal) Systèmes actuels > impulsions/sec. (00 khz) Avion (limite à m/s) densité de 5 a 10 points/m Hélicoptère densités > 10 points/m Acquisition d une emprise par bandes de vol parallèles se recouvrant Acquisition sur le bassin de la Scarpe (Nord Pas-de-Calais) Courtoisie Aerodata 009 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 15

16 LIDAR Technique () Mesure On mesure des distances par la mesure des temps de retour des échos renvoyés par les objets. Pour une impulsion plusieurs possibilités: - simple écho (écho unique) sur objets sans relief (ex. sol) - échos élargis sur objets avec relief (pentes) - multiple échos sur objets a forte verticalité (arbres, façades) Spécificités sur certains objets, selon leur réflectivité et leur état de surface (ex. eau, toitures). On mesure aussi la réflectivité des objets (intensité). Traitements Avant exploitation les données subissent des traitements importants : - restitution géométrique, ajustement entre bandes de vol, transformations cartographiques - utilisation d outils spécifiques pour travailler en mode nuage de points - traitements de classification pour isoler les différents thèmes d intérêt (sol, sursol, bâti, végétation...) - génération de produits dérivés, par exemple MNT, contours, bâti 3D... Courtoisie Aerodata 009 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 16

17 LIDAR Résultats (1) Extraits du MNS produit dans le bassin de la Scarpe (Nord Pas-de-Calais) Courtoisie Aerodata 009 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 17

18 LIDAR Résultats () Extraits du MNS produit dans le bassin de la Scarpe Visualisation dans «MARS Explorer» Courtoisie Aerodata 009 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 18

19 LIDAR Résultats () visible Modèle Numérique d Elévation (sommet de la végétation) Modèle Numérique de Terrain (sols) proche infrarouge Site gaulois de recherche archéologique de Bibracte version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 19

20 Données altimétriques disponibles Historique, données sensibles MNT SPOT, Référence 3D MNT ASTER MNT ALOS GeoTopo Analyse et traitements de SRTM La mission Format des données Analyse qualité des données Le «bouchage des trous» ASTER GDEM MNTs dans les globes virtuels version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 0 retour menu

21 DTED - «Digital Terrain Elevation Data» Nomenclature proposée par la NIMA (National Imagery and Mapping Agency) puis reprise par la NGA (National Geospatial-Intelligence Agency) DTED pas d échantillonnage géographique distance au sol à l équateur cellule échantillons par cellule DTED km 5 x x 600 DTED m 1 x x 100 DTED m 1 x x 3600 DTED-3 0,3333 ( 1/3 ) 10 m 5 x x 900 DTED-4 0,1111 ( 1/9 ) 3 m 1 x x 540 DTED-5 0,0370 ( 1/7 ) 1 m 30 x x 810 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 1

22 SRTM Description Lancement 11 février 000 Mission Couverture Données Défauts Produits CRS 10 jours 80% des terres émergées ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/ ftp://ftp.glcf.umiacs.umd.edu/glcf/srtm/ Quelques trous en particulier sur les crêtes 1 arc (environ 30 m à l équateur) - US 3 arc (environ 90 m) reste du monde horizontale : WPS84 verticale : EGM96??? 60 m 60 N 54 S version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page

23 SRTM Défauts Plan de position des scènes SPOT à orthorectifier sur la zone Trous de valeur (rouge) dans le SRTM à l ouest de l Afghanistan version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 3

24 SRTM Correction par SRTM30 SRTM30 (30 arc 900 m à l équateur) vue en pseudo-couleurs Trous bouchés par SRTM30 Vue estompée version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 4

25 Université de Marne-la-Vallée Correction par SRTM30 (suite) MNT Yemen Trous bouchés par SRTM30 Vues estompées avant et après bouchage. version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 5

26 ASTER GDEM Description Université de Marne-la-Vallée Lancement Terra (NASA) lancé en décembre 1999 Mission environ 8 années d observation couples stéréo Instrument Couverture 83 N 83 S Données Produits CRS Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) construit par le METI (Japon) Stéréo sur bande 3 ( m), vue NADIR 3N et arrière 3B angle de visée =7,6 angle d incidence =30,97 B/H 0,6 Ministry of Economy, Trade, and Industry (METI) of Japan NASA s Land Processes Distributed Active Archive Center (LP DAAC) V1: 600 tuiles 1 x1 GeoTIFF géographique WGS84 / EGM x3601 pixels à 1 arc (environ 30 m à l équateur) horizontale : WPS84 verticale : EGM96 Précision horizontale : 30 m à 95% verticale : 0 m à 95% Doc. de référence SR-MNT-COURS_ASTER_GDEM_README.pdf version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 6

27 Université de Marne-la-Vallée ASTER GDEM Comparaison avec SRTM SRTM SR-MNT-COURS/everest_srt_dem_lrg.jpg version 1.6 ASTER GDEM SR-MNT-COURS/everest_ast_dem_lrg.jpg Modèles Numériques de Terrain page 7

28 Les référentiels verticaux Référence à une des représentations du géoïde Référence à un des ellipsoïdes Passage WGS84 EGM96 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 8 retour menu

29 Surface topographique Géoïde - Ellipsoïde surface topographique (MNT) géoïde autre ellipsoïde ellipsoïde ITRF h ITRF h g h e version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 9

30 Paramètres de l ellipsoïde distance aux foyers demi distance focale OM FM a c a b excentricité c a 1 b a e aplatissement f a b a 1 f a a b M demi petit axe (b) F 0 demi distance focale (c) demi grand axe (a) Approximation locale du géoïde version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 30

31 WGS84 World Geodetic System 1984 Semi-major axis (a) Semi-minor axis (b) Inverse flattening m m Z WGS84 Y WGS84 X WGS version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 31

32 Géoïde Géoïde mesuré par le satellite CHAMP Géoïde mesuré par le satellite CHAMP (gauche) et CHAMP combiné avec GRACE (droite) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 3

33 EGM96 Auteur: Sources: Résolution: Précision: Site référence: NGA + NASA/GSFC mixte 15 arc RMSE <??? cm avitymod/egm96/egm96.html SR-MNT-COURS\010051_Geoid_EGM96\geoid_egm96.jar version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 33

34 EGM008 Auteur: Sources: Résolution: Précision: Site référence: NGA + IAG / IGFS mixte 5 arc RMSE < 7.1 cm avitymod/egm008/index.html version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 34

35 Applications des MNTs Géomorphométrie Modélisation locale des surface Pentes et expositions Courbures horizontales et verticales Extraction de réseaux hydrographiques et bassins versants Géologie structurale Support à l orthorectification des données optiques et Radar Gestion des risques (inondations, glissements de terrain ) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 35 retour menu

36 Géomorphométrie Pentes et azimuts (expositions) référentiel image O Y dx h i 1, j h GSD i 1, j X h -1,-1 h -1,0 h -1,+1 dy h i, j 1 h GSD i, j Y 1 h 0,-1 h 0,0 h 0,+1 h +1,-1 h +1,0 h +1,+1 p dx dy X azimuth 180 tan 1 dy dx version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 36

37 verticale ascendante (Nord) azimut vecteur pente pentes azimut azimut version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 37

38 Influence d un filtrage passe-bas (mean 7x7) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 38

39 version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 39 Courbures horizontales verticales tangentielles , 1 1, 1 1, 1 1, 1,, 1, 1,, 1, 1, 1, 1, 1, p q dy dx p GSD GSD h h h h dxy GSD h h h dyy GSD h h h dxx GSD h h dy GSD h h dx Y X j i j i j i j i Y j i j i j i X j i j i j i Y j i j i X j i j i q p dx dyy dy dx dxy dy dxx K q q p dy dyy dy dx dxy dx dxx K p p dx dyy dy dx dxy dy dxx K t v h

40 courbure horizontale courbure verticale courbure tangentielle version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 40

41 Courbure horizontale courbure horizontale (image entière) courbure horizontale (zoom) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 41

42 Courbure verticale surfaces concaves courbure positive surfaces convexes courbure positive version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 4

43 Modèles Numériques de Terrain Produits dérivés Réseau hydrographique Réseau hydrographique extrait de SRTM Bassins versants extraits du MNT SRTM Zone «Madre de Dios» (SO Amazonie) version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 43

44 Logiciels de visualisation et de traitement des MNTs ArcGIS Surfer 3DEM RiverTools TNTmips version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 44 retour menu

45 Références Liens Bibliographie version 1.6 Modèles Numériques de Terrain page 45 retour menu