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 Abbaye de la Cambre 13 1000 BRUXELLES tél. : + 32 2 629 82 82 fax : + 32 2 629 82 83 e-mail : sales@ngi.be http ://www.ngi.be