Génération de MNT par photogrammétrie aérienne de petit format : application au versant instable de Super-Sauze

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Domaine: Sciences de l'Homme et Société, Sciences de l'ingénieur, Informatique
La multiplicité des techniques d'acquisition d'information géométrique
à la disposition du géomorphologue, leurs complexités et exigences spécifiques
mènent à des choix et des compromis. Nous présentons des résultats obtenus
sur le glissement-coulée de Super-Sauze (bassin de Barcelonnette, Alpes-de-Haute-
Provence, France). La méthodologie des photographies à basse altitude est le fruit
d'un compromis jugé satisfaisant entre coût, précision et lourdeur de mise en
oeuvre. Les moyens choisis sont suffisamment légers pour permettre des temps
de réponse rapides face à des événements soudains, les outils et méthodes de
traitement assez performants pour rivaliser avec les techniques de saisie directe
sur le terrain. Le résultat final obtenu est évalué à une précision sub-métrique.

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Revue XYZ • N°87
La multiplicité des techniques d’acquisition d’information géométriqueà la disposition du géomorphologue, leurs complexités et exigences spécifiquesmènent à des choix et des compromis. Nous présentons des résultats obtenussur le glissement-coulée de Super-Sauze (bassin de Barcelonnette, Alpes-de-Haute-Provence, France). La méthodologie des photographies à basse altitude est le fruitd’un compromis jugé satisfaisant entre coût, précision et lourdeur de mise enoeuvre. Les moyens choisis sont suffisamment légers pour permettre des tempsde réponse rapides face à des événements soudains, les outils et méthodes detraitement assez performants pour rivaliser avec les techniques de saisie directesur le terrain. Le résultat final obtenu est évalué à une précision sub-métrique.
Abstract:Because acquisition techniques ofgeometrical information on threedimensional objects are numerous,geomorphologist have to make choicesand compromises, regarding their specificcomplexity and requirement. This articlepresents the results from a projectconducted on the Super-Sauze earthflow(Alpes-de-Haute-Provence, southeasternFrance). The low altitude aerial photosmethodology comes out a satisfyingcompromise between cost, accuracy anddifficulty of implementation. The selectedmeans are light enough to enable a highreactivity to unexpected events, tools andmethods reliable enough to concurrenceon field acquisition techniques. The finalresult is evaluated with a sub-metricaccuracy.
Mots-clés :MNT ; photogrammétrie numérique ;caméra petit format semi-métrique ; modélisationde terrain ; glissement-couléeKey-words :DEM ; automated digital photogram-metry ; small-format semi-metric camera ; terrainmodelling; earthflow.
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Photogrammétrie
ammétriemat:apprapohotrgaSzueplicationSuper-
J.-B. Henry1*, P. Grussenmeyer1,J.-P. Malet2et O. Maquaire2
1LaboratoiredEtudesetdeRechercheenGénieCivildeStrasbourg(LERGEC),EquipePhotogrammétrieetGéomatique,EcoleNationaleSupérieuredesArtsetIndustriesdeStrasbourg(ENSAIS),24,boulevarddelaVictoire,F-67000Strasbourg,France.*ServiceRégionaldeTraitementdelImageetdeTélédétection(SERTIT),PôleAPI,BoulevardS.Brandt,F-67400Illkirch-Graffenstaden,France.2CentredEtudesetdeRechercheEco-Géographiquse(CEREG),'FRE2399ULP-CNRS,3,ruedelArgonne,F-67083StrasbourgCedex,France.
Revue XYZ • N°8743
Photogrammétrie
Introduction et problématiquelSaelqounallietésoetbjleatrsé,soobljuetcitoifnsreetqécihellesdétlaudreespreétsseenltoan-urLes techniques de positionnement à différentes échelles u ses po de usdetempsetdespaceontconnudénormesprogrèsttieocndiurueelisef,legéomorpholoMguNeTd:itsapcohséeoméptlrieiceluarss-durantladernièredécennie,notammentdansledomai-siquhen,qGPS(peonurmdoédreivrearpiddeesstatiqueouenmodeciné-ne de la cartographie, de la représentation 3-D des pro- matique), interférométrie radar pour des échellescessus, ou des MNT réalisés par interférométrie radar supérieures au 1/10000e(Fruneauetal.,1996;(Fruneau etal., 1996 ; Mohr etal., 1998), par voie G.P.S. Mantovani etal., 1996), scannage laser aéroportéou par photogrammétrie numérique (Girault, 1992 ; (Lo to r trie numChandler,1999;WeberetHerrmann,2000).Cestech-ouahré,r1o9p9o8r)téoeu)àphdioffégreantmesmréésolutionésrieqtuéec(hteelrlrees.stLraeniques sont indispensables pour obtenir une représen- qualité du MNT dépendra d’informations topogra-tation conforme du relief. Cette donnée est indispen- phiques acquises avec une haute résolution. Cette der-sable à toute analyse, surveillance et modélisation quel- nière doit être distribuée de manière homogène surle que soit l’échelle d’étude considérée (Goudie, 1990 ; toute la zone d’étude et de qualité adaptée à l’échelleMcCullagh, 1998). Les nouvelles solutions sont de l’étude. Les ements rattrayantes,rapides,utilisablesdanstouttypedeconfi-psphaottioalgerammétrienumédriéqvueelofpopntdecetteétceecnhtsnidqeulea,guration morphologique et fournissent des données un outil de plus en plus utilisé, notamment en géo-aisément intégrables dans des Systèmes d’Information morphologie fluviale (Pyle etal., 1997), pour la quan-Géographique, à des résolutions allant de la dizaine de tification des volumes déplacés lors d’avalanche demètres au centimètre. neige (Ammann, 1999), pour le suivi cartographique deBeaucoup d’études morphologiques ou hydrologiques bassins versants et leurs analyses paysagères (Muxartrequièrentaujourdhuiuneinformation3-Ddétaillée,etal.,1988),enmodélisationhydrologique(Walkeretspatialisée et souvent à haute résolution, tout d’abord Willgoose, 1999), pour le suivi de l’évolution de mou-commeconditionsauxlimitesgéométriquesdemodé-2v0e0m0e),ntpsoduertlearrraeicno(nGsitriatuult,1992;WebereteHferertmann,lisation, ensuite comme outil d’analyse de certains pro- tion du micro-reli de lacessus morphologiques (quantification de volumes par rugosité de surface dans les études de ruissellement etexemple), enfin, comme un moyen simple de visualisa- d’érosion (Chandler, 1999), ou pour la quantification dution et de manipulation de l’information topographique. recul du trait de côte, la morphologie des plages, ou ledLeanMaNlyTseofsfrpeatailaolres.depuissantespotentialitésentermesuividuravinement.LaplupartdecesutilisationsdesMNT conduisent à des informations dérivées (carte des
Photogrammétrie
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courbes de niveaux, délimitation de zones hypsomé-triques, carte de pentes, d’ensoleillement, d’intervisibi-lité, limites de bassins versants) ou à la déterminationdes déplacements de surface d’un mouvement de ter-rain (Girault et Memier, 1997).Si les MNT sont souvent créés à partir des diversesbases de données altimétriques nationales (parexemple, la BDAlti en France) pour des études à l’échel-le régionale (en climatologie et hydrologie notamment),la résolution (75 m) et la précision obtenue (2.5 m en alti-tude) sont insuffisantes dans bien des cas, surtout enrégion de montagne. A l’échelle d’un bassin versant, lareconstitution photogrammétrique à partir de couplesde photographies (type IGN) au 1/30 000epermet d’at-teindre une précision d’environ 3 m en altimétrie et 1 men planimétrie. Améliorer la résolution spatiale et la pré-cision 3-D du modèle nécessite alors de disposer d’uncouple de photographies aériennes verticales, moyenou petit format, (50x60mm2, 24x36mm2...). Une premiè-re solution consiste à prendre ces photographies à par-tir d’un hélicoptère, à une échelle du 1/500eou moins,dont le coût d’acquisition peut être rédhibitoire (1 heurede vol coûte environ 1000 Euros). La solution peut alorsêtre de réaliser une mosaïque d’images, pour couvrirune zone large, et/ou du fait de l’utilisation d’appareilsphotographiques de petit format.Une seconde solution, moins onéreuse est de réaliserdes prises de vue à partir de petits avions ou hélico-ptères(drones)télécommandés(Tapponnieretal.,1999)qui permettent d’atteindre de petites parcelles inacces-sibles ou dangereuses pour des pilotes, à des altitudesde vol en dessous de 300 m. La restitution du relief, àpartir d’une chambre grand ou moyen format, est trèsfine : de l’ordre du décimètre. Ces avions télécomman-dés ont néanmoins l’inconvénient de devoir être pilotésà vue, et nécessite de disposer d’une piste d’envol platesituée également dans le champ de vision du «pilote»,configuration pas forcément facile à trouver en zone derelief, et qui n’offre pas la possibilité de réaliser demosaïquage sur plusieurs bandes. Les clichés ne peu-vent pour l’instant être pris avec recouvrement que surune seule bande ; la juxtaposition de plusieurs bandesparallèles est difficile à mettre en œuvre et nécessite unGPS sur le drone et des moyens de téléguidage évolués.Une troisième solution, intermédiaire, consiste à utiliserdes chambres de prises de vues de petit format et de réa-liser des photographies quasi-verticales à partir d’unavion de tourisme à ailes hautes généralement disponibledans les aéroclubs locaux. Au cours de la dernière décen-nie, plusieurs expériences de couverture aérienne petitformat (35 ou 70 mm) ont été tentées, de manière expéri-mentale (Graham et Read, 1984) ou opérationnelle.Généralement, un système précis de prise de vue de petitformat repose sur une caméra métrique (avec repères defond de chambre). Néanmoins, des chambres nonmétriques (sans repères de fond de chambre) peuventêtre utilisées en photogrammétrie, bien que leur orienta-tion interne soit complètement ou partiellement inconnueet/ou instable. Par rapport aux chambres métriques, cesdernières présentent les avantages suivants (Karara,1980) : souplesse dans le choix de la focale, possibilitéd’une chambre motorisée qui permet une succession
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rapide des prises de vue, taille et poids réduits, maniabi-lité qui les rend orientables dans toutes les directions, uti-lisation de films grand public (24x36 mm2), prix. Lesinconvénients sont notamment l’absence de repères defond de chambre (même s’ils peuvent être introduits dansla chambre), l’instabilité de l’orientation interne et les len-tilles qui sont généralement optimisées pour une hauterésolution au défaut d’une bonne qualité géométrique(d’où des distorsions souvent irrégulières).La précision d’un MNT est donc impossible à formaliseret ne peut être évaluée que globalement, en fonction duprocessus photogrammétrique utilisé pour le générer.Les paramètres qui jouent de façon importante sur cetteprécision sont : l’échelle et la résolution des photogra-phies, la densité des points de contrôle mesurés sur leterrain et la précision du positionnement, la répartitionde ces points en fonction du caractère plus ou moinsaccidenté du terrain (Kraus et Waldhaeusl, 1998). Cesfacteurs interdisent donc à l’utilisateur de considérer lesaltitudes comme «vraies» : il ne s’agit que d’un modèlede la réalité. Toute étude nécessite donc de définir aupréalable la précision recherchée, qui guidera le choixde la méthode photogrammétrique employée (ajuste-ment du ratio précision recherchée/coût de la mise enœuvre).L’objectif de cet article est de proposer la méthodologieemployée, en insistant notamment sur les différentesétapes et les points cruciaux de mise en œuvre, à partird’un appareil photographique classique de petit format,tenu à la main. Après avoir présenté les divers choixmatériel (chambre, objectif, films) qui s’offre au géo-morphologue et leur influence sur la qualité de la resti-tution photogrammétrique, nous présenterons le modeopératoire d’acquisition des photographies et lesdiverses étapes du traitement. La méthode est appli-quée à la reconstitution 3-D de l’environnement de lacoulée de débris de Super-Sauze (Alpes-de-Haute-Provence, France).Choix du matériel et précision associéeUne grande diversité de matériels photographiques estdisponible sur le marché, aussi faut il considérer leurscaractéristiques en rapport avec la finalité de l’étudeengagée. La valeur la plus significative est la focale del’objectif. Puis, le format du négatif qui va déterminerl’emprise d’un cliché sur le terrain. Enfin, le choix destaux de recouvrements, latéral et longitudinal, va per-mettre d’accéder aux nombres de clichés nécessaires, àl’intervalle de temps entre deux prises de vues, aunombre de passages...Sélection de la chambre de prise de vuesCe premier tableau, qui présente l’influence de la distan-ce focale et du format du film sur les paramètres du volphotographique, démontre l’importance des choix maté-riels sur la qualité des résultats. Les valeurs sont calcu-lées pour une altitude de vol de 500 mètres au- dessus duterrain, une vitesse de 35 m.s-1(soit 130 km.h-1) et un recou-vrement longitudinal de 70% et transversal de 40%.
Photogrammétrie
Tableau 1. Influence de la focale et du format du film sur les paramètres de volFocale 28 mm 50 mm 105 mmFormat 24x36 mm224x36 mm250x60 mm2Facteur d’échelle 18000 10000 4700Horiz. Vert. Horiz. Vert. Horiz. Vert.Base (m) 200 130 110 70 90 75Distance entre 260 390 145 215 145 170bandes (m)dT (s) 5.5 < 4 3 2 2.5 2
Ce type d’étude permet de procéder au choix de la foca-le de l’objectif, du film et de la chambre, en fonction desconditions et contraintes du terrain et du vol.L’équipement doit faire l’objet d’un étalonnage (Figure1), afin de pouvoir en intégrer les résultats dans les cal-culs et ainsi réduire leurs influences sur le résultat final.
Figure 1. Courbe d’étalonnage de l’objectif utilisé(focale 50 mm)Cette étape d’étalonnage de la chambre doit naturelle-ment être réalisée le plus finement possible puisqu’elleconditionne la qualité des corrections appliquées auxmesures sur les clichés. Bien que difficiles à quantifierdans l’absolu, les erreurs proviennent essentiellementdes erreurs de pointés sur les clichés servant à l’étalon-nage. La qualité du procédé et de ses résultats n’estappréciée qu’en fin de calcul par l’appréciation des écartsmoyens quadratiques. Les calculs d’étalonnage ont étéréalisés avec le logiciel ORIENT, de l’Université techniquede Vienne (Autriche).Contraintes des traitements numériquesLe volume de données générées impose un traitementnumérique. Ceci suppose par conséquent une étape denumérisation des photographies qui peut être à la foisdifficile (maîtrise et stabilité de la résolution de scanna-ge) et fastidieuse. Le développement de films grandpublic, au format 24x36, donne également accès au pro-duit Photo CD Kodak. Ainsi, l’étape de développementet de numérisation des films est totalement prise encharge par le prestataire de services, qui garantit une
résolution de 2200 dpi, soit un pixel de 11.55µm. Un telsupport de données permet de stocker 100 photogra-phies de 4 à 5 Mo (au format PCD), pour un prix d’envi-ron 70 Euros.Le traitement photogrammétrique numérique nécessitel’emploi d’un ordinateur équipé d’un logiciel adapté :PHOTOMOD dans notre cas. Le marché du logiciel dansce domaine comporte un grand nombre de possibilités,dans une gamme de prix assez large, mais nécessitentle respect de certaines contraintes matérielles, en parti-culier concernant les capacités d’affichage (carte etmémoire vidéo), de stockage (disque dur, CD-ROM...) etde calcul (processeur, mémoire vive). On notera enfinque la mise en œuvre d’un logiciel de photogrammétrienécessite la bonne adéquation des capacités logiciellesavec les exigences du projet.
Mode opératoire et traitementsLe mode opératoire se décompose en deux grandesétapes (la préparation du vol et la prise de vue, puis letraitement photogrammétrique proprement dit) chacu-ne d’elle nécessitant des précautions spécifiques.Comme le traitement photogrammétrique repose surles méthodes de projection et similitude spatiales, touteerreur, aussi réduite soit elle, peut rapidement engen-drer des écarts considérables. Les erreurs propres com-mises sur chaque étape doivent donc pouvoir être quan-tifiées.Préparation du vol photographique : la stéréopréparation.La réussite d’une mission de prise de vues aériennes vaêtre conditionnée, comme nous l’avons évoqué plushaut, par la qualité de la chambre photographiqued’une part, et par la stéréopréparation d’autre part. Pourpermettre le calcul, il est nécessaire de placer au sol desbalises sur des points localisés par un levé géodésique,tachéométrique ou GPS. La précision et la répartitiongéographique de ces points de contrôle sur le site sontd’une importance capitale pour l’étape d’aérotriangu-lation développée plus bas. La difficulté majeure résidedans la possibilité de respecter les valeurs du calcul depréparation du vol. L’emploi d’un récepteur GPS denavigation semble être actuellement la solution la plusadéquate, tant sur le plan de la précision (depuis lalevée de l’accès sélectif le 2 mai 2000) que sur le plandes investissements humains et financiers.
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Photogrammétrie
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Traitements numériques et aérotriangulation par lesfaisceaux.L’orientation interne est la première étape de tout trai-tement photogrammétrique. Elle consiste à définir lesystème de coordonnées du cliché, par rapport auquelseront réalisées les mesures. Ceci est rendu possiblegrâce aux repères de fonds de chambre. C’est égale-ment là qu’interviennent les résultats de l’étalonnage :distorsions radiales, localisation du point principal.Cette définition du système de coordonnées doit se faireà quelques microns près par conséquent, la saisie finedu maximum de repères de fonds de chambre permetd’assurer cette détermination. L’erreur moyenne qua-dratique (emq) est le meilleur moyen d’apprécier la qua-lité du travail, et est rarement inférieure à la dimensiondu pixel.Les principes de base de la stéréorestitution font appa-raître que pour travailler sur un stéréomodèle, il faut dis-poser d’au moins trois points de calage, déterminés pardes méthodes géodésiques. L’aérotriangulation est uneextension des méthodes de stéréorestitution, qui per-met de restituer de façon globale un bloc de clichés touten minimisant le nombre de points de calage à déter-miner sur le terrain. On peut donc survoler des zonespossédant une faible densité de points géodésiques.La méthode de compensation par les faisceaux reposesur l’utilisation des coordonnées-images comme obser-vations, et sur l’emploi d’une projection centrale (Krauset Waldhaeusl, 1998). Cette méthode de calcul permetde lier directement les coordonnées-images aux coor-données-objets, sans passer par les coordonnées-modèles. Elle nécessite un bloc de clichés présentant unrecouvrement minimum de 60% en longitudinal, et de20% en latéral. Elle offre également un avantage consi-dérable puisqu’elle autorise l’introduction dans le calculde paramètres additionnels, comme par exemple leséléments d’orientation interne, mais aussi des para-mètres de déformation de l’image, qui peut provenirnon seulement des distorsions de l’objectif utilisé maiségalement des déformations du film, de diverses ano-malies de réfraction ou de toute autre source d’erreur.Par conséquent, on tiendra compte des erreurs systé-matiques, ce qui est particulièrement important dans lecas de l’utilisation d’une chambre de prises de vuesamateur.La saisie d’aérotriangulation est la plus longue étaped’un tel travail. Le pointé des points de calage (balises)et des points de jonction conditionne la fiabilité dumodèle global. Ce calcul de compensation utilise expli-citement le principe des moindres carrés. La détectiond’erreur est facilitée lorsque la convergence du calculest obtenue et que les erreurs moyennes quadratiquessur chaque point sont accessibles et exploitables.Finalement, procéder à un calcul en bloc par la méthodedes faisceaux offre l’avantage de fournir un résultat glo-bal et homogène sur l’ensemble de la zone couverte. Onconditionne ainsi la qualité de la génération du modèlenumérique final, résultat de l’union des modèles obte-nus à partir de chaque couple. Cette méthode est recon-nue comme la plus précise de l’aérotriangulation, mais
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aussi comme tout à fait adaptée aux prises de vues ama-teur. Elle génère malgré tout un gros volume de calculs,nécessitant l’introduction de valeurs approchées, et netraite que des problèmes tridimensionnels.Génération des modèles numériques de terrainLe succès de l’aérotriangulation permet d’accéder aumodèle tridimensionnel, soit en fait, de passer directe-ment des mesures clichés aux coordonnées-terrains.Dès lors, le calcul des modèles numériques de terrain(MNT) est réalisable. Le logiciel travaille par corrélationd’image sur les clichés de chaque couple, à partir d’unegrille dont l’équidistance est fixée par l’utilisateur.L’algorithme de corrélation se base sur les niveaux degris observés dans une matrice de recherche. En choi-sissant un seuil minimal de corrélation, l’utilisateurdétermine la sensibilité de la saisie automatique depoints. Ainsi est-il possible de disposer rapidement d’unsemis de points dense, permettant l’interpolation d’unmodèle numérique complet, même si la saisie manuel-le de points est souvent nécessaire dans les zones defaibles niveaux de détails ou de radiométrie réduite. Demême, là où les points de calage ou de jonction sontpeu nombreux, on constate souvent des corrélationsaberrantes, et par conséquent, des erreurs sur les déter-minations altimétriques. Plusieurs méthodes de géné-ration de MNT existent mais dans un cas comme celui-ci, il est intéressant de forcer la détermination par inter-polation de points afin de pallier aux échecs de l’algo-rithme de corrélation.
Application à un site contraignant :la coulée de débris de Super-Sauze etson environnementLe site d’étudeLe glissement-coulée de Super-Sauze (bassin deBarcelonnette, Alpes-de-Haute-Provence, France) sedéveloppe dans un bassin torrentiel marneux encaissé(marnes noires callovo-oxfordiennes) et raviné en bad-lands. Il se situe entre 2105 m d’altitude (couronne) et1740 m d’altitude (pied de la coulée), pour une pentemoyenne qui atteint 25°. Le glissement-coulée couvreune surface de 17 ha. Historiquement, si aucun désordren’affecte le secteur dans les années 1950, des chutes deblocs se produisent dans les années 1960, accompa-gnant les glissements structuraux de grands panneauxet la formation d’une coulée de débris qui fossilise unchenal d’écoulement. Cette période marque le débutd’un mouvement généralisé de tout le versant et la pro-gression (reconstituée par photo-inteprétations multi-dates - Weber et Herrmann, 2000-) du front de la couléevers l’aval sur plus de 180 m depuis 1982. Les investi-gations géotechniques et les mesures de déplacementsenprofondeurparinclinomètres(Flageolletetal.,2000)etlesprospectionsgéophysiques(Schmutzetal.,1999)indiquent que la coulée fossilise une paléotopographieintacte (Flageollet etal., 2000) constituée d’une succes-
sion d’échines et de ravines parallèles.Figure 2. Le site d’étude : le bassin torrentiel de SuperSauzeAfin de déterminer la dynamique d’écoulement et de vali-der des modèles de propagation de ce type de coulée, unréseau de surveillance a été mis en place et complété pro-gressivement, avec notamment des mesures en continudes déplacements par GPS (Malet etal., 2000) et par exten-sométrie pour affiner les relations entre les différents para-mètres, en particulier, vérifier le rôle, des brusques et fur-tives remontées de nappe, dans la dynamique de la coulée.La modélisation hydrodynamique et géomécanique de cetype de phénomène nécessite de disposer d’une repré-sentation précise du relief de la coulée mais également deson environnement : un MNT de la coulée a été réalisé en1999 par tachéométrie à une résolution de 1 m et une pré-cision inférieure à 5 cm. Pour l’environnement immédiat dela coulée (Figure 2), la superficie (0.75 km2) et la morpho-logie très incisée et escarpée (ravines et échines) ne per-mettent pas de réaliser un levé rapide par tachéométrie(nécessité de plusieurs stations), ou bien par GPS(masques, pentes du terrain). La photogrammétrie numé-rique s’est donc présentée comme la seule solution, d’au-tant qu’elle permet d’obtenir une photographie de la zoned’étude. L’objectif de précision fixée pour le MNT de l’en-vironnement de la coulée était de 30 cm en planimétrie etde 50 cm en altitude. Cette précision a guidé le choix desdifférents paramètres de vol et de l’objectif.
Les choix.Le calcul des différents paramètres de vol, nous a amenéà employer une chambre RICOH semi-métrique (dotée derepères de fonds de chambre) équipée d’un objectif stan-dard de focale 50 mm. Le choix de la chambre semi-métrique a notamment été guidé par la volonté de dispo-ser de la motorisation de l’avancée de pellicule. Lesvaleurs des paramètres de vol sont rappelées ci-dessous :• Altitude de vol relative : 500 m• Vitesse : 130 km.h-1, ou 35 m.s-1• Temps entre prise de vues : 3 s• Base : 110 m
hPtogorammét
• Distance entre axes : 145 m• Facteur d’échelle moyen : 10000Les balises ont été réalisées dans des plaques cartonnéesde 50x50cm2(Gross, 1998). En plus de leur taille, il a falluprendre garde à leur couleur. Les balises devaient êtrevisibles tant sur la coulée (gris-noir) que sur son pourtour(vert). Nous avons donc choisi de combiner rouge et jaune,en prenant soin de les orienter toutes dans la même direc-tion de façon à permettre le pointé du centre sans ambi-guïté au cas où une couleur serait invisible. Finalement,seul le rouge est vraiment apparu de façon très nette. Autotal, sur l’ensemble de la zone (environ 1500 m par 500m)une soixantaine de balises ont été disposées.
Résultats de l’aérotriangulation.Les résultats d’aérotriangulation sont de qualité moyen-ne, bien que particulièrement satisfaisants pour lesmoyens mis en œuvre. On constate que sur les bords dumodèle, c’est-à-dire sur les premiers et derniers clichés dechaque bande, la prépondérance de points de jonction surles points de calage semble être à l’origine de la dérive dumodèle. La conséquence est alors l’augmentation del''erreur moyenne quadratique globaleσ0.σ0X= 1,29 mσ0= 1,87 mσ0Y= 1,75 mσ0Z= 1,34 mD’autre part, le calcul fournit les données d’orientationexterne (position et attitude de la chambre de prise devues pour chaque cliché). On constate de grandes incer-titudes sur leurs déterminations, provenant de la difficul-té de fournir des valeurs approchées au calcul. L’emploi duGPS ressort à nouveau comme une nécessité, aveccomme propos principal de fournir des valeurs appro-chées fiables. La figure 3 montre la position des lignes devol et un exemple de cliché (avec quatre repères de fondde chambre Ai, Bi, Ci, Di).
rie
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hotogrammétrie
Figure 3. Lignes de vol (a) et un cliché (b) de la bande 3togrammétrique et tachéométrique selon des critèresLa précision relative du MNT.régionaux plus restreints (Figures 4 et 5).La qualité de la génération totalement automatique des Chacune des zones (tableau 2) met en évidence les pro-modèles numériques de terrain n’a pas été celle escomp- blèmes majeurs que peut rencontrer l’expérimentateurtée. La visualisation stéréoscopique des courbes de niveaux dans ce type d’environnement. Le plus gênant pour les trai-dérivées en surimposition sur les clichés a montré de mul- tements photogrammétriques est très certainementtiples zones où les courbes ‘décollaient’ de la surface du ter- l’ombre des éléments morphologiques importants : celle derain. L’interpolation a donc été complétée par des saisies l’escarpement principal masque une zone étendue à sonmanuelles et l’importation de données issues de levés pied. Les arbres sur les versants créent des éléments dits entachéométriques. Finalement, dans les zones de recouvre- sursol qui font dériver le modèle numérique de terrain.ment entre semis d’origine topographique et semis d’origi-ne photogrammétrique, on constate des écarts d’environ50cm. Par conséquent, l’ensemble de la restitution et desDiscussion : stratégies et précautionsMNT est évaluée à une précision sub-métrique.à prendreCompte tenu de l’échelle des clichés et de la morphologie Les techniques photogrammétriques sont tout à fait adé-de la zone d’étude, le modèle global est généré à partir de quates pour la génération de MNT de précision sur dechaque couple de clichés, auquel est appliquée une grille larges surfaces, pour le suivi dynamique ou encore, pour led’interpolation de 50x50 points. Ce modèle est finalement suivi de la topographie d’entités géophysiques (glaciers,constitué de : avalanches, mouvements de terrain, dunes, rivières...). La• 2500 points méthodologie présentée, basée sur l’emploi de photogra-• 7200 cotés phies aériennes de petit format, présente l’avantage d’être• 4800 triangles peu coûteuse (hormis le prix du logiciel de photogrammé-La nature particulièrement chaotique de la zone d’expéri- trie), rapidement mobilisable, et donc, opérationnelle. Lementation pousse à considérer les écarts entre MNT pho- géomorphologue dispose alors d’une capacité de réactionTableau 2. Résultats sur différentes zones morphologiques caractéristiques de la coulée.Région Moyennes des écarts en Z Ecarts-types (Z)A. Escarpement principal +41.3 cm 14.0 cmB. Ravines +46.7 cm 9.2 cmC. Surfaces planes (pente < 10°) +7.8 cm 4.2 cmD. Surfaces inclinées (pente > 10°) -8.2 cm 11.4 cm
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et de production d’information très élevée (caméra ama-teur, objectifs et films grand public, avion sans équipementsmatériels spécifiques), essentielle lorsqu’il s’agit d’évaluerrapidement les conséquences d’un évènement ponctuel. Lelecteur notera d’ailleurs qu’en France, ces méthodes de cou-verture photographique rapide sont exploitées par les ser-vices déconcentrés de l’État pour la cartographie deschamps de crues, le levé des laisses de hautes eaux, etc.Concernant la réalisation pratique des clichés, il sembleimportant de rappeler l’influence de l’heure de vol. Dans deszones boisées, ou à fort relief, l’élévation du soleil va condi-tionner l’emprise des ombres. Le vol à midi solaire apparaîtalors comme une nécessité. D’autre part, l’emploi d’unrécepteur GPS de navigation est apparu nécessaire d’unepart, au cours du vol pour pouvoir disposer de valeursapprochées fiables de la position de chaque cliché, maiségalement au cours de la stéréopréparation pour assurerune bonne homogénéité dans la disposition des balises.Pour conclure, le géomorphologue se doit de prendreconscience de la multiplicité des sources d’erreur qui doi-vent être prises en compte. La gamme de variation estextrêmement large : du micromètre pour l’orientationinterne à la dizaine de mètres pour les erreurs de corréla-tion dans la génération du MNT. Par conséquent, il semblecapital d’être pleinement conscient de ces ordres de gran-deurs, afin de ne pas demander au résultat final plus deprécision qu’il ne peut en fournir.
Figure 4. Représentation du MNT obtenu par voie pho-togrammétriqueRemerciementsCe programme a été financé par le CNRS dans le cadre ducontrat PNRN 97/99-34MT de l’INSU. Les auteurs tiennent àremercier J.-A. Quessette, de CHS Carto France, pour sesconseils lors du traitement des données et la mise à disposi-tion du module d’aérotriangulation du logiciel PHOTOMOD.BibliographieAmmann, W.J.1999. A new Swiss test-site for avalancheexperimentsintheValléedelaSionne(Valais).ColdRegionsScienceandTechnology30:3-11.Chandler, J.1999. Effective application of automated digi-talphotogrammetryforgeomorphologicalresearch.EarthSurfaceProcessesandLandforms24:51-63.
Photogrammétrie
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