Modèle numérique d'altitude

Contexte général

La disponibilité des modèles numériques d'altitude (MNA) est primordiale pour l'exécution des corrections géométriques et radiométriques du terrain sur des images de télédétection. Ces modèles permettent aussi la création de lignes de contours et de modèles de terrains, procurant ainsi une autre source d'information pour les analyses.

Les techniques de cartographie actuelles sont rarement effectuées en considérant seulement les questions planimétriques. La demande pour les MNA s'accroît avec l'utilisation plus commune des SIG et avec l'amélioration de l'information extraite des données d'altitude (cartographie des marécages et des inondations, et gestion forestière). L'incorporation des données d'altitude et de relief est critique pour plusieurs applications, particulièrement si des données radars sont utilisées, pour compenser l'effet de raccourcissement et de repliement, et les effets radiométriques causés par les pentes. Les données d'altitude sont aussi utilisées dans la production de cartes topographiques.

Les données d'altitude intégrées à des images sont aussi utilisées pour produire des vues en perspective qui sont utiles pour le tourisme, la planification de routes, le développement, pour minimiser la visibilité des coupes à blancs à partir des routes et même pour la planification des terrains de golf. Pour les applications militaires, les modèles numériques sont intégrés dans la programmation des missiles pour les guider au-dessus du terrain.

La gestion des ressources, la planification pour la télécommunication et la cartographie militaire sont quelques-unes des applications des modèles numériques.

Pourquoi la télédétection?

Il existe plusieurs méthodes de création des MNA. L'une consiste à créer des séries de points en recueillant des données d'un altimètre ou d'un GPS et ensuite, d'interpoler les hauteurs entre les points. Cette méthode est longue et ardue. Les levés traditionnels prennent aussi beaucoup de temps et limitent l'utilisation de la cartographie à l'échelle régionale.

La création de MNA à partir des données de télédétection se révèle efficace en coût et en temps. La télédétection dispose d'une variété de capteurs et de méthodologies pour la création de ces modèles pour les applications cartographiques. Les deux méthodes de base de création des modèles sont :

1. les techniques de stéréogrammétrie utilisant des photos aériennes (photogrammétrie), des images VIR, ou des données radars (radargrammétrie)
2. l'interférométrie radar.

La stéréogrammétrie consiste en une extraction d'information d'altitude à partir d'images stéréo qui se chevauchent, habituellement des photos aériennes, des images SPOT ou radars. Par exemple, des paires stéréo d'images RSO aéroportées sont utilisées pour trouver des points d'altitude en utilisant le concept de parallaxe. Les lignes de contours peuvent être tracées sur les images par des opérateurs qui utilisent les images en stéréo.

Le potentiel des techniques radars interférométriques pour trouver et mesurer de petits changements d'altitude, est de plus en plus reconnu.

L'interférométrie implique l'acquisition de données altimétriques précises lors de passages successifs (ou une acquisition simultanée par deux antennes) d'un RSO aéroporté ou spatioporté. Deux images sont acquises à partir d'orbites ou de passages successifs. Plutôt que d'examiner les images en amplitude, on en analyse les variations de la phase du signal pour chaque pixel. Les deux images de la phase sont d'abord coréférencées, on mesure ensuite la différence de phase entre chaque pixel puis, on affiche l'image résultante sous forme d'interférogramme. On effectue un calcul du déroulement de phase et une rectification géométrique pour déterminer l'altitude. Des études ont montré une haute précision (de l'ordre de quelques centimètres) avec des données aéroportées et de l'ordre de 10 m avec des données satellitaires.

Les applications primaires de l'interférométrie sont : la création de MNA de haute qualité, la surveillance des déformations de surface (la mesure de l'affaissement du terrain attribuable aux processus naturels, à l'extraction du gaz ou des eaux souterraines, au gonflement volcanique avant une éruption, aux mouvements relatifs de terrain causés par les tremblements de terre), l'évaluation des risques et la surveillance de structures naturelles et artificielles (un barrage, par exemple). Les données interférométriques seraient utiles aux compagnies d'assurance pour mieux évaluer les dommages causés par les désastres naturels, ou pour les compagnies et les chercheurs spécialisés en hydrologie qui surveillent les embâcles de glace, pour la sécurité des ponts, les changements dans le bilan de masse des glaciers ou pour un suivi des transformations des volcans avant une éruption.

Les lignes de contours peuvent être générées à partir de MNA pour la production de cartes topographiques, de modèles de pente et d'orientation. Ceux-ci sont utilisés pour l'intégration avec des séries de données de classification thématique (utilisation du sol), pour la correction géométrique d'autres images ou pour la création de vues en perspective.

Exigences des données

La stéréogrammétrie et l'interférométrie requiert l'acquisition de deux images d'une même cible. La position du capteur doit être différente d'une acquisition à l'autre afin de produire des angles de visée légèrement différents.

Dans presque tous les MNA et toutes les applications de cartographie topographique, la précision cartographique s'avère le facteur le plus important. Le temps de livraison n'est pas crucial et la fréquence de répétitivité devient importante seulement pour les applications de détection des changements où le temps est un facteur clé.

Le Canada et les autres pays

Les photos aériennes constituent la source d'information de base pour la création de MNA au Canada. Pour d'autres applications, on peut utiliser d'autres données satellitaires comme par exemple, celles de SPOT avec ses capteurs orientables et sa résolution spatiale de l'ordre de 10 m en mode panchromatique, qui permet la production d'information en altitude acceptable à une échelle inférieure à 1 / 50 000.

Au Canada, les exigences de précision pour les MNA sont de l'ordre de 5 à 20 m. Dans les pays en voie de développement, cette exigence est de 20 mètres. L'information originale sur l'altitude, utilisée dans la série de cartes topographiques nationales, a été obtenue par les techniques de photogrammétrie.

Pour les marchés extérieurs, la cartographie à partir de radar aéroporté est mieux adaptée pour la cartographie topographique à l'échelle de 1 / 50 000. Les systèmes radars spatioportés et la radargrammétrie peuvent produire des données moins précises pour la création de MNA dans les régions ennuagées ou dans celles qui n'ont pas besoin des données aussi précises. Il est possible d'obtenir des données stéréo dans la plupart des modes opérationnels grâce à la flexibilité des angles d'incidence de RADARSAT. Cette caractéristique permet l'acquisition d'un couple stéréo lors des passages subséquents. L'interférométrie à partir de systèmes aéroportés et spatioportés répond donc à plusieurs exigences de la cartographie.

Le saviez-vous?

Lorsqu'on observe un couple d'images en stéréoscopie, on perçoit un modèle 3D virtuel de l'objet ou du terrain imagé. Par ce modèle 3D virtuel de terrain (MVT), il est possible d'extraire de l'information cartographique sans utiliser un MNT!