geomatique-polycopié 1

Elments de Gomatique Polycopi 1 : Introduction la Gomatique

Pierre-Yves Gilliron Audrey Ueberschlag

Geoffrey Vincent

Lausanne, dition Fvrier 2014

Facult de lEnvironnement Naturel, Architectural et Construit Institut dIngnierie de lEnvironnement

Gomatique - Topomtrie

Elments de gomatique

SOMMAIRE

1. INTRODUCTION LA GOMATIQUE 3

1.1. CONTEXTE ET DFINITIONS 3 1.1.1. UNE DFINITION RCENTE 3 1.1.2. UNE NOUVELLE PERCEPTION DE NOTRE ESPACE 5 1.1.3. QUELQUES APPLICATIONS SPCIFIQUES 10 1.2. LES GRANDS AXES DE LA GOMATIQUE 13 1.2.1. ACQUISITION DES DONNES 13 1.2.2. TRAITEMENT INFORMATIQUE DES GODONNES 15 1.2.3. DIFFUSION ET REPRSENTATION DE L'INFORMATION 16

Avertissement

La plupart des figures de ce polycopi ont t cres lEPFL. Toutefois, les auteurs ont utilis un certain nombre de ressources dont les rfrences sont cites. Si lune ou lautre de ces ressources ne sont pas rfrences correctement ou font lobjet dun droit dusage particulier, nous vous prions de bien vouloir le signaler lauteur. Toute utilisation de ce support de cours doit se faire avec le consentement de lauteur.

2 Introduction la Gomatique


1. Introduction la Gomatique Vous avez srement dj utilis une application de cartographie sur votre tlphone portable ou bien le navigateur de bord de votre voiture pour rejoindre une destination, vous vous tes tonns face un dispositif apparemment simple et qui est capable dafficher trs facilement votre position ? Vous avez parcouru la Terre grce aux globes virtuels ou autres guichets cartographiques. Face ces produits et services accessibles tous, peu de gens sont conscients de toute la technologie ncessaire pour collecter, stocker et diffuser toutes ces informations gographiques. Cest sous ltiquette gomatique que lon retrouve la plupart des concepts et techniques appliques ce type dinformation. Ce polycopi a pour objectif dintroduire et de prsenter les diverses facettes de la gomatique allant de la saisie de donnes sur le terrain jusqu la gestion informatise des images et des supports cartographiques. Cet ouvrage permettra d'largir vos connaissances sur l'historique, les applications, les questions juridiques et les perspectives de dveloppement des technologies de la gomatique.

1.1. Contexte et dfinitions

1.1.1. Une dfinition rcente

Quelle est ltymologie du mot Gomatique ? Il peut tre dcompos en deux parties : ses racines viennent de "Go", du latin Terre , et "matique" du terme informatique, soit le traitement automatique de linformation caractre gographique. Sa rcente apparition est propose la fin des annes 1960 par le scientifique franais Bernard Dubuisson, gomtre et photogrammtre de mtier, afin de reflter ce que devenait la ralit de sa profession ce moment-l. En voici la dfinition officielle de l'Office de la Langue franaise : "Gomatique : Discipline ayant pour objet la gestion des donnes rfrence spatiale et qui fait appel aux sciences et aux technologies relies leur acquisition, leur stockage, leur traitement et leur diffusion. La gomatique fait appel principalement des disciplines comme la topomtrie, la cartographie, la godsie, la photogrammtrie, la tldtection et l'informatique". Le mot gomatique a donc t cr pour regrouper de faon cohrente lensemble des connaissances et technologies ncessaires lobtention, la production et au traitement des donnes numriques dcrivant le territoire, ses ressources ou tout autre objet ou phnomne ayant une position gographique. Ces informations sont intitules comme donnes spatiales, gospatiales ou gographiques selon les usages des professionnels, avec la contraction godonnes.

Introduction la Gomatique 3


Figure 1-1 : Les diffrents segments de la gomatique

La gomatique, en tant que science, se situe au carrefour de plusieurs domaines. Dune part, elle trouve son ancrage dans les sciences de bases car les principes fondamentaux sappuient sur les mathmatiques et la physique. Dautre part, ses champs dapplication sont multiples et touchent les diffrents domaines de lingnierie (construction, amnagement, environnement) ainsi que les sciences humaines et sociales (conomie, gographie). Les sciences de lingnieur et de linformatique sont l galement pour appuyer tous les dveloppements des technologies dacquisition (GPS, capteurs, stations totales) et de traitement de linformation (bases de donnes, Internet, SIG). Comme illustr sur la Figure 1-1, la gomatique regroupe les outils et mthodes permettant de rcuprer, de reprsenter, de diffuser, d'analyser et d'intgrer des donnes gographiques. La topographie, la cartographie numrique, la godsie et la localisation par satellites, les systmes dinformation gographique (SIG), la photogrammtrie et la tldtection figurent parmi les disciplines tudies en gomatique. Ce terme est aujourdhui utilis dans le monde entier par des associations scientifiques et professionnelles, par des universits, ou encore par des organismes gouvernementaux et des entreprises. Son essence a permis de reflter lvolution rapide dun domaine qui sest impos comme incontournable dans la reprsentation du monde qui nous entoure. Pensez toutes les reprsentations cartographiques que vous consultez quotidiennement.



1.1.2. Une nouvelle perception de notre espace

A lpoque o chacun a accs des outils de communication, les technologies de la gomatique sont particulirement importantes afin de mieux cerner lenvironnement qui nous entoure. La disponibilit grandissante dInternet, laugmentation du nombre de satellites ddis au positionnement ainsi que lapparition de ressources logicielles toujours plus innovantes ont chang notre perception de lespace. Nous nobservons plus la Terre ou notre territoire de la mme manire qu lpoque o seuls des cartes ou des plans papiers taient disponibles. Cela se traduit le plus souvent par une consultation de donnes numriques gorfrences contenant les diffrents lments (couverture du sol, relief, construction, hydrographie,) de notre environnement en les reprsentants de manire intelligente. Pour le grand public, cest un accs ais des cartes en ligne qui est propos par des outils modernes de visualisation 2D comme Google Maps, OviMap ou autres OpenStreetMap, et 3D par lintermdiaire des globes virtuels come Nasa WorldWind, Google Earth, Bing Maps, etc. Ces outils et leurs contenus sont largement connus. Toutefois il existe une multitude dautres sources dinformation qui sont notamment gres par les administrations publiques et qui contiennent les donnes de base et officielles pour les travaux des ingnieurs. Le dveloppement de ces bases de donnes gographiques ou rfrence spatiale nest quune volution des mthodes de topographie et de cartographie, qui sest acclre par la multitude de moyens techniques utiles la saisie et la gestion de linformation. Ainsi les concepts fondamentaux, dvelopps par les godsiens et cartographes de lpoque, restent dactualit. Un hritage culturel Utilise par les civilisations les plus anciennes, la reprsentation cartographique des lments du territoire et sa dlimitation ont depuis toujours suscit un intrt particulier. L'histoire des cartes est si ancienne qu'il est difficile d'en prciser exactement ses dbuts. Certains archologues supposent que quelques groupes ont su exprimer leurs connaissances gographiques par la carte plutt que par l'criture. Il est probable en effet que l'art de dessiner des cartes appartienne aux types les plus anciens de l'art graphique, commun toutes les nations primitives. Les croquis prhistoriques et autres lments cartographiques sommaires, retrouvs sur les traces de nos anctres, en tmoignent. Depuis l'poque la plus lointaine, l'Homme a conu la carte comme un instrument de sa vie pratique. Il a utilis, pour la concevoir, les matriaux les plus divers. Les Indiens d'Amrique du Nord ont su reprsenter de larges territoires, avec de nombreux lacs et rivires, sur les os plats danimaux ou sur les corces des arbres ; les Micronsiens des les Marshall, quant eux, confectionnaient des cartes de navigation, destines des voyages au long cours, partir de queues de feuilles de palmier. Les primitifs d'Australie ou


Elments de gomatique les Touaregs nomades du Sahara construisaient des cartes en relief avec des pierres et du sable, tandis que les Esquimaux les incisaient dans du bois. Depuis toujours, les cultures ont su cartographier leurs territoires avec plus ou moins de prcision afin de rpondre aux questions : O suis-je ? Quel est ltendue de mon territoire ? O vais-je ? La chronologie suivante reprend lvolution des techniques ainsi que les dates marquantes dans le domaine de la cartographie afin de mieux comprendre le patrimoine et lavance actuelle dans ce domaine :

- 2500 av. J.-C. : on trouve la plus ancienne carte gographique grave sur une tablette de terre cuite. Elle provient des fouilles de Ga-Sur Nuzi en Msopotamie. Une autre reprsentation connue est la Carte babylonienne du monde qui est une tablette dargile date entre 700 et 500 ans avant J.-C. Elle provient du site de Sippar, rgion situe au sud ouest de Bagdad. On y voit un disque entour d'eau, prolong par les sept les d'un ocan cleste. Au centre est place Babylone (Figure 1-2).

Figure 1-2 : Carte babylonienne du monde (Source : British Museum), 1re

Mappemonde et Portulan de la cte Atlantique

- Les premires bases de la godsie et de la trigonomtrie ont t poses par le philosophe grec Thals de Milet au VIme sicle avant J.-C. Il propose galement une description de la Terre sous la forme dun disque flottant. La reprsentation volue ensuite avec le philosophe grec Anaximandre (mort vers -546) qui aurait t le premier proposer une carte du monde. Anaximandre considre le monde comme tant circulaire et ayant pour centre la mer ge. Il est divis en trois continents : l'Europe, la Libye (l'Afrique actuelle) et l'Asie, entours par un ocan extrieur. Il introduit aussi la notion de sphre cleste, concept que lon retrouve aujourdhui en astronomie. Dautres savants grecs, comme Pythagore, ont largement contribu au dveloppement de la cartographie et de la topomtrie, grce leurs travaux en gomtrie et en mathmatiques. Platon (429-348 av. J.-C.) a notamment propos lide dune Terre ronde et cest Aristote (384-322 av. J.-C.) qui a dmontr le principe de sphricit de la Terre.

- A partir du Xme sicle, les marins disposent dinstruments pour

dterminer leur route et la latitude de leur bateau. Elle est alors estime laide dun astrolabe en vrifiant la hauteur de ltoile polaire au-dessus de lhorizon. Des cartes plus prcises sont ainsi



conues. Appeles portulans , elles reprsentent avec prcision les ports et les premires voies maritimes (Figure 1-2).

- Les dcouvertes successives du XVIIme sicle redessinent peu peu

le monde gographique tel quil est observ par les explorateurs. Les grands noms de lhistoire des dcouvertes comme Marco Polo, Christophe Colomb ou Fernand de Magellan, taient tous accompagns de leur capitaine de cartographie. Chargs de retracer sur un plan leur parcours ainsi que les nouvelles terres observes durant leurs expditions, ils ont particip aux premires acquisitions dinformations gographiques une chelle mondiale. La Figure 1-3 correspond une des premires mappemondes reprsentant assez fidlement les cinq continents sur une mme illustration.

Figure 1-3 : Mappemonde de 1559

- Au XVIIIme sicle, Napolon donne une impulsion la confection

d'un cadastre parcellaire ayant pour but de clarifier la connaissance prcise des proprits foncires en vue d'une meilleure rpartition de l'impt. En France, il initie ensuite la mise en uvre de Carte d'Etat-major, carte au 1 : 80000, ralise entre 1832 et 1880, permettant dobtenir une connaissance complte du territoire national dans ses trois dimensions, avec toutes les routes et tous les chemins que peut utiliser une arme en mouvement. En effet, les guerres de la Rvolution et de l'Empire ont donn aux cartes un rle primordial. Ces cartes ont t dresses entre 1794 et 1815, partir de levs topographiques raliss avant les combats pour la prparation des oprations militaires, puis pendant et aprs pour le rcit de la bataille. Les ingnieurs gographes militaires qui ont bien souvent uvr au pril de leur vie, nous ont ainsi livr de nombreuses cartes aux formats et chelles variables.

Figure 1-4 : Ingnieur-gographe sous l'Empire



- Au XXme sicle, lors des deux Guerres Mondiales, cest la photographie arienne qui prend le pas sur le travail de terrain. Utile la reconnaissance militaire, les techniques volueront ds lors trs vite afin de satisfaire les besoins des chefs doprations recherchant une prcision toujours plus dtaille des territoires. La rapidit de sa mise en uvre et la possibilit de couvrir un large territoire en peu de temps en font donc un atout majeur dans un contexte mondial o linformation gographique devient un avantage stratgique.

Figure 1-5 : Vue arienne d'un fort durant la premire guerre mondiale.

- Cest ensuite la Guerre Froide qui lancera un nouveau dfi

technologique : la conqute spatiale. Cest ainsi quen 1957, le premier satellite artificiel, Spoutnik, est lanc dans lespace en orbite autour de la Terre. Les donnes transmises ont servi une analyse de la propagation des signaux dans lionosphre.

Figure 1-6 : Spoutnik-1 et Vue de la Terre depuis lespace

- La premire image de la Terre vue depuis lespace est cette

photographie prise en 1966 par un artiste photographe nomm "Lunar Orbiter 1" (Figure 1-6). Cette Sonde spatiale avait t envoye afin de photographier le sol lunaire et de prparer les futures missions Apollo. Elle a permis l'Homme de dcouvrir la plante Terre dans sa globalit et dans son contexte spatial.

- Ds les annes 1970, des

programmes dobservation de la Terre depuis lespace sont lancs, comme par exemple Landsat dont lobjectif principal tait le monitoring des ressources naturelles. Depuis de nombreux satellites des fins de tldtection ont t lancs et permettent une cartographie globale et prcise de la surface terrestre.

Figure 1-7 : Scne Landsat des Alpes Suisses

(source : http : //www.npoc.ch)

- La localisation par satellites sest en bonne partie dveloppe autour

du programme NAVSTAR-GPS (Global Positioning System) ds les



annes 1960 et c'est partir de 1978 que les premiers satellites GPS sont envoys dans l'espace par le Dpartement de la Dfense des tats-Unis. En 1995, la constellation des 24 satellites du GPS est oprationnelle et recouvre l'ensemble de la plante. Ds 2000 des signaux non dgrads sont disponibles pour la communaut civile.

Figure 1-8 : Satellite appartenant la constellation du GPS

- En 2004 apparat le logiciel Google Earth. Pourvu des donnes

topographiques rassembles par la NASA qui sont couples avec un assemblage de photographies satellitaires ou ariennes, il permet tout utilisateur de survoler la Terre, de parcourir la surface terrestre et de zoomer sur un lieu de son choix. Dautres globes virtuels, fournissant une couverture globale, sont galement disponibles.

Figure 1-9 : Vue 3D des Alpes via Google Earth

Cette chronologie dvnements reflte en bonne partie lvolution des reprsentations, des technologies et des mthodes employes pour observer et reprsenter notre environnement. Depuis les premires esquisses cartographiques jusqu lavnement des technologies actuelles, une constante subsiste : transcrire une ralit complexe sur un support permettant une meilleure comprhension de lespace dans lequel nous vivons. On saperoit que ce sont souvent les conflits arms et les intrts militaires qui ont donn une impulsion cette volution et que ce nest que rcemment que le grand public a accs des informations cartographiques dtailles et dispose dun systme de localisation prcise avec GPS. Une information spatiale omniprsente Les godonnes font bouger le monde et la plupart des dcisions politiques et conomiques sont lies en partie des facteurs gographiques et reposent sur des godonnes. Il suffit de penser aux transports, au dveloppement


Elments de gomatique territorial, aux tlcommunications, mais galement aux questions de sant publique et de scurit. Dans la plupart de ces domaines, nous avons recours une carte gographique qui reprsente des infrastructures, des phnomnes des dplacements ou de statistiques. Pourtant, la science de la gomatique reste mconnue du grand public malgr une information spatiale omniprsente. De plus en plus dinformations bnficient dune rfrence spatiale, dune adresse ou dune coordonne gographique. Ces lments suffisent mettre en uvre ces informations en relation avec des applications cartographiques visant rassembler de faon claire et ordonne des lments du territoire sur un seul support. Vivre sous laire de la golocalisation et de linformation numrique a progressivement fait voluer les besoins et les usages des consommateurs de donnes. La simple question O suis-je ? est ainsi en train dvoluer en O suis-je et quel est le contexte (gographique) de mon environnement ? . La dmocratisation de laccs linformation spatiale au travers des tlphones portables et autres supports mobiles (crans tactiles, pocket PC, ) a contribu au dploiement de services bass sur des cartes, prsentant ainsi la gomatique sous un angle dynamique et novateur. Prenons lexemple des rcepteur GPS utiliss pour la navigation automobile o une voix vous indique les bonnes directions suivre pour vous guider au travers du rseau routier jusqu votre destination. On estime que lusage des systmes de navigation engendre une diminution non ngligeable du trafic urbain, en rduisant les parcours inutiles de conducteurs cherchant leur route. Ces systmes sont accompagns dune information vous permettant de connatre lespace proche, ltat du trafic et les places de parc disponibles dans les parkings. En quelques annes le GPS sest impos comme un guide quasi incontournable lors de nos dplacements. Cette omniprsence de linformation gographique dans notre quotidien doit toutefois tre relativise. Dune part, il y a le ct attractif et laccs facilit linformation et dautre part, il y a toujours une certaine mfiance ou crainte lgard des nouvelles technologies. La question du respect de la sphre prive est fondamentale et doit tre traite avec prcaution, car derrire une information de localisation, il peut y avoir une trace qui peut rester indlbile. Lacclration du dveloppement des technologies de la gomatique associes celle des tlcommunications pose donc des questions fondamentales pour notre socit de linformation.

1.1.3. Quelques applications spcifiques

Les sciences et techniques du domaine de la gomatique sont appliques dans diverses situations et sont utilises dans de nombreux mtiers touchant au territoire, lenvironnement et la gestion dinfrastructures. Voici quelques exemples qui se rapprochent des domaines de lingnieur civil et de lingnieur en environnement.

Gomonitoring : A lchelle mondiale, ces nouvelles technologies permettent de quantifier les effets lis aux changements climatiques et de lutter contre ces derniers. Diverses mthodes dobservation de



la Terre sont mises en uvre afin de mesurer lvolution de phnomnes comme la fonte de glaciers, llvation de la surface des mers, les glissements de terrain,.

Figure 1-10 : Dplacement des plaques tectoniques sur la cte Ouest de lAmrique du Sud

(source : http : //earthquake.usgs.gov/)

Gestion des ressources naturelles : elle fait lobjet dune cartographie thmatique par tldtection afin dvaluer la couverture du sol et son volution dans lespace et le temps. Cela permet notamment de qualifier ltat de la vgtation et dautres ressources naturelles.

Gestion de lagriculture : le suivi des cultures est galement bas

sur des mthodes de tldtection qui sont compltes par des tudes prvisionnelles des rcoltes. Ceci permet de coupler des donnes de tldtection de zones agricoles, avec des informations pdologiques et avec les mesures des prcipitations du bassin versant concern. On peut alors calculer le volume deau emmagasin par les hauts sommets enneigs durant lhiver et anticiper la gestion dun barrage hydrolectrique afin de limiter les risques dinondations au moment de la fonte printanire.

Figure 1-11 : Vue satellitaire dune zone de cultures en Espagne (Aragon)

(source : http ://www.esa.int/)

Gestion des transports : la connaissance des rseaux de transports, de leur tat et de la charge de trafic est essentielle pour optimiser la gestion des vhicules. Pour une entreprise de logistique, un systme de gestion doit permettre de connatre chaque instant la position de ses vhicules ainsi que leur tat de fonctionnement et de



chargement. Les camions quips de GPS et connects une centrale sont aussi un gage de scurit en cas dincident ou de vol.

Dveloppement territorial : ltablissement dun plan directeur

pour une rgion est un exercice complexe dans lequel la traduction dintentions doit tre coordonne entre les diffrents secteurs et doit pouvoir se justifier. Les outils de simulation, bass sur des donnes spatiales et statistiques, permettent dtablir une prvision de dveloppement pour une rgion en combinant des donnes dmographiques, conomiques et politiques.

Figure 1-12 : Proposition damnagement du centre ville de Lausanne

(Source : www.lausanne-morges.ch)

Gomarketing : cette technique est utilise dans un contexte commercial. Elle permet de cibler et de localiser le meilleur emplacement possible pour ltablissement dun nouveau centre commercial ou point de vente. Les bassins demplois, les axes de communications, la prsence de terrains disponibles et constructibles, les zones de protection de lenvironnement, lemplacement de la concurrence ou des utilisateurs potentiels, etc., sont autant de critres prendre en compte dans une phase prliminaire de projet de dveloppement.

Construction : les levers topographiques et les mesures dimplantation sont les oprations ncessaires pour la plupart des travaux de construction. Lorsquil sagit dtablir un plan pour un projet routier ou lorsquil faut situer prcisment lemprise dun ouvrage, les mthodes topomtriques permettent de mesurer ou de restituer avec exactitude des lments gomtriques.

Figure 1-13 : Gomtre sur un chantier de construction dun pont


Elments de gomatique Ces quelques exemples montrent que linformation spatiale est prsente dans de nombreux domaines dactivits, du secteur public ou priv, petite ou grande chelle. Ils font tous intervenir les outils et techniques de la gomatique. Toutefois, il faut tre attentif la qualit des godonnes et aux mthodes employes. Compte tenu de lusage rpandu du GPS, des cartes et des globes virtuels, beaucoup de gens pensent que cest suffisant pour de nombreuses oprations et ne comprennent pas toujours la diffrence avec les mthodes et donnes employes dans un but professionnel o il faut respecter des contraintes lgales et des normes.

1.2. Les grands axes de la gomatique

1.2.1. Acquisition des donnes

Lacquisition dinformations est la base essentielle qui apporte du contenu la gomatique. Lacquisition comprend lensemble des mthodes et techniques de saisie et de lever de donnes relatives lenvironnement naturel et construit. De nombreuses techniques et capteurs permettent dacqurir des informations thmatiques et gomtriques sur le territoire. Voici le panel des solutions, existantes ce jour, permettant de constituer un rfrentiel reprsentant au mieux la ralit du terrain observ.

La godsie Toute mthode dacquisition sappuie sur un systme de rfrence associ un systme de coordonnes. Lorsque lon considre la Terre comme objet de rfrence, la dfinition dun systme de coordonnes rattach au globe nest pas triviale, cest un des buts de la godsie. Cette science consiste tudier la gomtrie de la Terre avec sa forme et sa dimension dans une ralit physique (champ de pesanteur) et avec sa propre dynamique (tectonique des plaques).

La tldtection La tldtection consiste saisir et dcrire des objets ou une portion de territoire distance au moyen de capteurs dimages. Chaque lment la surface de la Terre rflchit, absorbe et transmet une radiation diffrente selon sa structure ainsi que ses qualits chimiques et chromatiques. La radiation arrivant jusqu un capteur depuis un objet situ la surface de la Terre est appele radiance lectromagntique. En tldtection passive, le soleil est la source dnergie principale. De faon active, le capteur est muni dmetteurs et de rcepteurs dnergie lectromagntique (cest par exemple le cas pour les capteurs radars).

Figure 1-14 : Images satellites


Elments de gomatique Un des produits de la tldtection est l'image satellite. Il sagit dune composition panchromatique ou colore tablie partir des donnes numriques enregistres par des capteurs embarqus sur des satellites comme Spot, Landsat ou Ikonos. Elles sont dates et traites pour tenir compte des dclivits du terrain, de la rotondit de la Terre et ventuellement des perturbations atmosphriques. L'image satellite prsente de nombreuses qualits dun point de vue gographique :

Multi-temporelles, elles assurent une vision long terme de la surface terrestre et servent souvent de base aux modlisations du territoire.

Multi-scalaires, elles permettent une vision plus ou moins fine du territoire selon les besoins et les objectifs du projet.

Multi-spectrales, elles surpassent lil humain (utilisation de linfrarouge du spectre lectromagntique) en nous offrant la possibilit de mieux comprendre et anticiper les phnomnes environnementaux ou humains.

La photogrammtrie

La photogrammtrie est une technique permettant d'tudier et de dfinir avec prcision les formes, la nature, les dimensions et la position dans l'espace d'un objet, partir d'un couple stroscopique de photographies de celui-ci. En photogrammtrie, on distingue deux catgories de prises de vues : ariennes (vues verticales de la surface du sol) et terrestres (vues depuis le sol et perpendiculaires lobjet dintrt). La photogrammtrie comprend un ensemble doprations comme la prise de vues faite avec des appareils photographiques calibrs et la restitution de couples dimages avec des mthodes de digitalisation en 3D bases sur le principe de vision stroscopique. Parmi les produits de la photogrammtrie, on peut citer les modles du paysage ou du bti en 3D, les modles numriques daltitude et les orthophotos (images redresses selon une projection orthogonale).

Figure 1-15 : Photo arienne ortho rectifie

Le laser scanner

Le laser scanner est une technique qui permet lacquisition rapide et prcise de surfaces en tant quensembles de points caractrisant ces dernires et appels nuages de points. Ces oprations sont ralises partir de plates-formes ariennes ou terrestres. Le laser peut tre utilis depuis un point fixe ou alors en mouvement selon le projet et la nature du terrain modliser. Les nuages de points sont traits et filtrs de manire fournir des modlisations gomtriques des principaux objets scanns ou des modles de surface de la vgtation et du terrain.



Figure 1-16 : Modle Numrique de Terrain et systme de laser scanner aroport

La topomtrie

La topomtrie comprend lensemble des oprations de terrain et de bureau permettant dune part la saisie dobjets naturels ou construits et dautre part les travaux dimplantation qui consistent placer dans le terrain des repres selon un projet (ex. emprise dune construction). Les mthodes topomtriques sont celles couramment utilises par les gomtres avec des instruments comme les thodolites, les stations totales et les niveaux.

Figure 1-17 : Opration de topomtrie avec une station totale

1.2.2. Traitement informatique des godonnes

Le traitement des godonnes consiste laborer des produits numriques partir de donnes brutes provenant des oprations dacquisition. Il sagit en outre dorganiser linformation de manire ladapter aux besoins de lutilisateur. A titre dexemple, on peut citer le filtrage de donnes laser pour ltablissement dun modle numrique de terrain utile la conception de routes. Comme autre traitement, on peut aussi classer linformation par niveaux (couverture du sol, hydrographie, bti,) pour les besoins dun systme dinformation.



Les systmes dinformation gographique Le traitement des godonnes est souvent effectu avec des logiciels spcialiss appels Systmes d'Information Gographique (SIG), en anglais GIS. Un SIG est un outil informatique permettant dorganiser et de prsenter des donnes gographiques (cartes, rseaux divers, photographies ariennes etc.) travers plusieurs niveaux dinformation. Associs les uns aux autres, ces niveaux reprsentent au mieux la ralit du terrain ou dobjets spcifiques (routes, btiments, etc.), en fonction des besoins des utilisateurs.

Les bases de donnes rfrence spatiale La plupart des SIG sont associs une base de donnes qui permet une organisation structure et un stockage de linformation. Ceci permet de grer de manire intelligente les relations entre la gomtrie des objets et leurs attributs en assurant ainsi une cohrence lors des traitements et oprations de mise jour. On parle ainsi de base de donnes rfrence spatiale lorsque la gomtrie des objets et leurs coordonnes font partie intgrante de la base de donnes.

Figure 1-18 : Superposition des zones de bruit et des principales voies de transports Genve

(source : 2013 SITG - http:// www.ge.ch/geoportail/pro)

1.2.3. Diffusion et reprsentation de l'information

La diffusion des godonnes consiste fournir aux utilisateurs des moyens daccs linformation et/ou des supports de reprsentation. Llment de base et historique de la diffusion de linformation est le plan ou la carte. Cest une manire synthtique, simple et comprhensible de fournir un contenu caractre gographique sur une portion de territoire naturel ou construit. Avec lavnement de linformatique et le dveloppement des SIG, les supports de diffusion sont aujourdhui largement numriques que se soit des donnes vectorielles (plans et cartes) ou des donnes images (orthophotos, images satellites).


Elments de gomatique Laccs ce type dinformation est galement possible grce aux technologies de lInternet qui permettent la consultation de bases de donnes publiques appeles goserveurs contenant une grande quantit de cartes, images et autres donnes rfrence spatiale. Un simple navigateur Internet suffit pour accder ces serveurs et pour consulter graphiquement des godonnes.

Figure 1-19 : Accs la base de donnes cadastrale via le guichet cartographique du canton de Genve

(source : 2013 SITG - http:// www.ge.ch/geoportail/pro) Un serveur cartographique peut tre assimil un guichet automatique auquel lutilisateur fait appel pour afficher des cartes sur son ordinateur. Les interactions entre lutilisateur et le serveur seffectuent grce une interface graphique et des requtes de lutilisateur traduites dans un langage informatique. Les utilisateurs nont donc pas connatre les langages informatiques propres aux SIG. Un exemple de rsultat est lAtlas statistique du Canton de Vaud (www.cartostat.vd.ch) o de multiples informations peuvent tre combines et reprsentes sous forme de cartes. On parle de goservice pour les applications aptes tre mise en rseau et simplifiant lutilisation de godonnes par des prestations de services informatiss. La plupart des guichets cartographiques des administrations proposent des goservices pour la consultation de contenus thmatiques sur lenvironnement, les infrastructures, le cadastre et bien dautres domaines. Ces guichets offrent une reprsentation sous forme de cartes 2D thmatiques. Aujourdhui, le dveloppement des globes virtuels va un pas plus loin en proposant une visualisation en 3D avec une reprsentation du paysage base sur un modle numrique daltitudes, pouvant inclure des lments construits en 3D.


Elments de gomatique Note :



2. Rfrences

On donne ici quelques rfrences bibliographiques utiles et complmentaires au contenu de ce polycopi. Cette liste nest de loin pas exhaustive.

Gomascara M., (2009), Basics of geomatics, Ed. Dordech Springer

Burrough P., McDonnell R., (2006), Principles of Geographical Information Systems, Ed. Oxford University Press Devillers R., (2005), Qualit de linformation gographique, Ed. Herms Science Publication

Rfrences 19

Elments de gomatique 3. Table des figures Avertissement La plupart des figures de ce polycopi ont t cres lEPFL. Toutefois, les auteurs ont utilis un certain nombre de ressources dont les rfrences sont cites. Si lune ou lautre de ces ressources ne sont pas rfrences correctement ou font lobjet dun droit dusage particulier, nous vous prions de bien vouloir le signaler lauteur. Figure 1-1 : Les diffrents segments de la gomatique ..................................... 4 Figure 1-2 : Carte babylonienne du monde (Source : British Museum), 1re Mappemonde et Portulan de la cte Atlantique ....................... 6 Figure 1-3 : Mappemonde de 1559 ...................................................................... 7 Figure 1-4 : Ingnieur-gographe sous l'Empire ................................................ 7 Figure 1-5 : Vue arienne d'un fort durant la premire guerre mondiale. ................................................................................................................. 8 Figure 1-6 : Spoutnik-1 et Vue de la Terre depuis lespace .............................. 8 Figure 1-7 : Scne Landsat des Alpes Suisses (source : http : //www.npoc.ch) ..................................................................................................... 8 Figure 1-8 : Satellite appartenant la constellation du GPS ............................ 9 Figure 1-9 : Vue 3D des Alpes via Google Earth .............................................. 9 Figure 1-10 : Dplacement des plaques tectoniques sur la cte Ouest de lAmrique du Sud (source : http : //earthquake.usgs.gov/) ..................................................................................... 11 Figure 1-11 : Vue satellitaire dune zone de cultures en Espagne (Aragon) (source : http ://www.esa.int/) ......................................................... 11 Figure 1-12 : Proposition damnagement du centre ville de Lausanne (Source : www.lausanne-morges.ch) ................................................ 12 Figure 1-13 : Gomtre sur un chantier de construction dun pont ............. 12 Figure 1-14 : Images satellites ............................................................................. 13 Figure 1-15 : Photo arienne ortho rectifie .................................................... 14 Figure 1-16 : Modle Numrique de Terrain et systme de laser scanner aroport ................................................................................................. 15 Figure 1-17 : Opration de topomtrie avec une station totale ..................................... 15 Figure 1-18 : Superposition des zones de bruit et des principales voies de transports Genve (source : 2013 SITG - http:// www.ge.ch/geoportail/pro) ................................................................................ 16 Figure 1-19 : Accs la base de donnes cadastrale via le guichet cartographique du canton de Genve (source : 2013 SITG - http:// www.ge.ch/geoportail/pro) .................................................................. 17

20 Table des figures

1. Introduction la Gomatique1.1. Contexte et dfinitions1.1.1. Une dfinition rcente1.1.2. Une nouvelle perception de notre espace1.1.3. Quelques applications spcifiques

1.2. Les grands axes de la gomatique1.2.1. Acquisition des donnes1.2.2. Traitement informatique des godonnes1.2.3. Diffusion et reprsentation de l'informationNote :

2. Rfrences3. Table des figures

geomatique-polycopié 1

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