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Les Orthophotoplans

 

Qu'est-ce qu'un orthophotoplan?

Les domaines d'activité des orthophotoplans

Utilité des orthophotoplans

Réalisation d'un orthophotoplan

Avantages et inconvénients des orthophotoplans

L'exemple de la Communauté Urbaine de Lyon

 

 

Qu'est-ce qu'un orthophotoplan?
 

Les orthophotoplans sont des photographies aériennes qui ont été traitées pour éliminer les déformations dues aux reliefs et à la perspective.

On obtient alors des photos avec des qualités métriques (c’est à dire des photos sur lesquelles on peut faire des mesures) ou autrement dit qui sont parfaitement superposables à une carte.

Pour effectuer ce redressement, on utilise un MNA (Modèle Numérique d'Altitude) ou un MNT (Modèle Numérique de Terrain) obtenu à l’aide de courbes de niveau ou de points d’altitude.

 

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Les domaines d'activité des orthophotoplans:
 

L'orthophotoplan décrit le milieu physique et son occupation de surface avec une précision géographique améliorée. Ainsi, l'utilisation d'un tel outil se prédestine à l'aménagement du territoire au sens large. Il se couple normalement avec l'utilisation des SIG puisqu'il est géoréférencé et est donc superposable avec les différentes informations spatiales de type vecteur.

 

ETUDE DU MILIEU URBAIN

 

ESPACE FONCIER - Réviser le cadastre numérique,
- Permis de construire,
- Plan d'Occupation des Sols.
GESTION DE L'HABITAT - Aménagement des quartiers,
- Evolution et extension urbaine,
- Analyse de la structure urbaine.
GESTION DU PATRIMOINE - Patrimoine municipal ou des collectivités locales,
- Patrimoine d'Etat,
- Patrimoine mondial. 
GESTION DU DOMAINE PUBLIC - Patrimoine institutionnel et leur répartition dans la ville,
- Infrastructures des réseaux de transport, plan de circulation,
- Position et limites des chaussées.

 

ETUDE DES MILIEUX A DOMINANCE VEGETALE

 

GESTION DES ESPACES VEGETAUX - Espaces boisés,
- Espaces verts (squares, jardins, parcs),
- Alignements de la végétation et coulée verte.
GESTION DES ESPACES RURAUX - Caractérisation des espaces agricoles,
- Phénomènes de déprise agricole,
- Remembrement.

 

AUTRES ETUDES

 

RECENSEMENT DES ELEMENTS DE L'ESPACE (habitat, végétation, voirie...)
UTILISATION DES FONDS DE PLAN (POS, Cadastre...) POUR DES SIMULATIONS D'ETUDES D'IMPACTS

 

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Utilité des orthophotoplans:

 

L'apport d'un orthophotoplan est un apport de données brutes par l'image qui peut se révéler être un outil de développement et d'aide à la décision. Aussi, l'utilité des orthophotoplans est multiple:

- l'apport d'une source de données supplémentaires,

- la reconstitution des tissus urbains et la reformation des ilôts,

- la gestion des secteurs en voie de paupérisation ( vétusté des habitations en centre-ville et des logements sociaux en périphérie)

- le croisement des données disponibles (données INSEE, bases de données SIG...) avec l'apport de l'orthophotoplan,

- la requalification des orthophotoplans,

- l'utilisation du MNT ........

 

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Réalisation d'un orthophotoplan:
 

PHASE D'ACQUISITION

 

ETAPE N°1: PRISE DE VUE AERIENNE

Les clichés sont réalisés par une caméra embarquée dans un avion:

- exécution du vol suivant un plan précis, tout en conservant un vol régulier,
- prise de vue réalisée pendant une période proche du solstice d'été (21 juin).
Le centre des clichés est positionné grâce à la présence d'un GPS à bord de l'appareil. Seules les parties centrales des photos seront utilisées pour l'assemblage.
ETAPE N°2: NUMERISATION DES CLICHES BRUTS
L'objectif est de passer d'une photographie analogique sur film à un fichier numérique. Ainsi découpée en pixels, chaque pixel comportera les informations permettant son rattachement dans un système de coordonnées (Lambert par exemple) et sa couleur définie parmi 16 millions. La résolution au sol est définie par la taille du pixel en centimètres.

 

PHASE DE TRAITEMENT DES CLICHES

 

ETAPE N°3: MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN

La photo ainsi obtenue présente des déformations ne permettant pas une superposition avec une carte. Il est donc nécessaire de corriger ses erreurs (dues notamment à l'inclinaison de la caméra, relief, courbure de la terre, défauts du film, défauts météo) pour obtenir une photo dont l'échelle est constante en tout points. La connaissance précise des points au sol (coordonnées Lambert X et Y) et l'altitude (Z) composant le MNT permettent de réaliser des corrections par des calculs et des traitements informatiques.

ETAPE N°4: CORRECTIONS GEOMETRIQUES

Le MNT ainsi obtenu doit subir des corrections géométriques afin que tous les points de l'image possèdent des coordonnées géographiques dans le système de projection choisi.

ETAPE N°5: CORRECTIONS RADIOMETRIQUES

A ce stade du traitement, les orthophotographies peuvent être associées les unes aux autres ou à des cartes mais elles nécessitent des corrections radiométriques dues aux différences d'éclairement dans les clichés et entre les clichés:

- correction des différences d'éclairement entre le centre et les bords de l'orthophotoplan,
- amélioration des clichés entre eux en traitant les zones de recouvrement,
- définition d'une gamme de couleurs et de niveau de contraste et élimination des parasites.

 

PHASE DE RENDU FINAL

 

ETAPE N°6: MOSAÏQUAGE NUMERIQUE

Réalisation du mosaïquage des orthophotoplans en éliminant les zones de recouvrement et en rendant les raccords invisibles pour obtenir une image globale.

ETAPE N°7: FOURNITURE DE L'ORTHOPHOTOPLAN

La taille excessive de cette image (de quelques Go à quelques centaines de Go) empêche toute manipulation au sein d'un SIG et il est donc nécessaire de découper cette image en plusieurs petits éléments pour permettre de manipuler les informations fournies par l'orthophotographie. On peut utiliser des formats de fichiers tels que: TIFF RVB, TIFF indexé, XWD, JPEG... Des formats compressés pourront être fournis en plus par le prestataire pour faciliter le stockage et la consultation.

ETAPE N°8: CONTRÔLES AVANT INTEGRATION

A ce stade, 3 types de contrôles existent:

- Contrôles géométriques: on compare les écarts entre l'orthophotoplan et un fichier vecteur comme le cadastre,
- Contrôles radiométriques: on vérifie la qualité des orthophotoplans (lisibilité, qualité des couleurs, contrastes...)
- Contrôles du mosaïcage: on vérifie la qualité des raccordements entre les différentes images composants l'orthophotoplan.

 

Un an à un an et demi devront être nécessaire pour réaliser une telle prestation qui devrait débuter en général vers le début juin.

 

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Avantages et inconvénients des orthophotoplans:

 

AVANTAGES

 

- Multitude d'informations contenues dans un orthophotoplan (végétation, constructions, lignes de canalisation...),

- Outil visuel d'aide à la décision,
- Possibilité de superposer différentes couches vecteurs sur les orthophotoplans.
 

INCONVENIENTS

 

- Coût élevé de la prestation,

- Taille importante des fichiers nécessaires au stockage des images,
- Document d'accompagnement à d'autres sources de données.

 

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L'exemple de la Communauté Urbaine de Lyon:

 

Dès 1993, le Grand Lyon avait réalisé un premier orthophotoplan à l’échelle du 1/20 000e, mais pour différents problèmes (évolution du bâti, échelle pas assez adaptée …), cet orthophotographie est devenue vite obsolète. Aussi, en 1997, le Grand Lyon a confié à la Société Eurosense la réalisation d’une prise de vue aérienne au 1/8 000e couvrant environ deux fois son territoire, soit 1 050 Km2 correspondant au territoire couvert par le schéma directeur d’aménagement de l’agglomération lyonnaise. Cette prise de vue qui a été réalisée en juillet 1997 ne constituait qu’une première étape et de nombreux traitements, réalisés par l’I.G.N dans le cadre d’un marché, ont été nécessaires pour aboutir à une photo véritablement utilisable comme un fond de plan

 

OBJECTIF DE L'ORTHOPHOTOPLAN DU GRAND LYON

Compléter les informations des applications du S.U.R par :
- la superposition de photos aériennes et de plans scannés,
- la visualisation d’images associées à la base de données,
- le traitement d’image.
VOLUME D'INFORMATIONS TRAITE PAR L'ORTHOPHOTOPLAN
-  90 000 hectares de territoire couvert par une orthophotographie issue d’une prise de vue au 1/20 000 réalisée en 1993,
- 100 000 hectares de territoire couvert par une orthophotographie issue d’une prise de vue au 1/8 000 réalisée en 1997,
- 34 plans au 1/2000,
- 96 plans au 1/5000.

 

Les différentes étapes de réalisation de l’orthophotoplan du Grand Lyon

 

1. PRISE DE VUE AERIENNE

La prise de vue a été assurée par une caméra embarquée dans un avion spécialement aménagé, à une altitude d’environ 2 400 m. Les mauvaises conditions météorologiques du début d’été 1997 n’ont pas permis d’effectuer la prise de vue au plus près du solstice d’été et a du être reporté pour la fin du mois de juillet. La prise de vue s’est effectuée en analogique sur support argentique (dimension d’une diapositive : 23cmx23cm). D’autre part, compte tenu des objectifs recherchés dans la mise en œuvre de l’orthophotographie, les choix techniques arrêtés par le Grand Lyon ont été d’effectuer une prise de vue au 1/8 000 avec une emprise au sol d’un cliché de 1 840 m x 1 840 m et une focale de l’objectif de 300 mm. Le nombre total de clichés a été de 1 322 photos.

 

2. NUMERISATION DES CLICHES BRUTS

Le rendu des photos aériennes a été scanné avec un pas de 21 microns correspondant sur une photo au 1/8 000 à une distance sur le terrain de 16,8 centimètres. Chacune des photos brutes numérisées a constitué un fichier d’un volume d’environ 347 Mo, livré sur un CD Rom, et les 1322 CD Rom constituaient un volume d’environ 458 Go.

 

3. MODELE NUMERIQUE DE TERRAIN

En ce qui concerne le Modèle numérique de terrain, près de 190 000 points ont été issus d’une prise de vue aérienne au 1/15 000 réalisée en 1991. De plus, des compléments ont été rajoutés à partir des clichés de la BD topo de l’IGN de façon à compléter les zones peu denses, saisir les lignes de rupture de pente et les passages aériens des voies de communication et rectifier les zones ayant évolué entre 1991 et 1997.

 

4. CORRECTIONS GEOMETRIQUES & RADIOMETRIQUES

Différentes corrections géométriques et radiométriques ont été effectuées sur les clichés du Grand Lyon afin d’améliorer la couleur, les contrastes, d’éliminer les bruits et les parasites et afin d’obtenir une continuité évidente de l’ensemble des images…

 

5. MOSAÏCAGE NUMERIQUE

Un mosaïcage numérique des clichés a été effectué afin d’assembler les différents clichés et de reconstituer une image continue du territoire de l’orthophotoplan du Grand Lyon (constituée de 1 322 pièces).

 

6. FOURNITURE DE L'ORTHOPHOTOPLAN

Si cette image continue permettait alors de l’intégrer dans un S.I.G, sa taille énorme (123 Go en format TIFF RVB) ne permettait pas une manipulation aisée. Aussi, on a du effectuer une dernière opération qui consistait au découpage de l’image continue de 1 050 Km2 en images plus réduites d’un volume d’environ 3 Mo, aisément manipulables et affichables à l’écran : on a ainsi obtenu 37 675 images réduites pour couvrir l’ensemble du territoire avec un pixel de 16 cm, regroupées en groupes de 12 x 12 images (soit 144 images) couvrant un territoire plus important tout en conservant un volume les rendant encore manipulables.

 

7. CONTROLES AVANT INTEGRATION

Enfin, avant la mise en service de l’orthophotoplan, différents contrôles ont été effectués sur les résultats obtenus notamment en ce qui concerne les éventuels écarts obtenus entre les images et le cadastre de la région lyonnaise (voir différentes images de superposition avec le plan cadastral)

 

8. CONCLUSION

En ce qui concerne le coût de l’orthophotoplan, le montant total de la prestation s’est élevé à   4 200 000 francs, dont 8 à 10 % concernant la prise de vue et la fourniture d’un jeu de diapositives. L’orthophotographie numérique couleur de 1997 du Grand Lyon est aujourd’hui un outil de travail confirmé pour les services de la Courly, les communes et les différents partenaires du Grand Lyon. Cette réalisation, par son étendue, sa finesse, sa précision et sa qualité, constitue une première en France.

 

Source: Revue "Les dernières nouvelles du S.U.R: l'ortho-photo numérique couleur 1997", Numéro spécial, Décembre 1998, Le grand Lyon.

 

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