TROISIÈME PARTIE APPROCHE AÉRIENNE
III. 2.1.3.2 Lever de terrain
Les appareillages utilisés dans le lever de terrain sont : un système GPS Leica 1200 (GX1230), et un tachéomètre ou Station Totale Sokkia SET630R série 20 (figure III.11) : • Système GPS Leica 1200 (GX1230) : capteur GPS bifréquence, géodésique, avec
mesure cinématique en temps réel (RTK). C’est un système avec acquisition rapide, et un bon rapport signal-bruit. La précision de la mesure et la précision des positions planimétrique et altimétrique dépendent de divers facteurs dont le nombre de satellites, la géométrie, le temps d’observation, la précision des éphémérides et les conditions ionosphériques. La précision de la mesure en mode statique est : horizontal 5mm + 0.5ppm, vertical 10mm + 0.5ppm ; et en mode cinématique : horizontal 10mm + 1ppm, vertical 20mm + 1ppm. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
• Tachéomètre ou Station Totale Sokkia SET630R série 20 : diode laser sur le proche infrarouge, avec une longueur d’onde de 780nm (invisible), et une portée jusqu’à 3 500m en utilisant un prisme simple. La précision brute (théorique) de mesure de distance est de 2mm ± 2ppm en fonction de la distance de mesure. La température de fonctionnement oscille entre -20° et 50° Celsius. La précision brute de mesure d’angles est de 2" / 0,6mgon / 0,01mil. La précision de mesure de l’appareil en distance et en utilisant un prisme, est égale à (± 2 ppm x distance) en millimètre. Pour une distance moyenne de 100 m la précision de mesure est de plus ou moins 2 millimètres. La précision angulaire de la mesure est égale à 6".
Figure III.11 - Système GPS Leica 1200 et tachéomètre Sokkia.
Tel que nous l’avons mentionné dans le chapitre relatif à la méthodologie de l’approche aérienne, on a mis en place une stratégie de géoréférencement hiérarchique pour répondre à plusieurs besoins simultanément. D’abord, pour la normalisation de la méthodologie du lever de terrain qui affectera toutes les études menées par les différents acteurs du GIS- Draix (Groupement d’Intérêt Scientifique). Ensuite, plus spécifiques à cette recherche, pour la précision des repères de terrain destinés aux phases de calcul et validation du MNT drone.
L’historique d’application de la photogrammétrie à Draix remonte à l’année 1985 avec une mission de photographies aériennes classiques. Les levers terrain de PCT à l’époque ont été réalisés par théodolite. C’est au début des années 2000 que les levers par GPS (tableau III.4) de PCT ont commencé.
Férréol (2005) signale que dans la base de données des travaux altimétriques à Draix, il existe des incohérences entre les différentes campagnes GPS différentiels (DGPS), même dans les travaux qui ont été effectués avec des équipements similaires. L’auteur indique l’absence d’un protocole d’utilisation de DGPS (modèle de Géoïde, coordonnées de la base, temps de mesure, entre autres) comme une des causes des incohérences entre les différentes campagnes. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Tableau III.4 - Levé DGPS de points de contrôle terrestre à Draix (2002 - 2004).
équipement date méthode des points nombre objectif de la mission
Aschtech 2002 statique 23 PCT photo aérienne 1999 Aschtech 2003 statique 35 PCT mission drone pixy 2003 Aschtech 2003 RTK 223 validation drone pixy MNT 2003 Leica GS50 2004 RTK 90 PCT mission drone pixy et ULM 2004 Trimble 5700 2004 RTK 4228 validation mission drone pixy et ULM 2004 Trimble 5700 2004 RTK 462 ortho rectification 2004
La plupart des PCT définis sur Draix n’a pas des repères stables sur le terrain, donc la fiabilité avec laquelle on peut utiliser ces points historiques est très faible. Comme ces points sont à la base de tous les traitements d’images, leurs incohérences et incertitudes seront aussi transférés à leurs produits. Ces problèmes affectent tant la qualité de la restitution du relief que la validation des MNT.
Pour palier ce problème, un pilier ou station base GPS (pivot) a été construit dans le bassin du Moulin au début des années 2000, afin de servir de pied d’antenne GPS (pivot) permanente pour le lever différentiel. Le pilier consiste en une colonne de béton coffré dans un tuyau PVC et une base en métal dans la partie supérieure, afin de fixer l’antenne GPS ou tout autre instrument topographique. Mais les différents calculs des coordonnées du pilier déjà faits avant ma thèse montrent des résultats contradictoires. Cette incohérence peut causer à son tour des incohérences dans les calculs de coordonnées pour les différentes missions GPS différentielles à réaliser par les différents acteurs du GIS-Draix. Le pilier du Moulin représente une solution idéale pour une géo référencement stable et définitif. Toutefois, dans le cas d’utilisation de certains appareils, on ne peut se positionner directement sur le pilier. Par exemple, avec le DGPS la mesure de l’hauteur de l’antenne se fait normalement par une méthode normalisée qui prend en compte la base qui fixe l’antenne au trépied (GPS Leica 1200). En utilisant le pilier comme base de l’antenne on risquerait de produire une erreur systématique dans le calcul des coordonnées.
Le calcul des coordonnées terrestre de PCT représente un point clef de la phase de préparation de terrain de cette recherche, étant donné la précision requise d’images aérienne drone et dans la restitution du relief par stéréophotogrammétrie.
La stratégie hiérarchique de lever de terrain commence par l’identification d’une référence topographique nationale à l’aide des bornes IGN.
Il existe deux bornes IGN du Service Géodésique proche de la zone d’étude, avec une précision décimétrique (tableau III.5 et figure III.12). La borne IGN0403603B est localisée dans le village du Brusquet à environ 5 km de distance des Bassins Versants de Recherche et d’Expérimentation à Draix (BVRE) du Moulin, Laval et la Roubine, mais plus proche du BVRE du Brusquet. En plus, le bassin du Brusquet et les autres BVRE à Draix sont séparés par une montagne qui peut empêcher l’utilisation de cette borne IGN comme pivot pour un lever GPS différentiel. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
L’autre borne disponible (IGN0407201A) est localisée sur la route près du village de Draix, à environ 2 km des BVRE du Moulin, Laval et la Roubine, sans obstacles pour le signal radio. Une troisième borne IGN a été trouvée au sommet du Champ Grass (IGN0409702), mais celle-ci n’est pas une borne géodésique donc ses coordonnées ne sont pas connues au préalable.
Tableau III.5 - Bornes IGN proches des BVRE à Draix.
Bornes IGN X Y Z Type Localisation
IGN0403603B 917850,67 3214671,55 786,42 Géodésique, qualité décimétrique
Au Brusquet à coté du terrain de foot IGN0407201A 920013,69 3211833,61 871,00 Géodésique, qualité
décimétrique
Sur la route vers Draix
Figure III.12 - Réseau de bornes IGN à Draix.
La deuxième étape de création des repères fixes concerne le réseau de bornes permanentes (BP) (figure III.13). Pour chaque borne nous avons creusé un trou dans le terrain au fond duquel nous avons placé plusieurs ferrailles à béton. Cette cavité a été remplie postérieurement d’un mélange de ciment, eau et sable. La partie supérieure de la borne consiste en une plaque métallique encastrée dans un champignon de béton légèrement soulevé du terrain. CemOA : archive ouverte d'Irstea / Cemagref
Figure III.13 - Les bornes permanentes (BP) en béton.
Les BP ont été distribuées dans le bassin du Moulin principalement (14 au total), tandis que les autres 7 BP ont été positionnées vers la périphérie du bassin du Laval (figure III.14).
Figure III.14 - Distribution de bornes permanentes (en jaune) sur les bassins du Moulin (ligne rouge) et le Laval (ligne violet).
CemOA
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Le critère de positionnement a été principalement une bonne distribution spatiale des bornes. En plus, sur le bassin du Moulin, on a aussi tenu compte de la visibilité des différents systèmes de ravines. Ces bornes permanentes permettent la rectification des missions aériennes, ainsi que la normalisation des futures campagnes GPS. Les BP de la périphérie du Laval servent aussi à évaluer la qualité des anciens levers DGPS.
Nous avons établi un protocole d’utilisation d’équipements GPS différentiel qui comprend les paramètres suivants : ellipsoïde local CLARKE 1880 IGN, modèle de géoïde RAF98, système de projection Lambert III, système de coordonnées NTF Lambert III 3G, modèle de SCSP GR3DF97A. La méthode de levé DGPS cinématique en temps réel (real time kinematic, RTK) a été sélectionnée, ce qui présente des avantages en termes de rapidité de mesure et de contrôle de qualité en temps réel (Mora et al., 2003). Nous avons donc mesuré les coordonnées terrain de tous les BP (tableau III.6) et les mires (annexes) mises en place par DGPS RTK.
Tableau III.6 - Coordonnées de bornes permanentes à Draix (par DGPS Leica 1200 RTK).
Id X Y Z date de la mission BP01 921798,3500 3212344,3473 863,0695 10-2006 BP02 921719,1593 3212514,5055 877,9710 10-2006 BP03 922239,8276 3212999,5003 1019,0576 04-2006 BP04 922928,9402 3212915,6458 1087,2340 04-2006 BP05 922244,1267 3211846,7916 884,6351 10-2006 BP06 921856,3488 3212492,8113 874,4865 10-2006 BP07 921930,4532 3212416,2006 855,7068 08-2005 BP09 922713,3423 3213184,6157 1075,4040 04-2006 BP10 921748,6189 3212672,5669 894,2131 10-2006 BP11 922016,3484 3212190,6370 862,5056 10-2006 BP14 922206,0632 3212343,0303 877,2182 04-2006 BP15 922667,6123 3211889,9673 928,4853 11-2006 BP21 921814,2299 3212451,1401 868,7701 10-2006 BP22 921964,3089 3212615,1156 903,6415 10-2006 BP23 921934,1143 3212571,3111 895,3840 10-2006 BP24 921866,5334 3212517,6663 877,3985 10-2006 BP25 921790,5003 3212651,4611 896,6994 10-2006 BP26 921919,3420 3212648,9813 904,3953 10-2006 BP27 921873,1208 3212708,5154 926,1485 10-2006 BP28 921631,9209 3212576,3465 907,3654 10-2006 BP29 921613,8371 3212457,1410 891,5239 10-2006 BP30 921798,3383 3212549,0480 880,0173 10-2006
Plusieurs missions DGPS et tachéomètre ont été réalisées sur les mêmes BP, permettant de vérifier la cohérence des coordonnées mesurées par rapport à la précision attendue. Dans le tableau III.7 nous pouvons observer l’écart type de ces mesures sur 20 BP. Les résultats sont cohérents avec la précision attendue de l’équipement et la méthode utilisée.
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Tableau III.7 - Evaluation de la précision dans le calcul des coordonnées de bornes permanentes (BP) à Draix.
écart type (m)
Id X Y Z missions utilisées nombre des
BP01 0,0313 0,0308 0,0151 3 BP02 0,0000 0,0083 0,0142 3 BP03 -0,0045 -0,0046 -0,0174 2 BP04 0,0163 0,0101 -0,0129 2 BP05 0,0121 -0,0050 0,0162 2 BP06 0,0681 0,0365 0,0211 3 BP09 -0,0039 -0,0201 -0,0241 2 BP10 0,0271 0,0132 0,0097 3 BP11 0,0116 0,0034 0,0469 2 BP14 0,0007 0,0048 -0,0208 2 BP21 0,0156 0,0039 0,0196 3 BP22 0,0098 -0,0115 0,0152 2 BP23 0,0000 0,0177 0,0148 3 BP24 0,0067 0,0088 0,0117 2 BP25 0,0221 0,0064 0,0132 4 BP26 0,0221 0,0110 0,0134 3 BP27 0,0247 0,0083 0,0096 5 BP28 0,0313 0,0258 0,0102 3 BP29 0,0271 0,0226 0,0110 3 BP30 0,0156 0,0130 0,0166 3
La stratégie méthodologique de lever terrain établie nous a permis la mise à disposition et la stabilisation d’un réseau de PCT, à plusieurs niveaux : 2 bornes IGN géodésiques, 22 bornes permanentes (dont 14 au Moulin), environ 100 mires semi permanentes au BVRE du Moulin. Ces points de terrain représentent une base de données de contrôle terrestre adéquate pour le besoin de traitement d’images à très haute résolution.
Le couplage DGPS-Tachéomètre nous a permis d’une part la validation de la qualité du levé DGPS RTK réalisé, mais aussi la prise d’information altimétrique au fond des ravines les plus profondes, et de façon fiable.
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III.2.1.4 Calcul informatique du MNT
III.2.1.4.1 Géométrie