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Nicolas DUBOURDIEU - Matthieu FONDIN - Pascal HASPERUE

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1 Nicolas DUBOURDIEU - Matthieu FONDIN - Pascal HASPERUE
Les Modèles Numériques de Terrain Nicolas DUBOURDIEU - Matthieu FONDIN - Pascal HASPERUE EPTEGE

2 Les méthodes de conception
Définitions Les méthodes de conception Les données Les logiciels Les applications Les limites Les sources

3 Définitions

4 Les modèles numériques d'élévation (MNE) fournissent une description unique de notre environnement en trois dimensions. Ce sont des fichiers altimétriques constitué par un réseau maillé régulier d'altitudes. Les MNT décrivent le profil du sol tandis que les MNS intègrent le sursol (bâti, végétation…) MNE = Modèle Numérique d’élévation / DEM – Digital Elevation Model MNT = Modèle Numérique de Terrain / DTM – Digital Terrain Model MNS = Modèle Numérique de Surface Plusieurs termes (MNS, MN Urbain, MN Géophysique…) recoupent en fait la même notion. Ce modèle numérique peut être composé d'entités vectorielles ponctuelles (points cotés), linéaires (courbes de niveau), surfaciques (facettes) ou représenté en mode raster (cellules)

5 Les méthodes de conception

6 Ils peuvent être calculés de différentes manières :
- à partir de courbes de niveaux vectorisées, - à partir de couples stéréoscopiques d'images aériennes ou satellitales, par corrélation automatique ou par restitution, - à partir de couples d'images radar, - à partir de laser aéroporté (LIDAR), - à partir de sonars.

7 La construction des MNT
Les prises de vues La stéréoscopie On entend par stéréoscopie toutes les méthodes qui permettent d’obtenir une « impression » de relief : Soit en restituant une image en relief à partir de deux photographies (prises sous des angles différents), Soit en observant un objet à travers un instrument d’optique.

8 La construction des MNT
Les prises de vues Les prises de vues Principe MNT réalisés à partie d’un couple stéréoscopique Les clichés sont réalisés à intervalles réguliers au fur et à mesure du déplacement de sorte qu'une partie de chaque cliché est commune avec le précédent et le suivant. La zone de recouvrement représente approximativement 60 % de l’image en plaine et 80 % en montagne.

9 MNT à partir d’images SPOT
La construction des MNT Les prises de vues MNT à partir d’images SPOT On dispose au départ de deux images numériques formant un couple stéréoscopique. Quatre étapes essentielles   mise en place du couple et calcul d’orientation recherche d’appariements des points lissage, corrections, reconstitution des manques calcul d’un MNT

10 La construction des MNT
Les prises de vues Possibilités Il permet de restituer le relief pour l’établissement de cartes topographiques au 1:200 000, 1:100 000, 1:50 000 ou au 1:25 000. La corrélation détecte automatiquement des points caractéristiques homologues sur les images, par comparaison de paramètres descriptifs (niveau de luminosité, contraste, coordonnées, paramètres géométriques de ligne, etc.).

11 La digitalisation des courbes de niveau
La construction des MNT Numérisation La digitalisation des courbes de niveau Acquisition indirecte : la numérisation  Les courbes de niveau peuvent être numérisées à partir d’une carte papier ou mieux à partir d’une planche-mère orographique ne contenant que la représentation du relief (lignes de courbes de niveau, points cotés...). Deux types de procédures sont envisageables : soit manuellement avec une table à numériser ; soit semi-automatiquement par passage sous scanneur.

12 Numérisation avec une table
La construction des MNT Numérisation Numérisation avec une table Le document (carte topographique ou planche-mère) est disposé sur le plan de travail de la table, relié à un ordinateur

13 Numérisation par scanner
La construction des MNT Numérisation Numérisation par scanner Grâce à un scanner, un document cartographique épuré peut aboutir, après des opérations de labélisation et d'interpolation plus ou moins automatiques, au calcul d’une grille régulière du relief, c ’est à dire d ’un MNT.

14 Contrôles des MNT

15 La construction des MNT
Contrôles du MNT NIVEAU GLOBAL Un premier contrôle peut être effectué en visualisant l'image du MNT en 256 nuances de gris On peut aussi produire des vues 3D

16 La construction des MNT
Contrôles du MNT NIVEAU INTERMEDIAIRE En superposant MNT et points côtés et en calculant la différence de valeurs entre les deux couvertures, on obtient une évaluation plus précise de l’altitude mais ne couvrant pas la totalité de l'espace étudié.

17 La construction des MNT
Contrôles du MNT NIVEAU FINAL Les erreurs à cette échelle ont pu être expliquées en analysant des vues 3D sur le terrain. Le logiciel n'établit pas un Modèle Numérique de Terrain, mais un Modèle Numérique de surface

18 La construction des MNT
L’orthophotographie

19 Les MNT sont nécessaires pour la rectification
des images aériennes ou satellitales et donc la production d'orthophotographies.

20 Les orthophotographies
La construction des MNT Les orthophotographies Définition et principe L’orthophotographie est une technique qui permet de redresser une image ou une photographie suivant le relief de l’objet qu’elle représente à partir d’un modèle numérique de terrain

21 Les déformations d'une prise de vue photographique à l ’aide d ’un MNT
La construction des MNT Les déformations d'une prise de vue photographique à l ’aide d ’un MNT Prise de vue inclinée Prise de vue frontale Projection orthophotographique Le fichier image obtenu est corrigé à partir des paramètres d’orientation de la chambre de prise de vue, de points de calage connus en XYZ et du Modèle Numérique de Terrain.

22 LA CONSTRUCTION DES MODELES
La construction des MNT LA CONSTRUCTION DES MODELES  Photo aérienne Points côtés Si on dispose déjà d'un MNT, on peut se dispenser de le calculer à partir des couples. On orthorectifie alors la photo aérienne, en prenant des points d'amer et en calculant un modèle. Ce dernier est ensuite appliqué à la photo.

23 Les méthodes d’interpolation Pondération inverse à la distance
Triangulation avec lissage (triangulation de Delaunay) Interpolation rectangulaire (4 points les + proches / bi-linear) Méthode géométrique du + proche voisin (diagrammes de Voronoï) Méthode géostatistique utilisant à la fois l’éloignement et la variance des valeurs représentées (kriging ou krigeage)

24       MNT Couple stéréo HRS Spot5 / Vue 3D Vésuve, Italie, 10 mai 2002 SPOT Scene 10m couleurs SPOTView Ortho 10m couleurs

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26 La cartographie à laser aéroportée
(ou LIDAR - Light Detection and Ranging - radar optique) constitue une méthode rapide et fiable pour obtenir des données tridimensionnelles pour la création d'un modèle numérique de terrain. Le système, qui est en mesure de produire un MNT avec une précision de ± 15 cm, est utile pour les applications où il est nécessaire d'avoir un degré de précision relativement élevé, mais au-dessus d'une bande de terrain étroite.

27 L'utilisation du capteur laser aéroporté jumelé aux systèmes de navigation et de positionnement permet de produire un enregistrement continu du relief du terrain le long d'un corridor ou d'une trajectoire de vol donnée. Le laser émet jusqu'à impulsions à la minute, produisant un nombre identique de points tridimensionnels. Selon l'altitude et la vitesse de l'avion ainsi que la fréquence et la largeur du balayage, la densité des points au sol peut être aussi rapprochée que 60cm. Dépendamment de la précision demandée pour le MNT, l'avion peut voler jusqu'à 1000m d'altitude, générant un balayage de 700m de largeur. Une plus haute altitude réduira cependant la densité des points et, conséquemment, la précision du MNT. L'altitude de vol typique pour obtenir des équidistances de 30 cm serait de l'ordre de 500 mètres.

28 Les outils propres à la bathymétrie
EM12: Sondeur multifaisceaux SAR: Système Acoustique Remorqué

29 Les données

30 Référentiel du relief sur la France, la BD ALTI® décrit la forme du terrain à différentes échelles (du 1 : 50 000 au 1 : 1 000 000) et peut être déclinée en produits multiples adaptés. Elle est composée de courbes de niveau et de points côtés par numérisation de cartes et restitution photogrammétrique de photos aériennes. Elle couvre l’ensemble du territoire métropolitain, ainsi que les DOM et la Guyane   Gamme complète de MNT de pas de 50 m à 1 000 m BD TOPO MNT: pas de 25 m Compatibilité avec la BD CARTO®, OCS raster, GEOROUTE®, BD CARTHAGE®, SPOTView® France, SCAN 50®, SCAN Départemental® Précision altimétrique de 5 à 40 m Nombreux produits dérivés Formats BIL, GRID, liste XYZ ASCII

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32 GTOPO 30 GTOPO30 est un modèle global numérique d'élévation avec une précision altimétrique de 1000m élaboré par plusieurs organismes (NASA, …) GTOPO30 est dérivé de plusieurs sources Raster (format bitmap) et vectorielles d'informations topographiques.

33 Résolution du MNT 10m 20m 50m 100m 200m 250m 500m 1000m 1/25.000 1/50.000 1/ 1/ 1/ 1/ 1/ Résolution du MNT XY Z Plaine Montagne 1/25.000 8m 2.5m 10m 1/50.000 15m 7m 1/ 40m 20m 1/ 80m 1/ 100m 25m 50m 1/ 250m 60m 150m 1/ 1000m 300m 600m Résolution Résolution possible nominale

34 GEOmetris "3D" Résolution 2 à 5m Echelle Carto GPS différentiel
Aire Mini >25 km² Image Satellite Ikonos 1m stéréoscopiques Précision XY 2 à 2,5m Précision Z 1 à 2,5m Clutter 16 classes Typologie Urbain collectif dense Urbain individuel dense Urbain collectif moyennement dense Urbain individuel moyennement dense Groupes d'immeubles hauts immeubles hauts isolés Urbain diffus Centres anciens Zones industrielles et commerciales Espaces ouverts intra-urbains Zones boisées intra-urbains Villages Espaces ouverts Zones boisées Eaux intérieures Mers et Océans Réseau autoroutes routes principales routes secondaires voies ferrées hydrographie frontières aéroports La gamme de produits GEOmétris se décompose en :       Une offre GEOmetris "2D" bases de données "contour de bâti" à une résolution de 5m réalisées à partir d'images satellites et de cartes topographiques au 1/ (si disponibles) ou points GPS.    Les packages GEOmétris "2D" sont composés de 4 plans d'informations:   Le Modèle Numérique de Terrain   L'Occupation du Sol (contours du Sursol inclus)   Les Réseaux Hydrographiques et de Transport   L'Orthoimage Satellite     Une offre GEOmetris "3D" bases de données "contour et hauteur de bâti" à une résolution de 2 à 5m, réalisées à partir d'images satellites métriques et de points GPS.    Les bases de données GEOmétris "3D" sont composées de 5 plans d'informations : Le Modèle Numérique de Terrain   Le Modèle Numérique d'élévation (contours et hauteurs du Sursol)   L'Occupation du Sol ou Clutter (contours du Sursol inclus)   Les réseaux hydrographique et de transport   L'Orthoimage Satellite

35 Les logiciels

36 Les formats de MNT RASTER BIL Arc/Info BIL DEM USGS DEM DTD NIMA DTED
ASC-GRD Arc/Info ASCII GRD Vertical Mapper GRID GRS GRASS FLT Arc/Info binary GRID IMG Erdas Imagine Image MIG MapInfo GRID XYZ ASCII XYZ VECTEUR AGE Arc/Info Generate DLG USGS Digital Line Graph ERV ER Mapper vector GCM GéoConcept MIF/MID MapInfo Data Interchange Format SHP ArcView Shapefile TAB MapInfo Table

37 La gamme ArcGIS Extensions ArcView + 2500 € + 2500 €
Arc/Info ArcView 3.3 1200 €

38 ArcGIS 3D Analyst intègre les fonctions suivantes : - Construction de modèles surfaciques à partir de n'importe quelles données - Visualisation interactive 3D incluant les fonctions zoom, déplacement; rotation, inclinaison, survol, trajectoires utilisables pour l'analyse et la représentation - Modélisation d'objets réels tels que des bâtiments - Modélisation d'objets souterrains : puits, mines, nappes phréatiques - Génération à la volée de surfaces 3D à partir d'attributs altimétriques - Application de normalisation et exagération des données à la volée - Drappage et visualisation de données bidimensionnelles sur un modèle 3D - Calcul de surface, volume, pente, orientation et ombrage - Génération d'isolignes sous la forme de géométrie 2D ou 3D - Calculs de visibilité et d'inter-visibilité, interpolation de points altimétriques, calculs de profils et de chemins de plus courte pente - Utilisation de toutes les données supportées par ArcGIS incluant les formats CAO, Shape, couvertures ArcInfo et images. - Utilisation de toutes les données supportées par ArcGIS incluant les formats CAO, Shape, couvertures ArcInfo et images - Interrogation tri-dimensionnelle sur la base des attributs ou de la localisation - Export de données sur Internet au format VRML Extension : Convert TIN into 3D shapefiles

39 ArcGIS Spatial Analyst intègre les fonctions suivantes : - Conversion d'éléments (points, lignes ou polygones) en données raster - Création de zones tampon raster basées sur la distance ou la proximité - Génération de cartes de densité à partir de points - Création de surfaces continues à partir de points - Calcul de carte en isolignes, carte de pente, carte d'orientation et carte d'ombrage à partir de MNT - Algèbre cartographique - requêtes logiques et calculs algébriques entre couches raster - Analyse zonales et de voisinage entre couches raster - Analyses à la cellule - Classification raster - Utilisation de nombreux formats standards tels que TIFF, BIL, IMG, USGS DEM, SDTS, DTED, etc

40 ERDAS Imagine Modules de base
Imagine Essentials – Imagine Advantage – Imagine Professional Modules additionnels Imagine OrthoBase – OrthoBase Pro (Photogrammétrie et création de MNT) Imagine Virtual GIS (Visualisation en 3D) Radar Mapping Suite Amélioration, l’orthorectification, l’analyse, et la création de MNT à base d’imagerie radar. Elle composée de éléments suivants Imagine OrthoRadar corrections géométriques de précision et l’orthorectification d’image SAR, par construction du modèle de capteurs à partir des données orbitales du satellite et des paramètres relatifs à l’image. Imagine StereoSAR DEM : génération des= MNT par corrélation d’images SAR

41 Extraction automatique de MNT aux formats DEM, TIN, 3D shapefiles
IMAGINE OrthoBASE Pro Extraction automatique de MNT aux formats DEM, TIN, 3D shapefiles Extraction de MNT à partir de photographies aériennes et d’images satellites (IKONOS, SPOT, IRS-1C) Extraction automatique de zones géographiques spécifiques (classification des objets - clutters ) Utilise les outils de création de surface 3D de Microstation (DGN)

42 Module de visualisation 3D VirtualGIS

43 Module Vertical Mapper de MapInfo

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45 Les fonctions apportées par Vertical Mapper à MapInfo Professionnal

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47 Liste non exhaustive des logiciels liés aux MNT et à la 3D
Intergraph Modeler Création et analyse de MNT TIN, GRID,CAD / Triangulation / Calcul de pente / Calcul d’orientation / Représentation 3D / Edition du TIN / Courbes de niveaux Terrain Analyst Fonctions + importantes d’analyses de surfaces TIN, GRID, CAD / Représentation 3D de surface / Pente, orientation / Profils /Visibilité / Bassin versant Voxel Analyst Voxel / Représentation 3D /Coupes selon un plan quelconque Site Works Spécialisé pour application de génie civil TIN, GRID, CAD / Calcul de pente / Calcul de volumes / Calcul de profils / Représentations 3D Model View Rendu d’image et animation CAD / Création d’images / Création d’animations Terrav Dev Visualisation et création de BD 3D CAD / Acquisition 3D / Curseur 3D Image Station Feature Collection solution d’acquistion de données géographiques 3D à partir de d’images scannées ou de couples stéréos CAD, anaglyphe / Représentation 3D / Curseur 3D/ Images en temps réel logiciel de photogrammétrie qui permet d’afficher et de manipuler des images stéréo avec des données vecteur 3D.

48 ESRI ArcTin / ArcGrid (ArcInfo) extension complète de création et d’analyse de surface basée sur le modèle TIN. ArcTin permet d’importer différents types d’éléments pour générer de telles surfaces : courbes de niveaux, points, lignes de structure, … TIN, GRID Création de surfaces Interpolation Analyse de visibilité Création de shape 3D Edition complète de TIN Visualisation Calcul de volume Calcul de profils Création d’animations Courbes de niveaux 3D Analyst extension d’ArcVIew pour l’analyse, la visualisation de données de surface. 3D analyst permet de projeter des objets 2D (ex. bâtiments) sur une surface et de faire une extrusion en fonction d’un attribut (ex. hauteur). TIN, GRID, CAD simple Edition simple de TIN Visualisation 3D interactive Pente, orientation Calcul de convexité Création de courbes de niveaux Création de monde VRML

49 MicroImage TNT mips logiciel de SIG très complet. Il propose des fonctions avancées de traitement d’image, de CAD, de cartographie thématique, d’analyse spatiale, de gestion de base de données et de visualisation. Il offre un environnement de visualisation 3D. Il est possible de superposer un modèle drapé avec des images et avec des objets CAD 3D. Il permet de créer une vue 2D qui est connectée à une animation et d’intégrer la vue 2D à l’animation. TIN, GRID, CAD Création TIN Edition TIN Représentation 3D¨ Pente et orientation Visibilité Drapage Création d’animations Création de mondes virtuels Interaction animation et vue 2D Bentley GeoTerrain (Microstation) produit du partenaire Geopak pour la création et l’analyse de MNT basé sur le logiciel Microstation. TIN, GRID, CAD Création de surfaces Représentation 3D Courbes de niveaux Edition de TIN Calcul de volume Drapage MasterPiece logiciel intégré dans Microstation SE qui permet de faire de la visualisation, de créer des scènes réalistes, des animations et des simulations. CAD Création de scènes Rendering Ray-tracing Photomatching Radiosité Vues panoramiques

50 Autodesk Autocad Land Development module pour AutoCAD qui permet de créer et d’analyser des surfaces. Il s’agit d’une solution CAD avec des fonctions d’analyse de la topographie comme la création de profils et le calcul de volumes. TIN, GRID, CAD Création de surfaces à partir de types d’éléments divers (courbes de niveaux, points, …) Edition du TIN Calcul de bassin versant Calcul de volume Courbes de niveau 2D,3D Profils en long Affichage d’objets 3D MapInfo & NorthWood Geoscience  Vertical Mapper (MapInfo) Vertical Mapper est un module 3D pour MapInfo professionnel. Il permet de travailler avec des données sous forme de grille. Il offre de nombreuses fonctions d’analyse et de représentation. GRID Triangulation Courbes de niveaux Calcul de pente Calcul d’orientation Calcul de volumes Représentation 3D Superposition vecteur Virtual Frontier (MapInfo) autre module 3D qui utilise MapInfo et qui permet de générer des scènes à partir de modèles numériques de terrain, d’images et d’objets 2D Création d’animations Création de scènes Création de mondes VRML Interaction dans la vue 3D Modèle Vecteur SQL 3D

51 Alsoft GeoConcept 3D la nouvelle extension du logiciel de SIG Geoconcept. Il permet d’exploiter et analyser des MNT et de créer des scènes tridimensionnelles TIN, GRID Analyse de visibilité Drapage Calcul de profil Création de monde VRML Extrusion d’objet 2D PCI Geomatics Fly ! logiciel pour l’exploration de terrain. Il permet de générer des scènes et des animations. GRID Anaglyphes Superposition vecteur Animations Création de scènes Simulation de brouillard Rendu d’image Laserscan Lamps logiciel de SIG orienté objet haut de gamme réputé entre autre pour ses fonctions avancées de cartographie notamment pour la généralisation Modèle Objet3D, TIN Calcul de pente Calcul d’orientation Création de surface à partir d’éléments Création de MNA avec des images stéréos Représentation 3D Intégration avec photogrammétrie

52 SmallWorld Smallworld est un SIG orienté objet haut de gamme spécialisé pour les applications complexes comme la gestion de réseaux. Il permet de stocker une coordonnées Z pour les objets mais pas de fonctions pour la représenter. Les règles topologiques sont aussi exclusivement pour la 2D. Il propose à partir de la version 3 d’un modèle TIN pour l’analyse de données 3D. Objet 2.5 D TIN, GRID Triangulation Edition du TIN Calcul de pente Import de différents types d’éléments pour créer un TIN Terrex TerraVista logiciel pour la production automatique de base de données 3D en utilisant différents types de données : modèles de terrain, textures, objets 3D, … Il permet de créer automatiquement un modèle iTIN (TIN intégré) avec des niveaux de détails (LOD) pour éviter les anomalies entre les différents niveaux. ITIN est une technologie patentée qui permet aux utilisateurs SIG d’intégrer rapidement des modèles numériques d’altitude, des données vecteur, des attributs, des images et des données CAD sans programmation iTIN, CAD Création de scènes Création d’animation Gestion des LOD

53 Erdas OrthoBase – OrthoBase Pro Virtual GIS Imagine module du logiciel Imagine d’ERDAS module du logiciel Imagine d’ERDAS. Il offre une palette importante de fonctions de visualisation et d’analyse de données 3D. Le domaine d’application est vaste : téléphonie mobile, le planning de mission militaire, la géologie, l’aide à la décision dans le domaine de l’aménagement, …Il permet de créer rapidement des représentations diverses statiques ou dynamiques ainsi que sous forme d’anaglyphes. TIN, GRID TIN, GRID, CAD Création de scènes Création d’anaglyphes Drapage Lignes de visibilité en 3D Navigation 3D temps réel Lien dynamique entre vues 2D et 3D Créer des animations avec détermination du trajet de vol Interrogation des image et du vecteur dans la vue 3D Export d’une vue en un monde VRML Calcul des zones de visibilité

54 ER Mapper outil de traitement d’images. Il propose des fonctions intéressantes pour la création, l’analyse et la visualisation de données 3D. Il propose une vue 3D Fly-through en temps réel dont les performances sont très rapides. TIN, GRID Triangulation Courbes de niveaux Calcul de pente Calcul d’orientation Drapage Vue perspective en temps réel Vue 3D Fly-through en temps réel Interrogation dans vue 3D Gestion LOD Création d’anaglyphes Clark Labs Idrisi Idrisi 32 qui est la nouvelle version d’Idrisi introduit le modèle TIN pour la représentation de données surfaciques. Les fonctions d’Idrisi sont essentiellement pour l’analyse et non pour la représentation de données surfaciques Calcul de concavité Analyse de visibilité Bassin versant Terragen générateur de scènes et d’animations gratuit développé sur PC Création d’images Création de scènes Création d’animations

55 VistaPro logiciel pour la génération de scène et d’animations GRID Drapage Création d’images Création de scènes Création d’animations SRI TerraVision système interactif de visualisation de terrain développé par SRI dans le cadre du projet MAGIC. Il permet à un utilisateur de naviguer en temps réel dans une représentation 3D d’une scène TIN, GRID, CAD Création de mondes virtuels Truflite logiciel de création de scènes 3D qui peut travailler avec des surfaces très complexes. Il importe des modèles numériques dans des formats classiques utilisés par les logiciels de SIG. Evans & Sutherland RapiScene système haut de gamme permet de générer des scènes photoréalistes pour de la réalité virtuelle. TIN, GRID Représentation 3D

56 GDE systems & Marconi Integrated Systems
Socet Set logiciel de photogrammétrie très complet qui est utilisé dans le domaine militaire et commercial. Il peut travailler avec une configuration mono ou stéréoscopique. Il permet de créer automatiquement un modèle numérique, de faire de l’acquisition de données 3D, de faire de la photointerprétation, de la simulation et de la réalité virtuelle. CAD Acquisition 3D Curseur 3D Triangulation On peut également citer les logiciels suivants: 3D DEM (MS MacroSystem), AgriMensor (agriculture), Autosurf, DEM Works (visualisation), Geo3D, Photomod, QuikGrid,Surfer…

57 Les applications

58 Agriculture

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62 Aménagement

63 Les urbanistes et les aménageurs ont besoin de données précises et à jour pour étudier le tissu urbain et représenter ses évolutions futures. La nouvelle loi SRU donne des directives pour la mise en place des PLU (Plans Locaux d'Urbanisme), SCOT (Schémas de Cohérence Territoriale) et autres documents d'urbanisme. L'orthoimage permet de visualiser précisément la structure urbaine existante et sert de fonds de référence pour superposer les schémas directeurs, études d'urbanisme et projets d'aménagement.

64 Données bâti du cadastre, avec les arbres superposées à une orthoimage vraie ISTAR. Communauté urbaine de Lyon - Droits réservés, Cadastre - Droits de l'Etat réservés

65 Les MNS servent à toutes études et projets urbains nécessitant une troisième dimension pour l'analyse des volumétries, les études d'impact, de visibilité. Superposé à l'orthoimage, le MNS permet une vision réelle et exacte de l'environnement urbain dans toutes ses dimensions. Modélisation 3D du quartier de la Part Dieu - Lyon

66 Carte thématique des hauteurs moyenne de construction
Soustraction de MNS pour détecter l'évolution urbaine (Lyon)

67 Détermination de tracés routiers
Réalisation effectuée dans les laboratoires de l’Equipement de la Région Parisienne LCPC et LREP, à partir de programmes mis au point au SETRA . LCPC : Laboratoire Central des Ponts et Chaussées, LREP : Laboratoire de la Région Parisienne. (2) SETRA : Service d'Etudes Techniques des Routes et Autoroutes Il s'agit d'automatiser la plus grande partie des étapes numériques et graphiques grâce au système PISTE de conception des projets routiers assisté par ordinateur.

68 Exemple de modèle numérique de surface

69 MNS de Bruxelles

70 MNS de Paris MNS de Strasbourg

71 Les MNT sont indispensables pour tout calcul d'intervisibilité, d'écoulement,
de pente, d'ombre portée, pour toute modélisation de bassins versants, d'érosion… Environnement Visualisation des ressources naturelles et du patrimoine Etudes paysagères Détection et suivi des pollutions Prévention et simulation des risques naturels et industriels Cartographie des inondations Prévention et simulation des incendies

72 RESSOURCES NATURELLES
En matière d’environnement, le MNT permet de préciser les caractéristiques géomorphologiques suivantes: 1 - L’altitude 2 - La pente · son module : composante verticale de la dérivée première ; · l’orientation : composante horizontale selon les points cardinaux, appelée azimut. Dans la nature, la pente influence les processus de transfert (leur vitesse est proportionnelle au carré de la pente). L’orientation intervient surtout sur le topo-climat et l’éclairement L'encaissement : somme pondérée par la distance des dénivelées entre une maille et ses huit voisines. Ceci permet de définir une typologie géomorphologique en familles de formes du terrain : · plans horizontaux (absence significative de relief) ; · versants inclinés ; · sites encaissés (vallées, dépressions, cuvettes) ; · sites dominants (crêtes, sommets) ; · cols (point bas de deux lignes de crête, point haut de deux lignes de thalweg le plus généralement).

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75 Etude d’ensoleillement Exemple du PNR d’Auvergne
Calcul de visibilité Exemple du PNR d’Auvergne

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77 HYDROLOGIE Des Modèles Numériques de Terrain (MNT) et des cartes d'occupation du sol, issus des données Spot et ERS serviront à améliorer les résultats de simulation des crues des modèles hydrologiques existants. Les images satellitales serviront également comme support cartographique pour la présentation des résultats finaux et de l'information recherchée par les utilisateurs. Il s'agit de démontrer l'intérêt et l'utilité des données issues de satellites d'observation de la Terre dans le processus de décision pour l'implantation de mesures de prévention contre les crues (barrages, digues etc.) et pour la gestion de l'occupation du sol dans les zones inondables. Le bassin de la Moselle, un affluent du Rhin est souvent sujet à de fortes crues. Les risques d'inondation dans cette région économiquement très active pose un sérieux problème aux administrations locales et régionales. Un projet européen d'une durée de 2 ans, piloté par le Cemagref de Lyon vise à créer un système d'information pour la prévention des inondations à l'aide de données ERS et Spot, et de Modèles Numériques de Terrain.

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79 Modélisation en 3D à partir de MNT d’un bassin versant
(zones d’habitation en rouge)

80 Simulation et prévention des risques naturels

81 Cartographie des risques d'inondation à Venise

82 Géologie et géomorphologie Détection et visualisation en 3D
de structures géologiques et géomorphologiques Le MNT permet de réaliser tout un ensemble de mesures quantitatives intéressant le géologue et jusqu’ici inaccessibles à partir des seules données de télédétection : · calcul d’orientation et de pendages ; · calcul d’épaisseurs de couches ; · calcul de rejets de faille ; · réalisations de coupes topographiques et géologiques Etudes de glissement de terrain (BRGM) Depuis quelques années, une approche géomorphologique qualitative et surtout quantitative de certains problèmes géologiques se développe à partir du MNT : cartographie de la fracturation, de la néotectonique , des mouvements de terrain et de l’érosion.

83 Modélisation du manteau neigeux
Modélisation d’un profil de plage

84 Prévention des incendies de forêts
Exemple du Colorado- USA

85 Reconstitution d’incendie

86 Modélisation des fonds marins
Bathymétrie Modélisation des fonds marins

87 La détermination du relief des océans par le satellite Topex-Poséïdon

88 Radio et Télécommunications
Les MNT et les MNS sont également indispensables pour toute modélisation de propagation d'ondes Applications Cartographie des couvertures en téléphonie mobile Implantation de réseaux hertziens et câblés Simulation de propagation d’ondes Profils de vols Visibilité Systèmes anti-collision

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91 Dans le cadre du partenariat européen mené par le CNES, l'Agence Française de l'Espace, les sociétés ISTAR, France et VODAFONE, Royaume-Uni, ont mené un projet en commun. La première est spécialisée en cartographie numérique, la seconde est leader, en Europe, dans l'installation et l'exploitation de réseaux de radiotéléphonie cellulaire. L'objectif est la diffusion de la technologie SPOT pour la constitution de base de données cartographiques adaptées aux besoins des opérateurs en radiotéléphonie mobile, ces bases de données étant utilisées pour établir des modèles de prédiction de propagation des ondes. Les données utiles sont de trois types : - terrain (MNT) pour l'intervisibilité des ondes radio ; - occupation du sol (clutter) qui induit un coefficient d'atténuation de la propagation des ondes ; -réseaux de communication (sous forme de vecteurs) : autoroutes, routes et voies ferrées qui identifient les points pour lesquels la couverture radio est particulièrement importante.

92 Formats et logiciels de propagation des ondes radio
Outils Developpeur A955 v5 Alcatel ASSET Aircom CelPlan CelPlan / CelTec deciBel Planner Northwood Geoscience / Marconi ICS Telecom ATDI NetPlan Motorola Odyssey Logica Pathloss Contract Telecom Engineering Planet MSI / Marconi Quantum Quotient SignalPro EDX Sirenet SGT Tornado Siemens Totem Suite Volcano Nokia Siradel Wavesight Wavecall

93 SPOT IMAGE a développé un partenariat avec la société ISTAR pour proposer un package "métier" de produits destiné aux applications télécoms. Ce package couvre une zone de 50 km de côté et est composé d’un MNT (Modèle Numérique de Terrain) dérivé d’un couple stéréoscopique d’images panchromatiques, d’une carte d’occupation du sol avec une nomenclature constituée de 8 à 10 postes, d’une carte des principaux réseaux (routier, hydrographique, ferroviaire) et d’une spatiocarte. Les utilisateurs visés sont les sociétés qui mettent en place les réseaux de téléphonie cellulaire.

94 Aéronautique et Défense

95 En utilisant des successions de vues perspectives et/ou des cartes d’intervisibilité, on crée une analyse dynamique, pour des opérations de type : · survol d’un paysage en 3D ; · préparation de mission.  Un MNT peut être embarqué à bord d’engins (avion, missile, char, automobile...) et utilisé pour la navigation automatique. Intégré à un simulateur de vol, il fournit la modélisation exacte du terrain et permet de créer des images de synthèse, utilisables dans les applications suivantes : · entrainement, simulation de mission ; · sécurité concernant l’altitude de vol ; · suivi de la forme du terrain pour des manoeuvres d’approche ; · vues perspectives de cibles ; · prédiction de zone hors détection radar.

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97

98 Repérage des sites potentiels de refuge du réseau Al-Qaïda
dans la région de Tora-Bora en Afghanistan

99 Visualisation 3D et génération de paysages

100 Combinaison du relief et de la géologie des Etats-Unis
Source:ER Mapper

101

102 La ville du Havre reconstitué en 3D

103 MNT du Kluane Park, Yukon - Canada

104 MNS de Prétoria – Afrique du Sud
Vue 3D de Santiago du Chili

105 Technologies spatiales

106 Détermination des zones potentielles d’étude pour Mars Global Surveyor

107

108 Les limites

109 Il manque encore un MNT accessible à très grande précision altimétrique
(20 à 30 cm) pour des applications qui nécessitent des analyses poussées. Le relief déterminé par les MNT peut présenter des informations erronées dues aux effets de lissage et à la résolution utilisée. Par exemple, une gorge étroite sera invisible à une résolution moyenne due à l’interpolation des valeurs altimétriques voisines. La pratique révèle la formation de dépressions fermées factices, internes au modèle et dont les origines sont les suivantes : · terrain masqué par un sur-sol (arbres) dont le toit n’est pas parallèle au sol ; · clairière dans une forêt ; · points de thalwegs non échantillonnés qui provoquent un comblement des vallées et une perte des encaissements ; · zones d’ombres portées (d’autant plus sensible que les conditions de prises de vue diffèrent). En zone montagneuse, la précision altimétrique se limite à 10 m.

110 Les sources

111 Logiciels et applications
Mots clés de recherche sur Google MNT, modèle numérique de terrain, DEM, DTM… Portails Géorezo CRENAM Conception CNES – GDTA Données IGN Logiciels et applications ESRI France MapInfo Claritas et Geoconcept Erdas Autres Rapport de stage sur la société ISTAR de Cédric Freson, 1997.


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