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Géomatique pour les enseignants et les enseignantes Qu'est-ce que la Géomatique ? Géomatique pour les enseignants et les enseignantes

Géomatique Terme originellement crée et conçu au Canada. La géomatique représente la science et les technologies relatives à la cueillette, à l'analyse, à l'interprétation, à la distribution et à l'utilisation de données géographiques. Elle couvre un vaste éventail de disciplines qui, regroupées, peuvent brosser un tableau détaillé du monde physique et de notre position dans celui-ci. Parmi ces disciplines figurent : les levés et la cartographie; la télédétection; les systèmes d'information géographique (GIS); le système de positionnement global (GPS).

Le rôle du Canada dans le domaine de la Géomatique Le Canada exporte environ $300 millions de produits et services de géomatique. L’industrie de la géomatique a une croissance d’environ 15 à 20 pourcent par année. La demande pour les produits et services SIG for GIS excède $10 milliards par année. Le Canada est reconnu comme un chef de file dans le développement de ce secteur. Ressources naturelles Canada - Géomatique Canada Centre canadien de télédétection Centre d’information topographique Cartes aéronautiques et Services techniques Levés officiels et Commission de la frontière internationale Levés géodésiques

Télédétection

Voici quelques exemples d’appareils ou de produits de télédétection qui sont utilisés dans notre vie de tous les jours Carte climatique par satellite Ultrasons Radar détecteur de vitesse Sonar (pour bateaux, chauve-souris et dauphin) Photos CAT scan Rayons x

Télédétection Définition et procédé Énergie électromagnétique Interprétation Les plates-formes RADARSAT

La télédétection - Une définition Ensemble de techniques servant à l'acquisition d'images ou d'autres types de données sans contact direct avec l'objet étudié, ainsi que le traitement et l'analyse de ces données. La télédétection nous permet d’obtenir des informations sur les cibles au sol.

Qui peut me nommer deux des capteurs les plus connus? Nos yeux Une caméra

Comment fonctionne la télédétection Comment fonctionne la télédétection? Très loin de la cible, à partir de ce qu’on appelle une plate-forme. Voici quelques-uns de types de plates-formes Satellite Navette spatiale Avion Montgolfière Capteurs au sol

Processus de télédétection Source d’énergie ou d’illumination (A) Radiation et l'atmosphère (B) Interaction avec la cible ou la surface (C) Enregistrement de l’énergie par le capteur (D) Transmission, réception, et traitement (E) Interprétation et analyse (F) Application (G)

Capteur passif Les capteurs passifs détectent ou captent l'énergie solaire réfléchie par la cible ou la surface De quoi ces capteurs ont-ils besoin?

Capteur actif Les capteurs actifs produisent leur propre énergie. Ces capteurs n’ont pas besoin du soleil et ils opèrent dans la région des hyperfréquences (micro-ondes)

Interactions atmosphériques Durant son parcours entre la source d'énergie et la cible, le rayonnement interagit avec l'atmosphère. L’ozone, le CO2 et la vapeur d’eau affectent le rayonnement incident. Le niveau de diffusion dépend de plusieurs facteurs comme la longueur d'onde, la densité de particules et de molécules, et l'épaisseur de l'atmosphère que le rayonnement doit franchir. Les régions du spectre qui ne sont pas influencées de façon importante par l'absorption atmosphérique, et qui sont donc utiles pour la télédétection, sont appelées les fenêtres atmosphériques.

Absorption Certaines substances absorbent certaines longueurs d’onde. L’ozone absorbe les rayons ultraviolets. La vapeur d’eau absorbe le rayonnement infrarouge de grandes longueurs d'onde et des hyperfréquences de petites longueurs d'onde qui entrent dans l'atmosphère. Ces longueurs d’onde ne sont pas convenable pour la télédétection. Diffusion La diffusion se produit lorsque la taille des particules est inférieure à la longueur d'onde du rayonnement. La diffusion de Rayleigh – diffusion sélective (UV, Bleu). Ce phénomène explique pourquoi nous percevons un ciel bleu durant la journée. Non-sélective - lorsque les particules (les gouttes d'eau et les grosses particules de poussière) sont beaucoup plus grosses que la longueur d'onde du rayonnement (lumière bleue + verte + rouge = lumière blanche). C'est pourquoi le brouillard et les nuages nous paraissent blancs.

Fenêtres atmosphériques

Interactions avec la surface terrestre (rayonnement – cible) Le rayonnement qui n'est pas absorbé ou diffusé dans l'atmosphère peut atteindre et interagir avec la surface de la Terre. L'absorption (A) se produit lorsque l'énergie du rayonnement est absorbée par la cible, la transmission (T) lorsque l'énergie du rayonnement passe à travers la cible et la réflexion (R) lorsque la cible redirige l'énergie du rayonnement. La proportion de chaque interaction dépendra de la longueur d'onde de l'énergie, ainsi que de la nature et des conditions de la surface. Regardez par exemple différents objets comme un oeuf, une pomme verte et une tomate.

Réflexions diffuse et spéculaire Diffuse Spéculaire Surface rugueuse Surface lisse

Énergie électromagnétique

Énergie électromagnétique L’énergie électromagnétique est utilisée pour illuminer la cible Le spectre électromagnétique : Longueurs d’onde courtes Longueurs d’onde longues 0.003nm 0.03nm 0.3nm 3nm 30nm 0.3  m 3 m 30 m 300 m 0.3cm 3cm 30cm 3m 30m Rayon gamma Rayon X Ultraviolet Visible Infrarouge Hyperfréquences Radio

Le spectre visible Longueurs d’ondes visibles Violet: 0.4 - 0.446 mm Bleu: 0.446 - 0.500 mm Vert: 0.500 - 0.578 mm Jaune: 0.578 - 0.592 mm Orange: 0.592 - 0.620 mm Rouge: 0.620 - 0.7 mm Lumière solaire

Les couleurs primaires du spectre visible

IR et hyperfréquences IR réfléchie: 0.72 mm à 3.0 mm IR thermique: 3.0 mm à 15 mm Hyperfréquences: 1 mm à 1 m

Télédétection dans la zone optique et proche infrarouge

Visible / Infrarouge (VIR) Les couleurs que nous percevons sont une combinaison du rayonnement électromagnétique. Les capteurs VIR et les capteurs optiques capturent l’énergie réfléchie par les cibles dans la portion visible et infrarouge du spectre La façon dont une cible réfléchit le rayonnement dépend de l'amplitude de la rugosité de la surface par rapport à la longueur d'onde du rayonnement incident.

Signature spectrale Nous observons des réponses très différentes aux mécanismes d'absorption, de transmission et de réflexion selon la composition de la cible et la longueur d'onde du rayonnement qui lui est propre. En mesurant l'énergie réfléchie ou émise par la cible avec une variété de longueurs d'onde, nous pouvons construire la signature spectrale pour un objet. Les signatures spectrales nous permettent d’identifier différents objets ou différentes cibles sur une image. Les signatures spectrales peuvent être très variables pour la même sorte de cible et peuvent aussi varier dans le temps et dans l'espace.

Signature spectrale des feuilles La chlorophylle absorbe les longueurs d’onde du rouge et du bleu. Mais elle réfléchit les longueurs d’onde du vert. Donc verdâtre à l’été. La structure interne de la feuille réfléchit les longueurs d’onde du proche infrarouge. V V V V

Bandes spectrales Chaque capteur a une utilisation précise (végétation, océan, glace, climat) Certaines longueurs d’onde fournissent plus d’information sur certaines cibles Pour effectuer les tâches qui leur sont assignées, les capteurs des satellites enregistrent l'énergie reçue selon des intervalles de longueurs d'onde à différentes résolutions spectrales.

VIR/Capteurs optiques

Résolution spatiale Résolution fine Résolution grossière ou élevée ou basse

Fauchée ou couloir couvert Aire couverte par le capteur Largeur de l’image Satellites varient entre 10 à 100 kilomètres

Orbites Géostationnaire Polaire héliosynchrone

GOES Geostationary Operational Environmental Satellite Opéré par NOAA pour la surveillance et la prédiction de la météo 5 bandes spectrales (vert-rouge à infra-rouge) Orbite géostationnaire 36 000 km au-dessus de l ’équateur à 75º E et O Résolution de 1 à 4 km

NOAA-AVHRR Advanced Very High Resolution Radiometer Applications météorologiques et écologiques (végétation) Orbites héliosynchrones polaires (830-870 km au-dessus de la terre) Nouvelles données à tous les six heures Visible, proche IR, et IR thermique Fauchée de 3000 km 1 à 4 km de résolution

Landsat Landsat-1 lancé par la NASA en 1972 Landsat 7 a été lancé en 1999 ETM (Enhanced Thematic Mapper) – 8 bandes VIR et IR thermique 30 m de résolution couloir couvert de 185 km Beaucoup de données en archives Orbites héliosynchrones polaires 705 km d’altitude

SPOT Système Pour l’Observation de la Terre Satellites français commerciales SPOT 1 -1986, SPOT -2 opérationnel, SPOT-4 lancé au moi de juin Orbites héliosynchrones polaires 830 km d ’altitude 2 capteurs MLA et PLA PLA - noir et blanc (vert-bleu-rouge) MLA - 3 bandes visibles (bleu-vert-rouge) fauchée de 60 à 80 km 10 à 20 m de résolution

RADARSAT-1 Premier satellite canadien d’observation de la Terre Lancé le 4 novembre 1995 Son rôle principal est pour la surveillance de l’Arctique (l’état des glaces) Capteur escamotable unique et flexible Plusieurs choix de la dimension de la fauchée Plusieurs angles d’incidence disponibles

RADARSAT-1 Cycle répétitif Géométrie de l’orbite - 24 jour - 14 orbites par jour Couverture - mondiale: 4 à 5 jours - Amérique du Nord: 3 jours - Arctique: tous les jours Altitude - 798 km Géométrie de l’orbite - Circulaire, presque polaire - Héliosynchrone Inclinaison - 98.6° (à partir de l’équateur) -Passe à droite du pôle Nord Période - 100.7 minutes

Nouveaux satellites à haute résolution 1 à 5 m de résolution - tous commerciales IKONOS Earlybird QuickBird SPIN-2 Orbview-3 Corona *

RADAR

RADAR RADAR est un acronyme pour RAdio Detection And Ranging. Radar veut dire détection et télémétrie par ondes radio. Les radars transmettent vers la cible un signal radio dans les hyperfréquences et détectent la partie rétrodiffusée du signal. L'intensité du signal rétrodiffusé est mesurée pour discerner les différentes cibles, et le délai entre la transmission et la Réception du signal sert à déterminer la distance (ou la portée) de la cible. Énergie réfléchie Énergie transmise

L’image RADAR Les images RADAR ressemblent à des photos aériennes noires et blanches Les tons de gris correspondent à la quantité de rayonnement RADAR qui est retrodiffusée au capteur La brillance d'un élément sur une image radar est fonction de la portion de l'énergie transmise qui retourne au radar à partir de la cible à la surface. Plus Il y a retour d’énergie plus les cibles seront Pâles sur l’image.

Aspect de l’image RADAR La réflexion RADAR Il y a trois principaux types de réflexion: spéculaire diffuse réflecteur en coin Réflecteur en coin spéculaire diffuse Aspect de l’image RADAR calm Eau calme Arbre Maison

Avantages Sa propre source de rayonnement pour illuminer la cible (acquisition d’images en tout temps). Passe au travers de la couche nuageuse, de la bruine, de la poussière et de la pluie fine (imagerie sous toutes conditions et de jour comme de nuit). Permet une bonne vision de la topographie Sensible à la rugosité du terrain Fournit des informations sur le taux d’humidité d’une cible.

Désavantages La distorsion due à l’échelle oblique se produit parce que le radar mesure la distance des objets obliquement au lieu de mesurer la vraie distance horizontale au sol. Le chatoiement RADAR se manifeste comme une texture poivre et sel sur les images. Perte considérable de données en régions montagneuses due à l’ombrage et au déplacement du relief.

Capteurs RADAR SEASAT - NASA 1978 ERS-1 - ESA 1991-95 ERS-2 - ESA 1994 A été en orbite que quelques mois ERS-1 - ESA 1991-95 30 mètres de résolution ERS-2 - ESA 1994 JERS-1 - Japan 1992 18 mètres de résolution

L'image satellitaire

Qu’est-ce qu’une image? Une image est une représentation pictorielle obtenue dans n'importe quelle partie du spectre électromagnétique. Représentation d'un objet produite par réflexion ou réfraction de la lumière, la lumière réfléchie ou réfractée étant mise au foyer par une lentille ou un miroir. Les images satellitaires sont en format numérique où chaque pixel correspond à un nombre, représentant le niveau d'intensité du pixel. Les capteurs enregistrent alors électroniquement l'énergie en format numérique (en rangées de chiffres). Chaque cellule s’appelle un PIXEL La luminosité de chaque pixel est représentée par une valeur numérique.

Les données matricielles Les images sont représentées sous forme de matrice de rangées et de colonnes et ou chaque cellule de la matrice (pixel de l’anglais qui signifie picture elements) à ses propres coordonnées et attributs. Chaque pixel représente une certaine superficie au sol. Les coordonnées et les attributs de chaque pixel sont ainsi enregistrés et l'ordinateur affiche chaque valeur numérique comme un niveau de luminosité. La luminosité de chaque pixel est représentée par une valeur numérique car les capteurs enregistrent alors électroniquement l'énergie en format numérique (en rangées de chiffres).

Pixels et lignes Le coin gauche supérieur est l’origine Les valeurs X sont les pixels ou les colonnes Les valeurs y sont les lignes ou les rangées

Pixels et lignes Pixels Lignes X= Pixel 2 et ligne 2 ( 2, 2) X

Les bits et les octets Le bit est un système binaire (0 ou 1) Une image affiche généralement des données en format 8, 16 ou 32 bits. Le bit réfère aux niveaux exponentiels des composés binaires un bit = 21 8 bit = 28 ou 256 niveaux de gris 16 bit = 216 ou 65536 niveaux de gris

Les formats de fichiers des images .pix = PCI ou Eoscape .img = ERDAS Imagine .lan = ERDAS GeoTIFF .tiff = contient des informations à références spatiales TIF = requiert un fichier d'en-tête pour effectuer la référence spatiale .bil, ,bsq, raw = format matriciel, format commun, nécessite un fichier d'en-tête jpeg = format commun des images sur le WWW, l’information n’est pas à référence spatiale GRID = format matriciel ESRI

Les images VIR Habituellement 3 bandes spectrales sont téléchargées. Chaque bande spectrale téléchargée individuelle- ment est visualisée selon des teintes de grisé. On assigne à chaque bande spectrale un niveau de couleur (Bleu, vert, rouge). Ensemble, les 3 bandes spectrales forment un composé couleur.