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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
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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
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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
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Elments de 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
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Elments de gomatique
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.
4 Introduction la Gomatique
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Elments de gomatique
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
Introduction la Gomatique 5
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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
6 Introduction la Gomatique
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Elments de gomatique
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
Introduction la Gomatique 7
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Elments de gomatique
- 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
8 Introduction la Gomatique
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Elments de gomatique
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
Introduction la Gomatique 9
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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
10 Introduction la Gomatique
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Elments de gomatique
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
Introduction la Gomatique 11
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Elments de gomatique
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
12 Introduction la Gomatique
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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
Introduction la Gomatique 13
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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.
14 Introduction la Gomatique
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Elments de gomatique
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.
Introduction la Gomatique 15
-
Elments de gomatique
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).
16 Introduction la Gomatique
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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.
Introduction la Gomatique 17
-
Elments de gomatique Note :
18 Introduction la Gomatique
-
Elments de gomatique
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