1. Espace naturel Bois de Suchy

1.1 Acteurs

  • Sébastien Bron, filière C+I
  • Maxime Chevillat, filière C+I
  • Zachary O'Donnell, filière C+I

1.2 Contexte

Dans le cadre de notre cours “Imagerie et Géoinformatique” à l'Heig-vd, nous étudions la planification de vols photogramétriques. Notre groupe va se pencher sur le potentiel photogramétrique du Bois de Suchy. L'objectif, pour nous, est d'apprendre à trouver des applications pratiques dans des cas concrets pour R-Pod.

2. Bois de Suchy

2.1 Le Bois de Suchy

Le bois de Suchy est situé dans le canton de Vaud près d’Yverdon-les-Bains. D'une superficie supérieure à 200 hectares, il est l'une des plus anciennes exploitation forestière de part sa planéité et sa facilité d'accès. Il est divisé en propriété privées, propriétés cantonales et communales.

Ce massif forestier devrait être revitaliser par réintroduction futur du bison d’Europe. Offrant une tour d'observation, un étang et des chemins pédestres, cet espace offre un lieu de détente très apprécier par les amis de la nature. Cette forêt ancestrale est notamment fortement visité durant les journées de la forêt consacrées à la découverte de ce milieu ressourçant.

2.2 Les précédentes expériences photogrammétriques aux Bois de Suchy

Vol n°1 - 14 mars 2011

Vol n°2 - 6 avril 2011

3. Propositions d'exploitations photogrammétriques

3.1 Journée de la forêt

Dans le cadre des journées consacrées au Bois de Suchy, il serait intéressant de prendre des photos aériennes en différentes saisons. Ses photos seraient prises idéalement dans des conditions favorables, par exemple avec une bonne luminosité, une météo clémente, une flore dévoilant ses traits les plus caractéristiques de la période de l’année et éventuellement une faune visible. Ces photos pourraient être affichée sur des panneaux disposé les uns à coté des autres avec une brève description des cycles de la faune (hibernation, éveille, reproduction, migration, etc.) et de la flore (en floraison, en perte de feuilles, etc.). Il serait également envisageable de produire des cartes postales de qualités dans un but lucratif afin de financer l'opération.

Dans le cadre du nettoyage du bois par des volontaires, il conviendrait de choisir la zone contenant un maximum de déchet. De nouveau, R-Pod peut faire des prises de vue en hiver (plus de feuilles sur les arbres) pour repérer aisément les sites les plus pollués.

Dans le but de promotion ou de garder une trace des intervenants, des prises de vue aérienne sont aussi envisageables. Il y a plusieurs variante, soit rassembler les visiteurs dans une zone dégagée au cœur du Bois de Suchy ou encore effectuer des vols durant les activités proposées. Il est certain que de telles photos susciteront un vif engouement auprès des élèves et autres amis de la nature, participants à la manifestation. Elles pourraient donc être disponible à la vente comme souvenir, pour personnaliser le site web du Bois de Suchy, ou encore pour embellir la promotion d'une future édition sous forme de dépliant.

3.2 Cartographie

Une intervention photogrammétrique de qualité, tel que peut fournir R-Pod, apporterait la possibilité d’élaborer une cartographie complète. En effet, à l’aide d’un vol R-Pod unique, il serait possible d’acquérir les données suffisantes.

Une cartographie de qualité serait une aide des plus appréciables dans la gestion de la forêt. Une grande quantité d’amélioration sont imaginables (Délimitation de zones de protection de la faune ou de la flore, Etablissement des voies d’accès à l’intérieur de la forêt, Répertorier les zones sensibles, etc.). Pour le grand public, la cartographie est également un élément essentiel. Typiquement, des panneaux indicatifs (voir même explicatifs) pourraient être posées de part et d’autre du Bois de Suchy. Ils permettraient à tout un chacun de mieux comprendre le fonctionnement de la faune et de la flore ainsi que de se repérer par rapport à éléments caractéristiques du bois (Arbre important, buisson, rocher, etc.).

Un élément important est que le bois, sur ces éléments caractéristiques, ne se modifie que lentement. La forêt prend quelques mois, voir quelques années pour changer radicalement d’apparence. Ainsi, une mise à jour est envisageable sur le moyen terme pour garder intact les caractéristiques d’une telle cartographie.

3.3 Chemins piétonniers et VTT

Dans le Bois de Suchy, de nombreux chemins pédestres existent. Aux alentours de l’étang, un réseau de sentier s’est créé. Le but des vols effectués par R-Pod serait tout d’abord de les recenser. Ainsi, tous les chemins piétonniers serait connus et des cartes ou des guide pourrait être conçus. De plus, un système de reconnaissances pourra être mis en place. Les chemins nécessitant une réparation, une remise à jour, un détournement ou encore une suppression, pourront être repérer très facilement. Ce système permettrait une optimisation du temps et donc d’argent pour le commune.

Les pistes VTT sont encore inexistantes dans le Bois de Suchy. Le vol photogrammétrique de R-Pod permettrait avant toute chose d’en créer un. Le système pourrait être avantagé par la connaissance des chemins piétonniers, assurant par-là la séparation des deux domaines. Les cyclistes pourraient donc profiter pleinement du territoire naturel que représente le Bois de Suchy, et spécialement les alentours de l’étang.

Les vols effectués par R-Pod au-dessus du Bois de Suchy permettraient donc de créer un réseau de chemins piétonnier et VTT efficace, nouveau et dynamique. Ce réseau serait à tout instant modulable, ce qui permettrait une parfaite occupation du territoire disponible, tout en respectant la nature ainsi que les autre habitants des bois.

3.4 Exploitation forestière

Le contrôle de l'exploitation peut être facilité par l'utilisation de R-Pod. En effet, par quelques photos aériennes on peut contrôler l'avancée des coupes de bois et le respect des limites d'exploitation. Elles peuvent aussi servir à la délimitation très précise de zones d'exploitations. Le repérage de zones affectées par des maladies, sécheresses ou autres insectes xylophages deviendra plus aisé, ainsi que de parcourir tout le bois à pied. En effet, les zones touchées seront directement identifiées par un contraste, une coloration ou l'absence de feuilles. Il est envisageable de varier les hauteurs de vol pour adapter la résolution en fonction du niveau de détail nécessaire. Avec ce procédé, même les arbres infectés isolés représentant un risque pour la végétation pourraient être identifiés.

De plus, l'état de santé général de la forêt se ferait par comparaison de deux ou plusieurs orthophotos au fil du temps. La repousse des parties exploitées donc reboisées, en fonction de la hauteur de la cime des arbres et de la couverture du sol. Grâce à R-Pod, il est très rapide de faire une appréciation de l’étalement ou de la régression forestière sur les champs ou les clairières avoisinants et ainsi d'avoir une délimitation très précise du Bois de Suchy. En comparant les images d'une année à l'autre et en les archivant, cela permettrait d'avoir un contrôle continu du bois et ainsi une meilleure gestion de la forêt et de ses intervenants.

4. Acquisition

4.1 Matériel

Le vol photogrammétrique s'effectue à l'aide du fameux R-Pod. Il s'agit d'un petit drone de moins de 500gr composé principalement d'un appareil photo (env. 250gr), d'une batterie et d'un autopilote.

Le tout est un concentré de technologie qui fonctionnent en harmonie, ce qui permet à l'opérateur de limiter ses actions et de pouvoir se concentrer sur les éléments essentiels du vol tout en gardant constamment le contact visuel avec le drone.

4.2 Plan de vol

Le plan de vol a été calculé sur la base de l'interface GeoAdmin présente sur le site officiel de R-Pod à l'adresse suivante : http://www.r-pod.ch/pdv_ga/

Nous avons produit le plan de vol en fonction des besoins liés au Bois de Suchy.

MBR

  • 536666,174512
  • 537895,173965
  • 537169,172333
  • 535940,172880

POLYGONE

  • 537870,173920
  • 537190,172380
  • 535940,172880
  • 536670,174510

4.3 Exécution du vol

Dans le cadre du cours, nous n'avons malheureusement pas eu la possibilité de nous rendre sur place pour effectuer nous même le vol. Cependant, deux vols ont eut lieu pour le Bois de Suchy (voir § 2.2).

4.4 Le vol pour les personnes qui ne sont pas de la profession

Dans ce chapitre, nous expliquerons comment se déroule le vol pour les personnes qui sont intéressées mais qui n'ont pas (ou peu) de connaissances dans ce domaine.

Arrivé sur place, il s'agit de préparer le drone (installer et brancher la batterie et l'appareil photo ainsi que de fixer l'hélice), ainsi que la station de contrôle (1 ordinateur et une antenne émettrice pour communiquer avec le drone en temps réel).

Ensuite, s'en suit le lancé du drone (après des petits contrôles) et le vol peut débuter!

Durant le vol, il “suffit” de garder le contact visuel avec l'engin et contrôler sur l'ordinateur qu'aucun problème ne survienne.

Pour finir, le drone atterrit (descente en spirale) et les photos sont chargées sur l'ordinateur.

5. Géoréférencement

5.1 GCP

Les GCP (Ground Control Point) sont des points au sol qui seront visible précisément sur les photos et qui seront ensuite mesuré par levé terrestre (le plus souvent par GPS).

Le but de ces points est de pouvoir caler les photos (géoréférencer et orienter).

Quelques exemples de GCP : Angle d'un passage pour piétons, grille, rocher, etc.

5.2 Aérotriangulation

Dans le cadre d’un vol photogramétrique, le positionnement de la caméra lors de la prise de la photo dois être connu. C’est l’objectif de l’aérotriangulation.

Elle détermine exactement pour chaque photo cette position, et permet ainsi l’orientation des images prises, la création de modèles stéréoscopiques et la lecture correcte des coordonnées indiquées sur le modèle.

5.3 Contrôle qualité

Cette étape essentielle consiste, comme son nom l’indique, à contrôler la qualité du produit final. Plus précisément, il faut regarder les photos prises et voir si la netteté, l’éclairage, la pertinence, etc. sont suffisants.

6. Restitution

6.1 MNT

Un modèle numérique de terrain (MNT) est une représentation de la topographie d’une zone terrestre sous une forme adaptée à son utilisation par un calculateur numérique (ordinateur).

En cartographie, les altitudes sont habituellement représentées par des courbes de niveaux et des points cotés. Suivant la taille de la zone couverte, la plupart des MNT utilisent pour les petites zones, un maillage régulier carré ou pour les grandes zones, un maillage pseudo carré dont les côtés sont des méridiens et des parallèles.

6.2 Lignes de raccord

Une ligne de raccord est l'endroit où deux photos qui se recoupe sont collés l'une avec l'autre pour n'afficher plus que le résultat.

Plus exactement, en général, on choisi des lignes qui passent par dessus des objets assez rectilignes, tels des bords de route, des jonctions entre deux champs, etc.

6.3 Vecteurs 3D

La prise de vue est équipée de points caractéristiques identifiables sur les photos. Ces points sont relevés en 3D sur le terrain et permettent le calcul et le calage du couple stéréoscopique.

L'exploitation du couple stéréoscopique et la réalisation du vecteur s'effectuent par des opérateurs suivant le cahier de charges défini par le donneur d'ordre.

7. Interprétation

7.1 MNS

La couche “altitude” est extraite à partir de techniques classiques en photogrammétrie. La méthode de production du MNS est fondée sur une procédure de corrélation automatique sur les comptes numériques des pixels de plusieurs images stéréoscopiques.

Cette technique permet de retrouver les points homologues entre les diverses images et ainsi de calculer, pour chaque pixel, la parallaxe et donc l'altitude en ce point. Cette méthode nécessite deux ou plusieurs clichés stéréoscopiques se recouvrant sur la zone d'étude, ainsi qu'un certain nombre de points de calage, bien répartis et connus en (X, Y, Z).

7.2 Orthomosaïque

La mosaïque est un produit ultra-classique, mais loin d’être trivial. Il faut que tous les composants (photos orientées, MNT, lignes de raccord, correction radiométrique) soient parfaitement cohérents pour un résultat de qualité.

Ce produit se combine idéalement avec les orthomosaïques officielles comme SWISSIMAGE: un renouvellement plus fréquent que 6 ans est impensable (coût vs utilité), mais des mises à jour localisées sont très demandées. Les “correctifs” par des vols ciblés sont une solution très intéressante économiquement parlant.

7.3 Niveau de détail (LoD)

Le niveau de détail (en anglais « level of detail » abrégé LoD) définit le niveau de détail d’un objet par rapport à la distance lors d’une modélisation 3D. Ce niveau de détail varie en fonction de la distance à l’objet :

  • Il sera très précis pour une vue de très près
  • Il sera moins complexe et travaillé de manière grossière pour un objet situé plus loin
  • Et sera peu précis pour un objet très éloigné

La complexité de la modélisation 3D est due, en partie, à trouver un optimum de LoD afin d’une part à avoir une image globale de notre objet, tout en ayant un niveau de détail suffisant pour être apprécié par l’œil humain.

Aujourd’hui, cette technique tend à se répandre de manière globale car la modélisation 3D devient universelle.

8. Visualisation

8.1 Couverture du sol

La couverture du sol est constituée des matériaux physiques à la surface de la Terre, qu’ils soient naturels ou anthropogéniques, et incluant l’eau, le sol nu, l’herbe, les arbres, le pavage, les constructions, etc.

Il existe deux méthodes principales pour obtenir de l’information sur la couverture du sol : les enquêtes terrain et la télédétection (dont fait partie R-Pod).

8.2 Textures

Dans le domaine de la synthèse d'image, une texture est une image en deux dimensions (2D) que l'on va appliquer sur une surface (2D) ou un volume en trois dimensions (3D) de manière à habiller cette surface ou ce volume.

En simplifiant, on peut l'assimiler à un papier peint très plastique et déformable que l'on applique en 3D en spécifiant la transformation géométrique que subit chaque pixel du papier pour s'appliquer sur l'élément 3D. Le pixel ainsi manipulé en 3D est appelé texel.

8.3 Maquette 3D OK

La charte 3D OK consiste à normer et uniformiser la reproduction en 3 dimensions. Les adhérents à cette charte ne cessent de croître et constituent une communauté admettant le même langage et donc facilitant l'échange entre professionnels, entreprises et établissements publics dédiés.