Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

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Centre Régional Africain des Sciences et Technologies de l’Espace en Langue Française Thème Présenté par : Moussa OUGRINE Omari Cherkaoui, professeur à l'IAV Hassen II de Rabat Rapporteur Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour Cartographique à 1/200 000 Cas de la feuille de M’SILA (Hauts plateaux, Algérie)

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Centre Régional Africain des Sciences et Technologies de l’Espace en Langue Française

Thème

Présenté par :

Moussa OUGRINE Omari Cherkaoui, professeur à l'IAV Hassen II de Rabat Rapporteur

Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour Cartographique à 1/200 000

Cas de la feuille de M’SILA (Hauts plateaux, Algérie)

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I

DEDICACES

A ma femme et à mes enfants auxquels je souhaite beaucoup de

succès,

A toute ma famille,

A la mémoire de ma mère, mon père et mon frère Mustapha,

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II

REMERCIEMENTS Je tiens à remercier vivement:

Monsieur SAADI Nadir, Directeur Général de l'Institut National de

Cartographie et de Télédétection (INCT) d'Alger, pour sa confiance et de m'avoir

donner l'opportunité de faire une formation qui me permettra de contribuer à

l'édifice d'une technologie d'avenir au sein de l'Institut.

Monsieur TOUZANI Abderrahmane Directeur du Centre Régional Africain

des Sciences et Technologies de l'Espace en Langue Française (CRASTE-LF) de

Rabat (Maroc), pour sa sagesse, sa compréhension et son dévouement durant la

formation.

Monsieur TRACHE Abdelhak Sous Directeur du CRASTE-LF pour son aide à

l'aboutissement de la soutenance.

Monsieur CHERKAOUI Omari, professeur à l'Institut Agronomique et

Vétérinaire Hassen II (IAV) de Rabat (Maroc), de m'avoir fait l'honneur de

m'encadrer et la disponibilité qu'il m'a octroyé, je lui exprime ma plus vive

gratitude.

Monsieur BENHAMOUDA Fethi sous Directeur de Recherche et

Développement à l'INCT, pour l'aide qu'il m'a fourni pour réaliser ce travail, qu'il

trouve ici toute ma reconnaissance..

Monsieur CHEMAA Boualem Chef de Laboratoire de Géodésie, je tiens à le

remercier pour les conseils qu'il m'a apportés.

Enfin , mes remerciements vont à mes amis et aux membres de l'INCT pour

leur soutien moral et amical.

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III

RESUME L’histoire et l’évolution de la cartographie sont intimement liées aux techniques employées.

Ainsi, au XIX siècle, il aurait fallut 100 ans pour cartographier une superficie de 250 000 km2,

au moyen de mesures au sol (levés à la planchette) (Gottfried Konecny, 1991, Nations Unies).

Au cours de la seconde moitié du XX siècle, la même tache aurait été accomplie en 10 ans grâce

à la photographie aérienne. Avec les techniques de cartographie par satellite aujourd’hui

disponibles, on espère réduire encore ces délais.

L’imagerie spatiale est en effet utilisée depuis une quinzaine d’années pour cartographier

rapidement des zones étendues, mais il a fallu attendre les données haute résolution des satellites

LANDSAT (instrument TM) et surtout SPOT (HRV) pour voir le développement de nouvelles

applications cartographiques, topographiques et thématiques à moyenne échelle (en général du

1/25 000 au 1/200 000). (GDTA, 1993, cahiers pédagogiques)

Le satellite LANDSAT 7 est actif depuis 1999. Il est équipé du capteur ETM+ fournissant 08

bandes spectrales (visibles, proche et moyen infrarouge, thermique et panchromatique). Il offre

une couverture mondiale avec des images de 15 mètres de résolution en mode panchromatique et

30 mètres en mode multispectrale (06 bandes). (http://www.nasa.gov)

La présente étude vise à définir un processus de révision de cartes topographiques par méthode

interactive à partir d’une carte topographique au 1/200 000 ancienne numérisée et des images

ETM+ de LANDSAT 7 de mars 2001. L’objectif final est d’obtenir une carte topographique au

1/200 000 mise à jour, tout en respectant la densité optimale de graphisme afin que celle-ci reste

lisible, malgré la richesse d’information des images ETM+. Des données cartographiques,

notamment des cartes au 1/50 000 ainsi que des photographies ont été utilisées.

La méthodologie développée dans le cadre de ce travail comprend les étapes suivantes :

• Numérisation des données (scannérisation et vectorisation) ;

• Prétraitement des données ;

• Mise à jour de la carte topographique.

• Spatiocarte au 1/100 000.

La numérisation a concerné les planches mères d’impression (PMI), relatives à la carte

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IV

topographique à réactualiser. Les fichiers numériques obtenues serviront lors de la mise à jour.

Le prétraitement des données a conduit à l’utilisation de deux méthodes de correction

géométrique :

• La méthode polynomiale (basée sur des fonctions polynomiales) ;

• Et la méthode rigoureuse (combinant la condition de colinéarité avec les lois de la mécanique

céleste).

Les deux méthodes diffèrent de par :

• Le nombre de points d’appui à utiliser pour la correction de l’image ;

• Et les méthodes de calcul ;

La première méthode est utilisée par le logiciel ENVI, tandis que la seconde méthode on la

trouve dans le logiciel PCI.

Pour la mesure des points d’appui, et des points de contrôle, des photos aériennes ont été

utilisées en renfort afin de combler le vide cartographique au sud de la feuille à réactualiser.

Après la saisie des points d’appui :

• Pour la modélisation polynomiale, une fonction polynomiale du 2er degré est appliquée à

l’ensemble de l’image et une interpolation du type bicubique pour cette correction

géométrique a été utilisée.

• Pour la correction rigoureuse, un modèle numérique de terrain (MNT) à été utilisée, pour

l’orthorectification de l’image.

L’orthoimage résultante est compatible au système de référence cartographique choisi. Des

points de contrôle (terrain et aérotriangulés) , ainsi que la superposition parfaite des fichiers

vecteurs au 1/25 000 ont permis de valider la qualité géométrique de l’orthoimage.

La mise à jour a concerné les couches d’information planimétrique relatives au 1/200 000. Au

préalable des rehaussements du contraste et des contours de l’orthoimage ont permis d’en

améliorer l’interprétation visuelle.

L’interprétation de l’orthoimage après superposition des fichiers vecteurs permet l’identification

et les corrections des éléments cartographiques variant entre l’année d’édition de la carte et

l’année de prise de vue de l’image, sur la base d’interprétation visuelle de l’image.

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V

TABLE DES MATIERES

DEDICACES ......................................................................... I

REMERCIEMENTS .................................................................II

RESUME ...........................................................................III

TABLE DES MATIERES ............................................................V

LISTE DES TABLEAUX.......................................................... VII

LISTE DES FIGURES........................................................... VIII

LISTE DES ABREVIATIONS.......................................................X

1. INTRODUCTION GENERALE ................................................... 1

1.1 L’ETAT DE LA CARTOGRAPHIE DANS LE MONDE............................................................. 1 1.2 APPLICATION CARTOGRAPHIQUE SPATIALE ................................................................. 3 1.3 OBJECTIF DE L’ETUDE.................................................................................................... 4 1.4 LES DONNEES ET LES MOYENS D’ETUDE ....................................................................... 7

2. SYSTEME LANDSAT 7 ET SES PRODUITS................................... 9

2.1 LE SATELLITE LANDSAT ................................................................................................ 9 2.2 ROLE..............................................................................................................................10 2.3 CARACTERISTIQUES.....................................................................................................10

2.3.1 SPECIFICATIONS DU SATELLITE .......................................................................10 2.3.2 SPECIFICATION DE L’INSTRUMENT ETM+...................................................... 11

2.4 DOMAINE SPECTRALE COUVERT..................................................................................12 2.5 LES PRODUITS LANDSAT 7.........................................................................................14 2.6 ORGANISATION DES DONNEES...................................................................................14

3. ECHELLE ET PRECISION CARTOGRAPHIQUE ...............................16

3.1 EXPRESSION DE L’ECHELLE ...........................................................................................16 3.2 CHOIX DE L’ECHELLE....................................................................................................17 3.3 ECHELLE ET PRECISION...............................................................................................17 3.4 CARTES A PETITE ECHELLE.........................................................................................20 3.5 IMPERATIF A SATISFAIRE POUR ETABLIR DES CARTES A PARTIR DE L’ESPACE........21 3.6 RESOLUTION D’UNE IMAGE........................................................................................22 3.7 RESOLUTION GEOMETRIQUE ET ECHELLE DE RESTITUTION.....................................22

4. DONNEES ET TRAITEMENTS ................................................24

4.1 LA CARTE TOPOGRAPHIQUE ........................................................................................24 4.1.1 NUMERISATION................................................................................................24

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VI

4.1.2 SCANNERISATION ..........................................................................................26 4.1.3 VECTORISATION ..............................................................................................26

4.2 DONNEES DE L’ORTHOIMAGE.....................................................................................27 4.2.1 LES DONNEES IMAGES .....................................................................................27 4.2.2 LES DONNEES COMPLEMENTAIRES .................................................................31

4.3 CORRECTION GEOMETRIQUE ....................................................................................33 4.3.1 MODELISATION................................................................................................35 4.3.2 RE-ECHANTILLONNAGE ...................................................................................35

4.4 ELABORATION DE L’ORTHO_IMAGE...........................................................................36 4.4.1 METHODE POLYNOMIALE .................................................................................36 4.4.2 METHODE RIGOUREUSE...................................................................................42

4.5 RESULTATS DES CORRECTIONS ET DISCUSSION......................................................53 4.6 TRAITEMENTS RADIOMETRIQUES ............................................................................55

4.6.1 AMELIORATION DU CONTRASTE DE L’IMAGE..................................................55 4.6.2 FILTRAGE DE L’IMAGE......................................................................................55 4.6.3 COMPOSITIONS COLOREES .............................................................................56 4.6.4 COMBINAISON DU PANCHROMATIQUE ET DU MULTISPECTRALE...................56

4.7 CONCLUSION ...............................................................................................................58

5. MISE A JOUR DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE............................59

5.1 PHOTO INTERPRETATION...........................................................................................59 5.2 PRINCIPES DE GENERALISATION...............................................................................62 5.3 CORRECTION DES ECARTS..........................................................................................62 5.4 MISE A JOUR...............................................................................................................62 5.5 CONCLUSION ...............................................................................................................68

6. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS ....................................70

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES..............................................73

ANNEXES ..........................................................................76

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VII

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1.1. Etat de la cartographie topographique et sa mise à jour dans le monde en %, établis par MM BRANDENBERGER et GHOSH (1991)...................... 2

Tableau 2.1. Résolution spectrale et spatiale des 08 bandes de ETM+........................14

Tableau 3.1 Impératifs de précision (planimétrique et altimétrique) à satisfaire pour faire des cartes à partir de l'espace.....................................................21

Tableau 3.2 : Echelle optimale selon le type d’images satellitales utilisées ...............23 Tableau 4.1 : Caractéristiques de la scène ETM+............................................................30

Tableau 4.2 : Liste et Coordonnées des points d’appui ....................................................40

Tableau 4.3. valeurs des résidus en pixel de la correction géométrique de la méthode polynomiale. ...........................................................................................41

Tableau 4.4. Résidus des points d’appui et de contrôle de la méthode rigoureuse ..46

Tableau 4.5. valeurs des résidus en pixel de la Transformation relative(image à image) ......................................................................................................................51

Tableau 4.6. Liste et coordonnées des points de contrôle.............................................53

Tableau 4.7. Ecart observé avec les points de contrôle de la méthode polynomiale54

Tableau 4.8. Ecart observé avec les points de contrôle de la méthode rigoureuse .54

Tableau 5.1. familles d’éléments (non exhaustif) ..............................................................60

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VIII

LISTE DES FIGURES

Figure 1.1. Processus de mise à jour à partir d'images ETM 8 + ETM 4,3,1................. 6

Figure 1.2. Présentation de la zone d’étude.......................................................................... 8

Figure 2.1. Position du plan de l’orbite.................................................................................. 11

Figure 2.2. Schéma du satellite Landsat 7 ..........................................................................12

Figure 3.1. Echelle de représentation cartographique du 1/200 000 au 1/25 000...16

igure 3.2. Echelle et précision de l’information géographique ........................................18

Figure 3.3. Données satellitales et échelle de représentation.......................................19

Figure 4.1. Carte topographique à 1/200 000 de M’sila à réactualiser .......................25

Figure 4.2. Scène de l'image ETM (trichromie ETM 4,3,1)............................................28

Figure 4.3. Extraction de la fenêtre (image ETM 8)relative à la carte de M’sila ....29

Figure 4.4. Distorsions géométriques des images Landsat .............................................34

Figure 4.5. processus de rectification d’image par la méthode polynomiale ..............37

Figure 4.6. Schéma de la répartition Cartographique et photographique couvrant la zone d'étude.........................................................................................................39

Figure 4.7. Processus d’élaboration de L’orthoimage et composition de l'image ETM 8 + ETM 4,3,1 ......................................................................................................42

Figure 4.8. Repère géocentrique et repère orbital local ................................................44

Figure 4.9. Courbes de niveau vectorisées de la carte à mettre à jour ......................48

Figure 4.10. Image raster du MNT issu des courbes de niveau au 1/200 000 vectorisées.......................................................................................49

Figure 4.11. Opération de recalage du multibande ETM 4,3,1avec L’orthoimage (ETM8)...................................................................................................................52

Figure 4.12. Les étapes de la transformation ITS...........................................................57

Figure 5.1. Extraction d’une portion d’image ETM 8 + ETM 4,3,1................................60

Figure 5.2. Relation résolution spatiale / taille des objets selon l'objectif de l'interprétation. ....................................................................................................61

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IX

Figure 5.3. Exemple de mise à jour ......................................................................................64

Figure 5.4. Réactualisation de la foret ..............................................................................65

Figure 5.5. Résultat de la mise à jour ..................................................................................66

Figure 5.6. Portion d'orthoimage ETM 8 + ETM 4,3,1 à l'échelle du 1/50000, surchargée (restitution brute à l'échelle du 1/50 000 de l'année 1987).67

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X

LISTE DES ABREVIATIONS CNTS : Centre National des Techniques Spatiales DPI : Dot Per Inch (Point par pouce), utilisée pour déterminer la résolution d’une

carte scannée.

ENVI : Environment for Visualizing Images (logiciel de traitements et de

visualisation d’images).

EOSAT : Earth Observation Satellite Company (Compagnie de satellite

d’observation de la terre).

ERTS : Earth Ressources Technological Satellite (Satellite Technologique De Ressources De la Terre).

ETM+ : capteur spatial Enhanced Thematic Mapper Plus (Cartographe Thématique Plus amélioré).

GCP : Ground Control Point (point de contrôle terrain) :ou point amers servant au

calage et à la correction géométrique d’une couche vectorielle ou matricielle.

HRV : Haute Résolution Visible.

ITS ou (IHS) : Intensité – Teinte – Saturation ( Intensity – Hue – Saturation).

LANDSAT : Land Satellite (satellite de terre).

MNT : Modèle Numérique de Terrain, (Les MNT sont des couches matricielles de

données continues dans lesquelles les valeurs représentent l’élévation).

MSS : Multi Spectral Scanner( Scanneur multispectral) :capteur acquérant des

données dans quatre bandes spectrales avec une résolution spatiale de 57 x

79 m).

NASA : National Aeronautics and Space Administration ( Administration nationale

aéronautique et spatiale des Etats Unies).

ONU : Organisation des Nations Unies.

P+ETM+ : Fusion du panchromatique et du multispectrale

PAN : Bande couvrant la plus grande partie du spectre électromagnétique comprise

entre 0.52 et 0.90 um. Par convention les images en noir et blanc sont

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XI

Panchromatique.

PCI : Logiciel de traitement d’images

PMI : Planche Mère d’Impression.

PIR : Proche Infrarouge :portion du spectre électromagnétique comprise entre

0.70 à 0.90um.

RBV : Return Beam Vidicon (retour de faisceau Vidicon).

RMS : Root Mean Square (EMQ=Erreur Moyenne Quadratique)

RVB : Rouge, Vert, Bleu :(Couleurs primaires du spectre électromagnétique visible).

SPOT : Satellite Français pour l’observation de la terre.

SWIR : Short Wave Infrared (Infrarouge lointain) ; portion du spectre comprise

entre 1.55 à 1.75um et 2.08 à 2.35um.

TDRS : Tracking and Data Relay Systems (Systèmes de relais de cheminement et de

données).

TIN : Triangular Interpolation Network (réseau d'interpolation triangulaire).

TIR :Thermics infrared (infrarouge thermique ); portion du spectre

électromagnétique comprise entre 10.3 à 11.3um et 11.5 à 12.5um.

TM : Capteur spatial Thematic Mapper de la série des Landsat.

USGS : United States Géological Survey (Contrôle géologique des Etats Unis).

UTM : Universal Transverse Mercator (Projection cartographique).

VIS : Visible; (Portion du spectre électromagnétique comprise entre 0.4 um et 0.7

um).

XS : Mode multispectrale (Spot) ; ce mode est constitué à partir de trois bandes

spectrales : la bande verte B1 couvre la partie du spectre allant de 0.50 à

0.59um, la bande rouge B2 de 0.61 à 0.68um et la bande proche infrarouge

B3 de 0.79 à 0.89um.

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1

1. INTRODUCTION GENERALE La géographie, dans l’administration d’un pays, est d’une importance fondamentale. Cette

science permet en effet de mieux gérer les richesses contenues dans ce pays et même, lorsque

celui-ci est vaste et majoritairement inconnu, d’en avoir connaissance d’une manière exacte. Par

richesses, l’on entend les possibilités, le potentiel visant au développement de l’homme et de son

bien-être, ainsi que la diversité du relief et des peuplades.

La cartographie est une composante intégrale du processus de gestion des ressources naturelles.

La localisation géographique de la couverture de base du sol (forêt, marécage, etc.…), du

drainage et des éléments anthropogéniques (infrastructure urbaine, réseaux de transport, etc.…),

peuvent être représentés spatialement par rapport à des systèmes de coordonnées connus et

peuvent par la suite, être combinés à de l’information thématique.

Des cartes d'information de base, thématique, et topographique sont essentielles à la

planification, à l'évaluation et à la surveillance de l’environnement, des cultures, des océans…,

en vue de la reconnaissance militaire et civile, de la gestion de l'utilisation du sol,

particulièrement si les données sont intégrées dans un système d'information géographique

comme informations de base. L'intégration de l'information sur l'altitude est cruciale pour

plusieurs applications et est souvent la clé du succès des programmes de cartographie

d'aujourd'hui.

1.1 L’état de la cartographie dans le monde

L’une des taches importantes du secrétariat de l’Organisation des Nations Unies a été de suivre

les progrès de la cartographie au cours des 20 dernières années. On trouvera ci- après les derniers

résultats (1987) établis par MM BRANDENBERGER et GHOSH, (ONU, 1991). Le tableau 1.1,

récapitule le bilan statistique des résultats de l’enquête de 1987. Il montre le pourcentage de

superficies couverte par des cartes topographiques à chaque groupe d’échelles pour chaque

région géographique et pour l’ensemble du globe. Les taux annuels de progression en

pourcentage sont indiqués pour les quatre groupes d’échelles, de même la progression annuelle

sur l’état de la révision cartographique.

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2

Echelles Continents 1/25 000

% 1/50 000

% 1/100 000

% 1/250 000

% Afrique 2,5 34,5 19,5 86,6 Antarctique 0 0 0 13,2 Asie(sans l’URSS) 12,8 69,2 62,1 83,5 Europe(Sans l’URSS) 83,4 96,2 78,5 90,9 Amérique du Nord et Centrale 36,9 71,7 37,1 99,2 Océanie et Australie 18,3 22,8 54,4 82,9 Amérique du Sud 6,7 29,8 53,8 77,6 URSS 100 100 100 0 Monde 1980 1987

13

17,3

42

56,4

42

58,9

80

90,2 Progression annuelle (1980-1987) Nombres d’années nécessaires pour achever la couverture cartographique mondiale

0,61

135

2,06

21

2,41

17

1,46 7

Mise à jour annuelle 1974-1980 1980-1987

3,2 4,9

1,8 2,3

2,7 0,7

3,6 3,4

Tableau 1.1. Etat de la cartographie topographique et sa mise à jour dans le

monde en %, établis par MM BRANDENBERGER et GHOSH (1991) Les procédés photogrammétriques restent encore les méthodes actuellement les plus utilisées

pour la réalisation et la mise à jour des cartes topographiques, avec le recours de plus en plus

fréquent de nos jours aux ordinateurs et aux données numériques.

Loin de périmer les techniques cartographiques traditionnelles (prises de vues aériennes),

l’importance de l’utilisation des données des capteurs (HRV de Spot, TM et ETM+ de Landsat)

pour la révision et la réalisation des cartes topographiques dans les pays en développement n’est

plus à démontrer. Parallèlement à l’essor de la télédétection, le développement de l’informatique

appliquée à la cartographie et au traitement d’images permet d’accélérer et de diversifier la mise

en forme des données cartographiques.

La forme numérique des données permet le croisement avec des données auxiliaires, un

traitement souple, un archivage et une gestion simples. Par ailleurs, l’utilisation de la

télédétection en cartographie permet une réduction importante des délais et des coûts de

réalisation par rapport aux méthodes conventionnelles.

Page 15: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

3

1.2 Application cartographique spatiale

La grande superficie et le potentiel des ressources naturelles dans le monde, ont forcé le

développement de mécanismes efficaces et minutieux d’investigations et d’enregistrement de

l’information.

Les récents développements de la technologie informatique (vitesse, traitement des données

numériques et les capacités de stockage), la demande croissante pour les données numériques et

les capacités de production cartographique informatisée, ont favorisé l’utilisation de

l’information de télédétection comme source de données pour les applications cartographiques.

Avec l'avènement de la télédétection et des systèmes d'information géographique (SIG), de

nouveaux produits et méthodes d'application cartographique sont apparus à côté des méthodes

conventionnelles, pouvant contribuer à combler certain besoins.

Les applications majeures de la cartographie spatiale développées jusqu’à présent concernent :

• La production de cartes au trait par restitution (analytique et numérique) d’images

stéréoscopiques SPOT aux échelles du 1:100 000 en mode (XS) et 1:50 000 en mode

panchromatique,

• La génération de modèle numérique de terrain par restitution numérique de couples d’images

SPOT,

• L’établissement de spatiocartes et orthoimages, images géoréférencées et éventuellement

habillées par des informations topographiques, aux échelles du 1 :250 000 au 1 :50 000 en

fonction des données utilisées (Landsat, SPOT…).

Les délais de confection des cartes étant très longs, il est probable que des détails du paysage

cartographique aient déjà changé à leur édition.

Pour beaucoup de régions une mise à jour de la carte s’impose au bout d’un certain nombre

d’années (5 ans, 10 ans, 20 ans et plus , par exemple), car le bâti et les infrastructures prennent

de plus en plus de la place sur le rural qui se développe moins.

En règle générale, les mises à jour sont décidées en fonction des changements sur le terrain par

rapport à l’ancienne carte.

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4

Les détails topographiques (courbes de niveau) sont toujours repris tels quels, sans changement

de l’ancienne carte. A moins bien entendu que le terrain ait subit une modification importante de

sa topographie pouvant être occasionnée par un tremblement de terre ou un glissement de terrain,

auquel cas on apportera les retouches nécessaires sur les anciennes courbes de niveau.

Plusieurs essais de mise à jour de cartes ou de base de données topographiques à partir d’images

satellitales ont été réalisées. Parmis les expériences on trouve:

• L’Institut Géographique National (IGN) de France a effectué des essais de mise à jour

d’éléments cartographiques au 1/50 000 et d’établissement de la couche d’occupation du sol

de la base de données cartographiques de l’IGN (Solgé, 1988),

• Le Centre Canadien de Cartographie a révisé entre 1981 et 1988 plus d’un quart de la

couverture cartographique au 1/250 000 du Canada à l’aide d’images Landsat TM (Moore,

1988),

• Le Centre Canadien de Géomatique, suite au projet SINAPS, a identifié le potentiel des

orthoimages panchromatiques SPOT et a mis en œuvre un processus pour la mise à jour de la

base de données topographiques au 1/50 000 du Canada (Genest, 1993).

• Le Centre Royal de Télédétection Spatiale (CRTS) du Maroc et Spot Image (France) ont

étudié une filière de création et de mise à jour de la couche topographique à moyenne échelle

à partir d'une orthoimage panchromatique Spot (M.Saoud et S.Le Blanc, 1994).

1.3 Objectif de l’étude

Une cartographie à jour, précise et détaillée est indispensable à la décision et à la planification ;

les cartes sont utilisées à différents stades de développement d’un projet, comme document de

référence : Etude de faisabilité, avancement du projet jusqu’à sa réalisation. Par ailleurs, il

apparaît des besoins en cartographie surtout actualisé, aujourd’hui importants et pressant à

l’échelle planétaire.

La superficie de l’Algérie est de 2 381 741 kilomètres carrés dont les quatre cinquièmes sont

occupés par le Sahara. Le nord dont le développement sans cesse croissant à conduit l’INCT

(Institut National de Cartographie et de Télédétection) à la production d’une cartographie de

base aux échelles 1 :50 000 et 1 :25 000 sur cette partie du territoire.

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5

Elle est également couverte de cartes topographiques anciennes, à l’échelle du 1 :200 000 :

• Une cartographie couvrant la partie Nord jusqu’au 34 parallèle,

• Une cartographie des régions sahariennes.

Qui nécessiteraient une réactualisation.

Dans la présente étude, une filière complète et entièrement numérique d’actualisation de cartes à

petites échelles (1/200 000) est proposée. Cette filière prend en considération les spécificités

relatives à l’état de la cartographie dont l’acquisition requiert des données cartographiques

minimales, numériques, actualisées et disponibles dans des délais relativement courts.

Le processus général du déroulement de l’étude est décrit dans l’organigramme général de la

figure 1.1 , et met en évidence la cartographie spatiale à partir d’images (ETM+) de Landsat. Ce

processus comprend trois phases :

• La numérisation des planches mères,

• La génération d’une orthoimage,

• La mise à jour de la carte topographique.

Page 18: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

6

Figure 1.1. Processus de mise à jour à partir d'images ETM 8 + ETM 4,3,1

Orthoimage Modèle Numérique de Terrain (MNT) - Interpolation -

Images des planches raster

Carte

Fichiers vecteurs

Image ETM+

Superposition des fichiers vecteurs à

l'orthoimage

Spatiocarte

Photo interprétation et mise à jour

Edition

Scannage

Nettoyage et vectorisation

Modélisation géométrique

(PMI) Planche Mère d'Impression

Page 19: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

7

1.4 Les données et les moyens d’étude

La zone d’étude est située dans la région des hauts plateaux, à la limite de l’atlas tellien. C’est

une région qui présente différentes formes de relief ; au Nord on trouve les monts du Hodna qui

avoisinent les altitudes de 1800 mètres , suit la plaine du Hodna avec son chott, puis des

montagnes avec des altitudes variant entre 600 et 1200 mètres.

Elle se trouve à une distance de 300 Km au Sud de la capitale (Alger), cadrée dans un espace

délimité en longitude par 4° à 5° Est, et en latitude par 35° à 36° Nord, (figure 2).

C’est une région en pleine expansion économique et dont les principales activités sont l’élevage

et l’agriculture. L’infrastructure de base et le tissu urbain y ont grandement évolués.

Les données utilisées dans le cadre de cette étude sont:

• Les Planches Mères d’Impression (PMI) au 1/200 000,

• Les images satellitales ETM+ (Multispectrales et Panchromatique) ,

• Les photographies aériennes,

• 12 feuillets cartographiques au 1/50 000 couvrant la zone à réactualiser.

Les moyens informatiques utilisés sont:

• Un PC Pentium : 128 Mo de Ram

10 GB de disque dur

• Le logiciel Autocad Map 2000i,

• Le SIG MapInfo ,

• Les logiciels de traitement d’image ENVI 3.5 et PCI.

Page 20: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

8

Figure 1.2. Présentation de la zone d’étude

Page 21: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

9

2. SYSTEME LANDSAT 7 ET SES PRODUITS

2.1 Le satellite Landsat

Le programme Earth Resources Technological Satellite (ERTS) utilisant les satellites ERTS-1

dont le nom a été transformé en LANDSAT (Land Satellite) est dû à la NASA. Depuis 1978 le

programme américain de télédétection est exploité par une société privée américaine (EOSAT).

Le premier satellite a été placé sur une orbite assez basse de 900 Km d’altitude. Il emportait à

son bord le scanner mécanique MSS (Multi-Spectral Scanner) d’une résolution spatiale de 80

mètres et d’une résolution spectrale couvrant 04 bandes spectrales (longueurs d’ondes du vert et

du rouge dans le visible visible ; le proche et le moyen infrarouge), ainsi que 03 caméras RBV

(Return Beam Vidicon) enregistrant l’information dans les longueurs d’ondes du visible et du

proche infrarouge avec une résolution spatiale proche de celle de MSS.

Landsat 1, envoyé le 22 juillet 1972, a fonctionné jusqu’au 06 janvier 1978, le 05 novembre

1975, Landsat 2 est lancé. Presque identique à son prédécesseur, il permet de doubler la

fréquence de passage au dessus d’un même point. Il a fonctionné jusqu’au 27 juillet 1983, puis

des anomalies ont affecté ses capteurs. Landsat 3, lancé le 05 mars 1978, n’a plus fourni de

données après le 07 septembre 1983 à la suite d’une panne dans le dispositif de balayage.

Avec le lancement des satellites Landsat 4 le 16 juillet 1982 et Landsat 5 le 1er mars 1984, des

changements notables apparaissent : Les caméras RVB sont abandonnées au profit du nouveau

Scanner TM à plus haute résolution spatiale (30 mètres), possédant 07 bandes spectrales ( du

bleu à l’infrarouge lointain).

Landsat 4, n’émet plus de données TM depuis février 1983. Landsat 5 fonctionne sans problème.

Landsat 6, lancé le 05 octobre 1993, s’est écrasé en mer lors du lancement. Landsat 7 a été lancé

avec succès le 15 avril 1999 et fournit jusqu'à ce jour des données. Il emporte à son bord le

scanner ETM+.

Les satellites 1 à 5 n’ayant pas d’enregistreur embarqué, les données sont envoyées en temps réel

aux stations de réception, quant il ne peut y avoir de liaison directe. Les informations sont

envoyées par des relais en utilisant des satellites de communication TDRS (Tracking and Data

Relay Systems). Pour Landsat 7, il y a possibilité d’enregistrement à bord.

De 1986 jusqu’à récemment les produits étaient commercialisés par la société EOSAT. La

diffusion des produits LANDSAT 7 doit être assurée par L’US Géological Survey (USGS).

Page 22: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

10

2.2 Rôle

Le satellite Landsat7 (ETM+) est actif depuis 1999. Ces premières images sont disponibles

depuis octobre 1999. Ce satellite offre une couverture mondiale avec des images de 15 mètres de

résolution en mode panchromatique, et 30 mètre en mode multispectrale (06 bandes).

2.3 Caractéristiques

Le satellite Landsat7 survole la Terre à une altitude de 705 km. Il est équipé du capteur ETM+

fournissant huit bandes spectrales (visible, proche et moyen infrarouge, thermique et

panchromatique). Les images sont sub-verticales et n’offrent pas la possibilité de la stéréoscopie.

2.3.1 Spécifications du satellite Les spécifications du satellite sont énumérées ci_après.

• Date de lancement : 15 avril 1999,

• Nom de l’instrument : ETM+ (Enhanced Thematic Mapper +),

• Orbite : Héliosynchrones, en orbite sub-polaire,

• Altitude : 705 km, ± 5,9 km à l’équateur,

• Inclinaison : 98,2 degrés, ± 0.15 degrés par rapport à l'équateur,

• Nœud descendant : 10 :00 du matin heure locale, ± 15 mn (heure de passage à l'équateur),

• Spécifications : Poids : 1950 kg,

Dimension : 4 m de haut et 2.74 m de diamètre,

Puissance : 1550 watts,

• Panneau solaire : Silicon cells, 04 panneaux de 60 mètres carrées de surface,

• Résolution temporelle : 16 jours (233 orbites),

• Enregistrement à bord : 375 GB,

• Durée de vie de la mission : 05 ans (étendue pour 06 ans).

Page 23: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

11

La figure 2.1 montre un schéma représentant la position du plan orbitale relatif au satellite.

Figure 2.1. Position du plan de l’orbite

2.3.2 Spécification de l’instrument ETM+

Les spécifications de l'instrument ETM+ sont énumérées ci-après.

• Nom de l’instrument : Enhanced Thematic Mapper +,

• Plate-forme : LANDSAT 7,

• Nombre de canaux : 8,

• Type d’instrument : Whishbroom scanning multichannel radiometer,

• Bandes spectrales : 0.5 à 12.5 microns,

• Taille de la scène : 170 x 185 km,

• Résolution spatiale : Résolution 30 m, le VIS, le PIR et le SWIR,

Résolution 60 m pour le TIR,

Résolution 15 m pour le Panchromatique,

• Poids : 425 kg,

Page 24: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

12

La figure 2.2 montre le satellite Landsat 7 est son capteur ETM+ .

Figure 2.2. Schéma du satellite Landsat 7

2.4 Domaine spectrale couvert

Le capteur ETM+ de Landsat dispose de sept (07) bandes spectrales. Nous décrivons ici

brièvement les utilisations possibles de ces différentes bandes spectrales, ainsi qu'un tableau

montrant les résolutions spectrales et spatiales de ces bandes (cf, tableau 2.1).

- ETM1 : exploitant la partie bleue du spectre électromagnétique, sera surtout utilisée pour des

études sur l’eau ( les radiations bleus ont un bon pouvoir de pénétration dans l’eau). Très

sensible aux gaz et aux particules atmosphériques, cette longueur d’onde est malgré tout assez

peu employée, si ce n’est pour réaliser des images en couleurs naturelles;

- ETM2 : exploite les longueurs d’onde du vert. Logiquement, ce canal est employé pour

mesurer l’énergie réfléchie par la végétation. Ce canal permet également de mettre en évidence

le mouvement des sédiments lourds dans l’eau ;

- ETM3 : correspond au rouge. Dans cette partie du spectre, les radiations sont fortement

absorbées par la chlorophylle et les pigments des feuilles . A contrario, les oxydes de fer du sol

sont ici fortement réflectants (possibilité de mesure de leur abondance).Ce canal permet

également une bonne identification du domaine urbain (surtout les toits de tuiles) ;

Page 25: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

13

-ETM4 : est le canal du proche infrarouge. C’est un bon indicateur phénologique car la

végétation chlorophyllienne se caractérise par sa très forte réflectance dans cette longeur d’onde.

Comme les autres canaux infrarouges, cette bande permet une bonne cartographie du réseau

hydrographique, ou du réseau routier en urbanisme (très peu réflectant). Ce canal est peu

sensible aux effets atmosphériques ;

-ETM5 : est neutre par rapport aux sols et à la végétation. Sa variabilité dépend surtout de la

composante eau ou, d’une façon plus générale, de l’humidité des objets ;

-ETM6 : exploite une bande spectrale (infrarouge thermique) pour laquelle le rayonnement

solaire réfléchi est négligeable. Le rayonnement terrestre émis devient ici important. Ce canal

permet la mesure (de nuit comme de jour) de la température de radiance de la surface terrestre. Il

permet notamment de distinguer les surfaces de neige ou de glace, les anomalies thermiques, … ;

-ETM7 : il est surtout utilisé pour l’identification des composants minéraux. Les pics

d’absorption (vers 2.2 et 2.35 µm) des liaisons AL et Mg avec OH et CO3 permettent en effet

d’identifier les minéraux hydratés et les carbones.

On mesure bien ici l’avantage d’une vision multispectrale des objets terrestres. Ainsi, alors que

l’œil humain ne pourra distinguer que le vert (en été) et le brun (en automne) d’un végétal, les

différentes bandes spectrales permettent de:

• Mesurer l’intensité du rayonnement réfléchi dans le visible (caractéristique du végétal) ;

• Mesurer l’énergie réfléchie dans le proche infrarouge (indication de la vigueur de la plante) ;

• Mesurer dans l’infrarouge thermique la température et l’humidité du végétal (les objets

humides ont une température de radiance plus basse que le voisinage).

Les images Landsat 7 offrent la possibilité d’avoir 06 bandes spectrales à une résolution de 15

mètres lorsque les bandes sont mixées avec le panchromatique. La fusion des données

multispectrales à 30m, riches sur le plan identification spectrale avec le canal panchromatique à

bonne résolution spectrale (15 m) permettra l’obtention d’images trichromie si riche, et sur le

plan géométrique et spectrale. La technique de fusion fréquemment utilisée est la conversion

réciproque RVB - ITS.

Les méthodes de mixages permettent de garder au maximum la radiométrie originale et d’ajouter

la précision de la bande P (15m). La bande panchromatique correspond à la bande spectrale entre

Page 26: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

14

0.52µm à 0.90µm (ETM1 + ETM2 + ETM3 + ETM4), l’influence du Panchromatique sur ces

quatre bandes est donc plus faible que sur les bandes ETM5 et ETM7.

L e tableau 2.1 montre Les résolutions spectrale et spatiale des bandes de l’ETM+.

Numéro de bandes Résolution spectrale (ìm) Résolution spatiale (m)

TM1 0.45 à 0 .515 30 TM2 0.525 à 0.605 30 TM3 0.63 à 0.690 30 TM4 0.75 à 0.90 30 TM5 1.55 à 1.75 30 TM6 10.40 à 12.5 60 TM7 2.09 à 2.35 30 Pan 0.52 à 0.90 15

Tableau 2.1. Résolution spectrale et spatiale des 08 bandes de ETM+

2.5 Les produits Landsat 7

Les produits Landsat 7 commercialisés, sont à différents niveau de correction. On distingue :

• le produit de base, niveau OR (correction des défauts de balayage et d’attitude du satellite),

• le niveau 1R (corrections radiométriques),

• le niveau 1G (corrections radiométriques et géométriques :orientation du nord).

2.6 Organisation des données

ORGANISATION DES DONNEES LANDSAT-7

Les données Landsat-7 sont contenues dans le format FAST-L7A. Seule le produit 1G est

disponible dans ce format.

Ce format assume un volume simple. Le Directoire racine contient ce fichier de lecture et la

place des sous-directoires. Il y a un sous-directoire pour chaque produit ordonné.

Les produits sous-directoires sont étiquetés produit1, produit2, produit3, etc.

Tous les fichiers associés avec un produit existe à un niveau commun à l'intérieur du produit

sous-directoire.

Page 27: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

15

LANDSAT 7 FAST-L7A: Fichier conventionnel des données

Le fichier conventionnel du produit FAST-L7A est:

L7fppprrr_rrrYYYYMMDD_AAA.FST ou :

L7 = mission Landsat 7

f = ETM+ format (1or 2) (data not pertaining to a specific format defaults to 1)

ppp = début des données

rrr_rrr = début et fin de lignes des données

YYYYMMDD = date d'acquisition de l'image

AAA = type de fichier (voir ci-dessous)

FST = extention du fichier FAST

Le type de fichier désigné indique le contenu du fichier. Ce sont:

Type de fichier

Désignant (AAA) contenu du fichier

HPN fichier d'en-tête de la bande panchromatique

HRF fichier d'en-tête des bandes VNIR/SWIR

HTM fichier d'en-tête de la bande thermique

B10 données de la bande 1 (ETM 1)

B20 données de la bande 2 (ETM 2)

B30 données de la bande 3 (ETM 3)

B40 données de la bande 4 (ETM 4)

B50 données de la bande 5 (ETM 5)

B61 données de la bande 6 (faible gain : ETM 6)

B62 données de la bande 6 (haut gain : ETM 6)

B70 données de la bande 7 (ETM 7)

B80 données de la bande 8 (ETM 8)

Page 28: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

16

3. ECHELLE ET PRECISION CARTOGRAPHIQUE L’échelle d’une carte est le rapport constant existant entre les longueurs mesurées sur la carte et

les longueurs correspondantes mesurées sur le terrain.

3.1 Expression de l’échelle

L’échelle s’exprime normalement par une fraction telle que 1/50 000; ce qui signifie que 1mm

sur la carte représente 50 000 mm, soit 50 m sur le terrain. Elle s’exprime (elle devrait toujours

s’exprimer) également par une abaque représentant graphiquement sur la carte ce rapport de

reproduction.

Figure 3.1. Echelle de représentation cartographique du 1/200 000 au 1/25 000

1/50 000

1/25 000

1/200 000

Page 29: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

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Remarque : Il s’en suit que l’échelle est d’autant plus grande que le dénominateur de la

fraction est petit, c’est-à-dire qu’une carte à grande échelle n’est pas une carte qui montre

une grande zone mais une carte qui décrit une zone de façon plus détaillée.

Il y a en fait confusion, dans le sens commun, entre deux acceptations différentes de l’échelle :

l’échelle est le rapport de taille précédemment défini, mais c’est aussi un niveau d'approche des

problèmes spatiaux : on raisonne à l’échelle régionale, à l’échelle communale, etc...

3.2 Choix de l’échelle

La confusion citée précédemment vient du fait que la taille de la zone que l’on peut représenter à

une échelle donnée est limitée par la taille du support utilisée pour la représenter. Une page

format A4 (29,7cm x 21 cm) permet de représenter 600 km 2 au 1/100 000, 150 km 2 au 1/50 000

, etc.…

L’échelle choisie pour la représentation et le niveau d’approche des problèmes étudiés sont donc

liés par cette contrainte de taille de la carte.

Il faut dire également que le niveau d’approche des problème correspond à un niveau

d’agrégation des variables étudiées qui permet de négliger les détails de petite taille

géographique : la représentation cartographique de localisation de la population à l’échelle

régionale (1/200 000) s’attachera à localiser les implantations urbaines, à représenter la densité

de l’habitat plus dispersé, sans chercher à représenter tous les hameaux, alors que la carte

communale (1/10 000) s’attachera à repérer toutes les implantations.

3.3 Echelle et précision

L’échelle et la précision de l’information géographique représentée sont aussi très souvent

confondues par les utilisateurs alors que ce sont deux notions fondamentalement différentes.

L’échelle exprime un rapport de représentation, alors que la précision exprime la qualité

géométrique des données : si l’on considère la carte comme une matrice de points, chaque point

est porteur d’une information visuelle (couleur, appartenance à un objet géographique, proximité

d’un point décrit, point géodésique par exemple).

Page 30: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

18

La lecture de la carte se fait de façon implicite selon le postulat que chaque point visuellement

différencié est porteur d’une information différenciée, ce qui n’est le cas que si le cartographe a

ajusté la qualité de ses données à l’échelle de représentation ou l’inverse !

Figure 3.2. Echelle et précision de l’information géographique

Echelle Et

Précision De

L’information géographique

1/50 000

Echelle 1/25 000

1/200 000

1/25 000

Page 31: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

19

L’exemple d’une composition colorée Landsat ETM+ illustre cette appréhension de la précision

qui est " permise " par les données raster (images satellitales, photos aériennes).

Figure 3.3. Données satellitales et échelle de représentation

1/50 000

1/25 000

Page 32: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

20

3.4 Cartes à petite échelle

En fait, toutes les cartes à très petite échelle sont dérivées de celles qui sont les plus précises, ces

dernières étant utilisées comme cartes de base à toute la cartographie d’un pays.

Il vaut mieux en effet s’appuyer sur les données les plus précises pour supprimer et généraliser

celles qui ne sont pas essentielles sur des cartes à plus petite échelle : Les oublis et les erreurs se

retrouveront en moins grand nombre autrement.

Ainsi des cartes au 1:200 000, au 1:500 000, etc.… ne sont que des dérivées des cartes de

base du pays (1:25 000 ou autres).

Carte au 1:50 000

Alternative à plus petite échelle de la carte topographique classique. Tous les noms

géographiques y sont présents, à l'exception des lieux-dits jugés peu importants par le

cartographe. Idem pour tous les symboles et autres caractéristiques de la carte ! Attention,

généralement, un carré noir ne représente pas qu'un bâtiment, comme sur les cartes à grande

échelle, mais plutôt un petit groupe de bâtiments. Le relief est représenté par des courbes de

niveau précises.

Carte au 1:100 000

Nous entrons ici dans le domaine de la carte topographique proprement dite. Représentation des

localités et des plus grands lieux-dits, des chemins non goudronnés entretenus, des symboles qui

figurent habituellement sur des cartes à grande échelle en moins précis... Réseau hydrographique

complet et lacs, sauf peut-être les éléments intermittents. Zones boisées complètes. Le relief est

représenté par des courbes de niveau.

Carte au 1:200 000

C'est une carte multirégionale. On trouve la représentation de toutes les villes, villages, hameaux

grands et petits, de toutes les routes goudronnées et parfois de certains chemins de terre ou

sentiers importants, symboles d'indices ponctuels, de constructions de l'homme (exemple : usine

importante, champ de pétrole, hôpital, université, château et informations touristiques pouvant

inclure grands campings, curiosités, musées...). Réseau hydrographique complet et grands lacs, à

l'exception des détails mineurs. Représentation en vert des principaux bois et forêts, détails du

Page 33: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

21

relief par "shaded relief", plus rarement par des courbes de niveau, altitude de points

sélectionnés.

3.5 Impératif à satisfaire pour établir des cartes à partir de l’espace

Pour établir des cartes à partir de l’espace, il faut satisfaire trois impératifs de qualité (Nations

Unies, 1991).

a) Précision planimétrique,

b) Précision d’élévation,

c) Détectabilité.

En ce qui concerne la précision planimétrique, il faut respecter un écart type de 0,2 mm à

l’échelle de publication, et en ce qui concerne la précision d’élévation, si l’écart type est de ±

σh, l’équidistance des courbes de niveau ∆h doit être de ± 5 σh, ce qui donne par exemple (cf.

tableau 3.1)

Précision planimétrique Précision altimétrique

Echelle Précision σσh ∆∆h

1/25 000 ± 5m ± 5m 20m

1/50 000 ± 10m ± 10m 50m

1/100 000 ± 20m ± 20m 100m

1/200 000 ± 40m ± 25m 125m

Tableau 3.1 Impératifs de précision (planimétrique et altimétrique) à satisfaire pour faire des cartes à partir de l'espace

La Détectabilité se mesure traditionnellement en lignes/mm de résolution photographique à

faible contraste (2,0 ou 1,6). Pour les systèmes numériques, on parle de pixels. La relation entre

les pixels et les lignes/mm fait encore l’objet de controverses. Si l’on utilise le théorème de

NYQUIST et celui de l’échantillonnage dans le domaine des communications, le rapport est le

suivant 1ligne/mm = 2 2 pixels = 2,82 pixels, en supposant l’égalité du contraste. Les partisans

des systèmes digitaux affirment que par expérience le contraste numérique est plus élevé et que

le rapport doit donc être : 1ligne/mm = 1,5 pixel.

Page 34: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

22

Les impératifs de Détectabilité sont liés aux objets à reproduire ( valeurs données en équivalent

pixel) :

Objets Résolution

Immeubles urbains 2m

Chemins pédestres 2m

Petits réseaux routiers 5m

Hydrologie fine 5m

Grands réseaux routiers 10m

Quartiers d’immeubles 10m

3.6 Résolution d’une image

On appelle résolution d’une image la taille métrique de son pixel au sol, c’est à dire la largeur du

pixel ( qui est le plus petit élément de teinte homogène d’une image).En ce qui concerne la

résolution spatiale, on voit que la résolution du ETM+ de Landsat est de 30m (900 m2) en mode

multispectrale (06 bandes) et 15m (225m2) pour le canal panchromatique (qui couvre l’ensemble

du visible).

3.7 Résolution géométrique et échelle de restitution

La qualité géométrique de l’orthoimage ainsi que son échelle de restitution dépendent

directement de la résolution de l’instrument utilisé. La précision graphique d’un document

cartographique est de l’ordre de 0,2 mm (pouvoir séparateur de l’œil humain), ce qui correspond

pour des échelles allant de 1/25 000 au 1/200 000 à une précision réelle de 5 m à 40 m. Ceci

implique que la taille du pixel soit du même ordre de grandeur. On assurera ainsi une qualité

graphique compatible avec la résolution du capteur pour une précision théorique (hors erreur

graphique) sur la carte finale de 0,2 mm. L’échelle la plus grande compatible avec la précision

géométrique de l’image peut se déterminer rapidement par.

Ou 1/E est le facteur d’échelle et r(mm) la taille du pixel de l’image

( Exemple : pour r = 15 m on aura 1/E = 1/37 500)

La précision géométrique optimale de l’image satellite (r/2) ne peut être atteinte qu‘en éliminant

les déformations dues au relief.

2/

2,01

rE=

Page 35: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

23

les produits dérivés des images satellitales utilisées pourront répondre à des normes

cartographiques différents (cf, tableau 3.2):

Images satellitales Echelle optimale

Données Spot Pan. 1/:25 000 au 1/50 000

Données Spot XS et XI. 1/50 000 au 1/100 000

Données Landsat TM. 1/200 000 au 1/500 000

Données Landsat MSS. 1/250 000 au 1/500 000

Données IRS IC P. 1/25 000 au 1/100 000

Données IRS LISS III 1/200 000 au 1/500 000

Données RESURS 1/400 000 au 1/1 000 000

Données ERS 1/100 000 au 1/500 000

Données JERS 1/100 000 au 1/500 000

Données RADARSAT Fine 1/25 000 au 1/100 000

Tableau 3.2 : Echelle optimale selon le type d’images satellitales utilisées

Page 36: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

24

4. DONNEES ET TRAITEMENTS Dans le cadre de cette étude, les données utilisées se réfèrent à la carte topographique au

1/200000 à réactualiser et aux images satellitales ETM+ . La rectification et le géoréférencement

de l'image résultante de la fusion des images multispectrales et panchromatique servira de

référence pour la mise à jour.

4.1 La carte topographique

La zone d’étude correspond à la carte topographique au 1/200 000 de M’sila (figure4.1). Cette

carte a été choisie pour l’opportunité de la disponibilité de l’image satellitale couvrant la région

et au vu de la diversité du paysage qu’elle comprend, elle présente un bon test pour la mise à

jour. Cette coupure de type 1960 dont les documents de base sont :

• Ellipsoïde de Clarke 1880,

• Projection UTM (Universel Transverse Mercator),

• Découpage rectangulaire 60cm x 40cm

• Dérivée à partir des cartes d’Algérie au 1/50 000 et 1/100 000 obtenues par

stéréophotogrammétrie.

En 1983, elle a été révisée partiellement et façonnée dans le découpage géographique en coupure

rectangulaire de 1° x 1° pour homogénéiser toute les cartes à l’échelle du 1/200 000.

Les méthodes de rédaction cartographique de cette coupure peuvent avoir amené des

déplacements notables des éléments cartographiques par rapport à leur position réelle au sol. Il

faut en tenir compte lors de la mise à jour.

4.1.1 Numérisation

Les données de la carte, ne sont pas disponible sous forme numérique, l’exploitation de ces

données pour la mise à jour nécessitent leur numérisation.

les étapes de numérisation, décrites dans le chapitre I en figure 1.1, reposent sur une

scannérisation suivi d’une vectorisation. Les données de base étaient les planches mères

d’impression du 1 :200 000 par couleurs séparées de l’édition de 1983. Quatre (04) planches ont

été utilisées :

• La planche du noir trait pour la planimétrie,

• La planche du bleu trait, trame pour l’hydrographie,

• La planche du bistre trait, pour l’orographie,

• La planche du vert trame pour la végétation.

Page 37: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

25

La figure 4.1 ci-aprés montre la carte topographique scannée, de la feuille de M'sila.

Figure 4.1. Carte topographique à 1/200 000 de M’sila à réactualiser

Page 38: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

26

4.1.2 Scannérisation

Les planches ont été scannées à 400 DPI sur le scanner à tambour SG 906, ce qui nous donne

une résolution de 12,8 mètres pour le 1/200 000.

4.1.3 Vectorisation

Chaque fichier raster généré par les planches mères scannées a été corrigés géométriquement

( orientation, mise à l’échelle et registration) puis vectorisé.

Les fichiers n’ont subi aucun nettoyage particulier, et ont été vectorisés en semi-automatique,

sous logiciel Autocad Map 2000i.

les cours d’eau concernant la planche du bleu, ont été classés selon deux types, temporaires ou

permanents.

Pour les signes conventionnels du réseau routier, l’information à saisir est l’axe du symbole et

non pas ce que donne le résultat d’une vectorisation assistée, à savoir les deux axes des traits du

signe conventionnel.

Dans les zones urbaines, le travail de cartographie avait consisté en une stylisation des îlots

urbains. Le bâti a été représenté selon sa taille ; le contour est vectorisé dans le cas de bâtiments

de grandes dimensions.

De même que la planche du bleu, les limites de forets relatives à la planche du vert ont été

classées selon deux types bois ou broussailles.

Les courbes de niveau ont été classées selon trois types, courbe maîtresse, courbe fine et courbe

intercalaire. Les points cotés ont été numérisés.

Le scannage et la vectorisation des éléments des différentes planches ont permis la constitution

de 15 couches d’information thématiques sous forme de fichiers vecteurs.

• Voie de communication (03 couches)

- Route nationale,

- Chemin de Wilaya,

- Pistes.

• Hydrographie (03 couches)

- Oued permanent,

- Oued temporaire,

- Limite sable.

Page 39: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

27

• Bâti (02 couches)

- Ilot,

- Maison isolée.

• Végétation (02 couches)

- Foret dense,

- Broussaille.

• Orographie (04 couches)

- Courbe maîtresse,

- Courbe fine

- Courbe intercalaire.

- Points coté

• Falaise et limite de crêtes.

4.2 Données de l’orthoimage

Les données fournies par les satellites d’observation de la terre sont caractérisées par :

• Le spectre électromagnétique utilisé ;

• La résolution au sol ;

• La répétitivité de l’observation ;

• La qualité des images :

- Qualité géométrique;

- Qualité radiométrique.

Les orthoimages sont obtenues à partir de données images et de données complémentaires

nécessaires aux opérations de mise en géométrie (géocodage).

4.2.1 Les données images

La scène d’une image ETM+ couvre une superficie d’environ 32 000 km2 (figure 4.2), par

contre la zone d’étude relative à l’actualisation de la carte topographique de M’sila couvre une

superficie de 10052 km2. L’extraction d’une fenêtre de la scène a été faite pour couvrir et traiter

uniquement cette zone (figure 4.3).

Page 40: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

28

La figure 4.2 ci-après montre la scène ETM+ : Image trichromie ETM 4,3,1 recouvrant la région

à réactualiser.

Figure 4.2. Scène de l'image ETM (trichromie ETM 4,3,1)

Page 41: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

29

La figure 4.3 ci-après montre une extraction d'une partie de l'image ETM 8 (panchromatique) de

résolution 15m de la zone relative à la carte à mettre à jour.

Figure 4.3. Extraction de la fenêtre (image ETM 8)relative à la carte de M’sila

Page 42: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

30

Les caractéristiques de la scène ETM sont données dans le tableau 4.1 ci-joint. L’image est de

bonne qualité, environ 1% de nuage sur l’image au nord dans les montagnes de l’atlas tellien, ni

défauts de l’information numérique (lignes manquantes, défauts locaux ,drops…).

Satellite

Landsat 7

Capteur

ETM+

Images

Niveau de prétraitement 1G

Centre de la scène

195/35-36

Panchro 8 Dimension totale Multibandes 1 2 3 4 5 6 7

15056 lignes * 15776 colonnes 7888 lignes * 7528 colonnes

Date de prise de vue

24 Mars 2001

Heure de prise de vue

10 h 11 mn 10 s GMT

Coordonnées du centre image

594 838.812 3 953 400.000

Dimension traitée

6160 lignes * 7304 colonnes

Angle d’orientation

-9°.48

Elévation

48°.7

Angle azimutal

140°.2

Tableau 4.1 : Caractéristiques de la scène ETM+

Les images satellitales disponibles sont du niveau 1G (cf. chapitre 2.5), donc non superposable à

la carte, et fournissent des informations variées. Cette richesse d’information est liée à la

multiplicité des bandes aux différentes résolutions spatiales (15m et 30m). La manipulation et la

combinaison de ces différentes images à nécessité leur rectification géométrique dans un même

système de coordonnées. Aussi la génération de l’image ETM 8 + ETM 4,3,1 a été réalisée par le

biais du module IHS (cf. chapitre 4.6.4) du logiciel de traitement d’image ENVI 3.5. De même

que la transformation en RVB (cf. chapitre 4.6.3) pour l’obtention d’une image trichromie.

Page 43: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

31

4.2.2 Les données complémentaires

Outre l’élément essentiel qu’est l’image, des points d’appui et de contrôle sont nécessaires à la

rectification d’images ainsi que des Modèles Numériques de Terrain (MNT), dans le cas d'une

génération d'orthoimage.

• Sélection des points d’appui

L’acquisition des points d’appui terrain est une des opérations la plus critique, parce qu'elle

influence directement les résultats de la correction géométrique ; les trois (03) plus importants

facteurs à considérer dans cette opération sont les suivantes :

- La bonne précision dans la localisation et la détermination des coordonnées images dans

le système de référence choisi,

- La bonne distribution spatiale des points,

- Le nombre de points.

Les points doivent être petit et bien reconnaissable. Le choix se fait généralement sur les

intersections de route, les confluences de rivières, etc. Parfois il est très important que la

distribution des points choisis soit aussi uniforme que possible, commençons à partir du bord et

puis couvrant toute l’image.

Les points de contrôle peuvent être stréréonumérisées (aérotriangulation) à partir de

photographies aériennes, numérisée sur une carte topographique, levés sur le terrain ou pris par

récepteur GPS.

L’utilisation du GPS est très utile dans les zones ou on ne dispose pas de cartes topographiques à

grande échelles ou ces cartes ne contiennent pas des éléments remarquables, facilement

reconnaissable sur l’image. En plus, le GPS donne l’avantage d’avoir une meilleure précision

avec un nombre réduit de points de contrôle terrain (Kardoulas et al, 1996), lorsque le

rattachement est difficile ou inexistant.

L’étude de l’effet de la distribution, du nombre, de la localisation et de la provenance des points

de contrôle sur la qualité de la correction géométrique des images a fait le sujet de plusieurs

recherches (Cherkaoui, 1991 ; Kardoulas et al. ,1996 ; Toutin, 1996 ).

Page 44: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

32

Le grand souci dans le cadre de ce travail, a été de choisir des points d’appui sur des éléments

ayant à priori peu varié, bien identifiable et bien répartis. Les photographies aériennes ont été

utilisées en renfort afin de combler le vide de cartes topographiques au 1/50 000 au sud de la

feuille de M’sila (figure 4.6). Le choix et la mesure des points d’appui ont été effectués sur les

cartes topographiques à 1/50 000 et sur les photographies aériennes (équipées) à 1/40 000 (année

1987) et à 1/57 000 (année 1997). L’image satellitale fusionnée (ETM 8 + ETM 4, 3,1), est prise

comme référence pour une bonne identification et une meilleure répartition des points d’appui.

Aussi l’extraction manuelle des points sur l’image n’est pas aisée du fait de la résolution spatiale

de celle-ci (15m) et du fait aussi qu’un détail (point remarquable) n’est pas constitué par un seul

pixel mais par un ensemble de pixels. La difficulté était quel pixel choisir parmi l’ensemble.

Sur une image, les limites et contours des objets sont souvent difficiles à identifier avec

précision. Les techniques d’amélioration d’images sont donc vivement recommandées (cf.

chapitre 4.6).

• Mesure des points d’appui (enregistrement)

La qualité du pointé dépend du document utilisé et de l’opérateur. Ainsi, la précision du pointé

sur une carte (Table à digitaliser) dépend de la précision de la carte et donc de son échelle. La

précision de pointé moyenne d’un opérateur est d’environ 0.2 mm ; on utilise préférentiellement

des cartes au 1/25 000 ou 1/50 000 pour la correction d’images Landsat ETM+.

Sur les cartes au 1/50 000 disponibles, les coordonnées ont été mesurées comme suit :

• La carte a été fixée sur une table à digitaliser, les points d’appuis sont sélectionnés à l’aide du

curseur de la table. La table a été calibrée au préalable, utilisant le logiciel Autocad. Les

données transmises sont directement les coordonnées cartographiques du point considéré,

relative au système carte utilisée. Les cartes utilisées ont été établies par des méthodes

photogrammétrique en 1987 et complétées sur le terrain en 1993.

• Sur les photographies aériennes équipées, les coordonnées sont ceux relatives aux points de

calage (points aérotriangulés) de couples stéréoscopiques.

Page 45: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

33

4.3 Correction géométrique

La correction géométrique est la suppression des erreurs de mesure induites par les capteurs et le

satellite, afin que les données soient conformes au système de projection requis. Elle est réalisée

en localisant chaque pixel à sa place exacte dans le système de géoréférencement utilisé.

Des recherches considérables ont été menées pour étudier l'effet de ces distorsions et développer

un modèle mathématique appropriée pour les corriger (Toutin et Carbonneau, 1992 Toutin,

1995, 1996, ).

Les images satellitales sont couramment employées pour identifier, localiser et cartographier des

objets et des lignes caractéristiques au sol. En termes de SIG, il s'agit souvent de créer de

nouvelles couches d'information. Tout ceci exige que les déformations présentes dans l'image

soient corrigées et que sa géométrie soit conforme aux précisions cartographiques (Caloz et al,

1993). C’est ainsi qu’après une correction géométrique appropriée, que plusieurs applications et

utilisations de l’imagerie satellitale dans divers domaines deviennent possibles :

Cette correction permet :

• L’unification du système cartographique,

• La création d’orthoimages et des mosaïques,

• La combinaison de plusieurs données image,

• Une meilleure intégration de l’image dans des bases de données ou SIG.

Usuellement, l’opération de géoréférencement est exécutée en deux étapes principales :

• Modélisation : Un modèle mathématique reliant chaque pixel de l’image

Brute au système de coordonnées choisi est calculé,

• Ré-échantillonnage : Les valeurs de l’intensité relative à la position de chaque

Pixel dans le nouveau système sont calculées. (Torbjorn, 1990) :

Page 46: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

34

La figure 4.1 illustre quelques unes de ces sources de distorsions géométriques des images

Landsat TM.

Rotation terrestre Variation d'altitude Variation de tangage

Vélocité de la plate Variation par roulement Variation par rotation Forme spatiale

Vitesse actuelle Vitesse nominale Temps Décalage lors de la

Distorsion de balayage Variation de la vitesse scannerisation Du scanner de rotation du miroir

Figure 4.4. Distorsions géométriques des images Landsat

B. DISTORSIONS SYSTEMATIQUES (d'après BERNSTEIN et FERNEYHOUGH, in SABIN, 1987)

A. DISTORTIONS NON SYSTEMATIQUES

Page 47: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

35

4.3.1 Modélisation

Corriger géométriquement une image consiste toujours, en premier lieu, à déterminer une

relation mathématique (modèle de déformation) entre les coordonnées dans l’image brute et les

coordonnées dans le système de référence utilisée (référentiel géocentrique, cartographique,

autre image de référence…) , qui est celui de l’image à corrigée à construire.

Pour corriger cette image, trois cas peuvent se présenter :

• On connaît les modèles de déformation avec une grande précision, il suffit donc de modéliser

la prise de vue en prenant en compte les déformations connues : on parle alors de modèle de

prise de vue (Modélisation physique) ;

• On ne connaît pas, les modèles de déformation : on estime alors ces derniers à l’aide de

points d’appui que l’on connaît par leurs positions sur le terrain et dans l’image brute

(modélisation mathématique) ;

• On les connaît, mais avec une précision insuffisante : on calcule alors le modèle de prise de

vue et on le recale à l’aide de quelques points d’appui (Méthode hybride).

4.3.2 Ré-échantillonnage

Les coordonnées images qui résultent de l’opération de rectification (modélisation) précédente

ne correspondent pas nécessairement aux coordonnées exactes d’un pixel sur l’image original.

Aussi faut-il dans cette phase déterminer pour chaque pixel de l’image rectifiée le niveau de gris

qui lui correspond, à partir des niveaux de gris des pixels avoisinants sur l’image originale. Le

problème est de transformer le semis de points distribués de manière irrégulière en une grille

régulière.

En générale on applique pour le ré-échantillonnage , l’une des trois méthodes suivantes:

(Torbjorn, 1990)

a) La méthode du plus proche voisin, qui attribut au pixel de l’image corrigée le niveau de gris

du pixel original le plus proche. Cette méthode offre l’avantage de conserver les valeurs

radiométriques originales. La dynamique de l’image n’est ainsi pas affectée, les valeurs

numériques restent globalement inchangées. En revanche, elle induit une incertitude de

positionnement minimale du pixel de ± 0.5 2 pixel

b) La méthode bilinéaire, dans laquelle on affecte au pixel rectifié le niveau de gris calculé à

partir des quatre pixels de l’image qui l’entourent par deux interpolations linéaires. Elles

modifie les valeurs de luminance originales. Cette méthode donne lieu à une image

homogène. Cette interpolation produit un lissage, il peut en résulter des inconvénients sur

Page 48: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

36

le pouvoir discriminant des algorithmes de classification ou de manière plus accentuée

encore, lors d’analyse texturales.

c) La convolution bi-cubique, similaire à l’interpolation bilinéaire, mais utilisant les 16 pixels

voisins pour la détermination du niveau de gris de chaque pixel. Cette procédure ne

provoque pas de lissage. Au contraire, elle a plutôt tendance à se comporter comme un

filtre passe haut et à produire un léger contraste.

4.4 Elaboration de l’ortho_image

Pour la rectification de l’image, deux méthodes ont été réalisées :

• La méthode polynomiale ;

• La méthode rigoureuse ( reposant sur la condition de colinéarité).

Pour la méthode polynomiale, le nombre de points nécessaires dépend des degrés du polynôme

utilisé. Cependant pour cette méthode, une bonne distribution dans l’image de ces points est

exigée, mais ce n’est pas le cas pour la méthode de correction rigoureuse, reposant sur la

condition de colinéarité qui nécessite moins de points d’appui (Toutin, 1996). Dans tous les cas

les points d'appui doivent être choisis dans les endroits ayant la plus haute, et la plus basse

altitude de la zone concernée (Toutin, 1996).

4.4.1 Méthode polynomiale

Bien qu’elles donnent une solution moins rigoureuse que d’autres méthodes, les méthodes

polynomiales sont fréquemment utilisées pour la correction des images. Vu la non disponibilité

de données relatives à l'orbite et l'attitude du satellite et vu leur simplicité de mise en œuvre. La

technique généralement utilisée pour la modélisation ; c’est l’application de polynômes de bas

degrés sur l’image entière. Cette technique est simple, mais elle présente plusieurs inconvénients.

Comme les polynômes ne correspondent pas aux causes physiques des distorsions , un grand

nombre de points d’appui, bien distribués est nécessaire pour éviter la dégradation du modèle

dans certaines parties de l’image, aussi elles corrigent les distorsions localement aux points

d’appui et génèrent parfois des artefacts qui ne correspondent pas à la réalité physique du terrain.

(Toutin, 1995).

Page 49: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

37

Le processus utilisé pour rectifier l’image est décrit dans l’organigramme ci-joint (figure 4.5).

Figure 4.5. processus de rectification d’image par la méthode polynomiale

Dans le cas de la présente étude, le logiciel de traitement d’image ENVI 3.5 a été utilisé et les

étapes à suivre pour la rectification de l'image sont les suivantes:

1- Afficher l’image fusionnée (ETM 8 + ETM 4,3,1) à rectifier ;

2- Sélectionner le module « Register : image to map », rectification de l’image par rapport à la

carte ;

3- Sélectionner la projection désirée pour l’image en sortie. La projection sélectionnée sera la

projection de l’image rectifiée en sortie.

4- Sélectionner les points d’appui par l’ajustement du curseur avec zoom au dessus du pixel sur

l’image et introduire les coordonnées (x, y), correspondant aux points.

a) Localiser des points de repère dans l’image à corriger et dans le système de référence

( cartes topographiques)

b) Définir à priori un modèle mathématique qui permettra d’établir la correspondance

entre les échantillons obtenus dans l’un et l’autre système (l’image à corriger et le

référentiel). On utilise le plus souvent un polynôme d’ordre 2 ou d’ordre supérieur,

c) Appliquer le modèle mathématique à un certain nombre d’échantillons de contrôle

afin d’estimer la précision de la méthode. Cette opération s’effectue au moyen de

l’analyse des erreurs résiduelles entre les valeurs des positions obtenues à l’aide du

modèle mathématique et les valeurs réelles des échantillons de contrôle.

Image multibande ETM 4,3,1 Image panchromatique ETM 8

Image rectifiée composée du ETM 8 + ETM 4,3,1

Fusion du ETM 8 + ETM 4,3,1 (image trichromie)

Rectification par rapport à la carte (points de référence)

Page 50: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

38

d) Modifier au besoin soit le modèle mathématique ( le degré du polynôme par

exemple), soit le nombre ou la qualité des échantillons, pour obtenir une précision

satisfaisante

Note : S’assurer que les erreurs sur les écarts types en X et Y sont dans la tolérance, en dessous

de la résolution spatiale de l’image (dans notre cas 15m).

Pour continuer la sélection des points d’appui, cliquer sur la touche « add point ».

• Saisie des points d’appui et rectification de l’image

Dans la phase de sélection, on essaiera d’atteindre, un compromis entre la nécessité de

l’identification et la distribution des points dans toute l’image et le besoin d’avoir de faibles

résidus.

La mesure des points d’appui et les résidus sont liés par l’identification (localisation précise) de

ces même points sur l’image. En améliorant l’identification des points sur l’image on améliore

les résidus. Aussi, la dispersion spatiale des points d’appui est indispensable pour éviter la

dégradation dans certaines parties de l’image.

La qualité de la localisation est naturellement proportionnelle au nombre de points ; d’une part

parce que la localisation sur l’image satellitale est limitée à la résolution du pixel et seul un

accroissement du nombre de points affine globalement les localisations, d’autre part, les

déformations importantes ne sont rectifiables qu’avec des polynômes de degrés élevés qui

nécessitent davantage de points pour résoudre le système. Cependant, l’utilisation de polynômes

de degré élevé (Supérieur au degré 3) peut s’avérer dangereuse quant aux déformations non

contrôlées des zones dépourvues de points d’appui ou avec des points d’appui peu représentatifs

de la complexité du relief.

En se basant sur les paramètres :

• Choix (qualité, identification),

• Dispersion spatiale des points d’appui,

• Nombre de points d’appui.

Sur les quatorze (14) points d’appui (figure 4.6) retenus pour la modélisation, onze (11) points

ont été choisis, parmi les dix sept (17) points mesurés sur les douze (12) cartes au 1/50 000 qui

couvrent les trois quarts (3/4) de la feuille à réactualiser. Les trois (03) autres points d’appui qui

se trouvent au sud de la feuille ont été retenus parmi les dix neuf (19) points choisis sur les

Page 51: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

39

photographies aériennes (équipées) au 1/57 000 de l’année 1997 . Le choix de ces points sont des

intersections de cours d’eau et de réseau routier (tableau 4.2).

La figure 4.6 ci-après montre, un schéma de la répartition des points d'appui observés et des

cartes topographiques et photographies aériennes utilisées.

Figure 4.6. Schéma de la répartition Cartographique et photographique couvrant la zone d'étude

Page 52: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

40

le tableau 4.2 ci-joint, liste les coordonnées des points d'appui, retenus pour la rectification de

l'image satellitale.

Points Coordonnées X(m)

Coordonnées Y(m)

Coordonnées Z(m)

Nature du point

1 593870.00 3979717.00 725 Intersection de 02 oueds 2 625495.00 3974427.00 706 Intersection RN/CW 3 651366.00 3979557.00 773 Intersection de 02 CW 4 594935.00 3948339.00 515 Intersection RN/CW 5 637891.00 3953464.00 487 Intersection RN/C.FER 6 600448.00 3926974.00 519 Intersection de 02 RN 7 608174.00 3908713.00 469 Intersection RN/CW 8 650622.00 3908584.00 413 Intersection de 02 pistes 9 678035.00 3927779.00 412 Intersection d’oueds 10 671582.00 3973101.00 1112 Intersection CW/limite 11 663078.00 3954337.00 636 Intersection de 02 pistes 12 599076.00 3885222.00 864 Intersection de confluent 13 636370.00 3888023.00 709 Confluent 14 662056.00 3879216.00 598 Confluent 15 615437.00 3943845.00 443 Intersection Route /oued

Tableau 4.2 : Liste et Coordonnées des points d’appui

Après la saisie des points d’appui, une fonction polynomiale du 2ème degré en X et Y est

appliquée a l’ensemble de l’image, tel que :

IX et IY : sont les coordonnées terrain des points d’appui ;

x et y : les coordonnées images des points d’appui ;

5050 àBetBàAA : les coefficients de la transformation

xyAyAxAyAxAAXi 52

43210 +++++=

xyByBxByBxBBYi 52

42

3210 +++++=

Page 53: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

41

Le tableau 4.3 ci-joint montre les résidus en pixel sur les quatorze (14) points utilisés pour la

rectification de l’image.

Coord. Image

Origine (calculée) Coord. Image

mesurée Erreurs (Pixels)

EMQ (Pixel)

X Y X Y X Y 22 yx + 7835.25 5770.25 7835.19 5770.35 -0.06 0.10 0.12 9946.25 6123.00 9946.20 6122.93 -0.05 -0.07 0.09 11673.00 5781.00 11672.97 5781.01 -0.03 0.01 0.04 7906.25 7861.50 7906.47 7861.18 0.22 -0.32 0.39 10773.00 7520.00 10773.01 7520.13 0.01 0.13 0.13 8274.50 9285.00 8274.43 9285.28 -0.07 0.28 0.29 8790.50 10502.50 8790.24 10502.58 -0.26 0.08 0.27 11623.25 10512.00 11623.23 10511.73 -0.02 -0.27 0.27 13452.75 9232.50 13452.62 9232.59 -0.13 0.09 0.16 13021.88 6211.25 13021.79 6211.23 -0.09 -0.02 0.09 12453.75 7462.00 12454.07 7461.97 0.32 0.03 0.32 8183.25 12069.00 8183.35 12068.91 0.10 -0.09 0.13 10673.00 11881.75 10673.04 11881.83 0.04 0.08 0.09 12387.50 12470.25 12387.53 12470.28 0.03 0.03 0.05

Tableau 4.3. valeurs des résidus en pixel de la correction géométrique de la

méthode polynomiale. L’erreur moyenne Quadratique totale : pixelsSMR 205114.0.. ±= ou m08.3 La rectification géométrique produit une modification des dimensions et/ou de la position des

pixels. Il s’est avéré nécessaire d’appliquer un ré-échantillonnage qui consiste à attribuer une

valeur aux pixels modifiés. Les méthodes les plus couramment utilisées sont : le plus proche

voisin , l’interpolation bilinéaire et la convolution cubique. Les propriétés de ces trois méthodes

sont connues (cf chapitre 4.3.2). La méthode de la convolution cubique est celle que j’ai utilisée

car elle à tendance à se comporter comme un filtre passe haut et à produire ainsi un léger

contraste (Kalman, 1985). Malgré les temps de calcul supérieurs à ceux des autres algorithmes,

cette dernière méthode est souvent préférée car elle conserve bien la structure de l’image.

L’image résultante (annexe :fig A1) est compatible au système de référence cartographique

choisi (projection UTM, ellipsoïde de CLARCK 1880, fuseau 31).

Page 54: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

42

4.4.2 Méthode rigoureuse

L’organigramme de la figure 4.7 ci-jointe illustre les étapes de la réalisation de l’orthoimage et la

fusion du ETM 8 + ETM 4,3,1.

Figure 4.7. Processus d’élaboration de L’orthoimage et composition de l'image

ETM 8 + ETM 4,3,1 La méthode rigoureuse repose sur le développement de l’équation de colinéarité. Elle est

considérée comme la plus rigoureuse et la plus rationnelle de toutes les méthodes de correction

géométrique des images satellitales. Elle permet de corriger l’effet du relief, par la connaissance,

au niveau de l’objet (terrain imagé), de la position d’un certain nombre de points de références,

voire même de la description totale de sa forme (MNT) dans le cas de la création d’une

orthoimage.

La combinaison de la condition de colinéarité avec les lois de la mécanique céleste est très

précise par le fait qu’elle intègre dans un seul modèle mathématique les données relatives au

Méthode rigoureuse (Logiciel Orthoengine par PCI)

Image ETM 4,3,1 (image 2) Orthoimage (ETM 8) (image 1)

Fichier courbes de niveau

Modèle numérique de terrain

(Interpolation TIN)

Génération de l'image trichromie ETM 8 + ETM 4, 3, 1

(orthoimage)

Rectification de l’image 2 par rapport à l’image 1 (transformation relative)

Image panchromatique ETM 8

Logiciel ENVI

Page 55: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

43

satellite (attitude), à l’orbite (éléments oscillateurs), à la projection cartographique et à la

géométrie de la prise de vue (Bannari et al, 1995).

Dans cette méthode, utilisant la correction rigoureuse, le logiciel de traitement d’image PCI a été

utilisé.

Par la modélisation géométrique de la prise de vue, Le logiciel met en application un modèle

mathématique basé sur la condition de colinéarité, en appliquant les principes de :

• Photogrammétrie ;

• Orbitographie ;

• Géodésie ;

• Et la cartographie.

Ce modèle reflète la réalité physique de la géométrie de prise de vue, comme toutes les

déformations produites pendant la formation d’image, comme suit :

• Déformation due à la position (vélocité et orientation de la plate forme) ;

• Déformation due à l’orientation (temps d’intégration et champ de vue du capteur) ;

• Déformation due à la courbure terrestre ;

• Déformation due à la projection cartographique.

Une telle intégration produit quelques équations simples et franches ayant peu d’inconnus

solubles, en employant peu de points de contrôle terrain (minimum 04 pour VIR , (visible et

infra-rouge). Il a été prouvé que la précision de la modélisation est environ un tiers (1/3) du pixel

pour les images satellitales VIR, (Toutin, 1995)

Le logiciel, utilise un modèle déterministe : Ce modèle déterministe utilise tout ce que l’on

connaît à priori sur les conditions de prise de vue (position et vitesse du satellite données par les

éphémérides, mouvements d’attitude du satellite, forme de la terre, description géométrique des

instruments,…) pour modéliser la gerbe perspective à l’entrée de l’imageur. Ce modèle consiste

à décrire la prise de vue, dans un repère liée à la terre (géocentrique), par la position et l’attitude

approchées du capteur (GDTA, 1993) . Ces informations sont fournies par le satellite.

Ce type de modélisation est très pratique car son calcul peut être complètement automatisé.

Cependant, il est généralement peu précis (manque de précision dans la connaissance des

éphémérides et paramètres d'attitude).

Page 56: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

44

La figure 4.8 montre :

• la relation entre le repère géocentrique et le repère orbital local (variations de tangage, roulis

et lacet ). .

• La position et la vitesse du satellite sont définies directement dans un repère géocentrique.

• La relation entre l’image et le terrain est obtenue par intersection de la gerbe perspective avec

un modèle de terre (ellipsoïde de référence).

• Enfin, la relation entre les coordonnées image et les coordonnées liées à la projection

cartographique est calculée par le passage à l’ellipsoïde de travail et application des

équations de projection du système utilisé.

Un affinement du modèle de prise de vue peut être obtenu par un algorithme nécessitant la

connaissance d’un nombre restreint de points d’appui.

Figure 4.8. Repère géocentrique et repère orbital local

L’injection des points d’appui dans le modèle fait généralement appel à une méthode probabiliste

et itérative des moindres carrés permettant ainsi d’estimer l’apport de chaque point d’appui sur la

précision du modèle au fur et à mesure de leur intégration.

Page 57: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

45

• Sélection des points d’appui et de contrôle et l'orthorectification

Cette correction reposant sur la condition de colinéarité nécessite moins de points d’appui

(Toutin, 1996). Sur les quatorze (14) points d’appui utilisés dans la méthode polynomiale, huit

(08) points seulement ont été choisis et observés. Comme pour la méthode polynomiale, les

mêmes points de contrôle ont été utilisés.

Les étapes à suivre pour la réalisation de la rectification d'image sous PCI sont les suivantes :

1- Sélectionner le module « sélection des points de contrôle » dans OrthoEngine ;

2- Afficher l’image ETM 8 à rectifier ;

3- Sélectionner la projection désirée pour la sortie (ex: projection UTM, fuseau 31, ellipsoïde :

Clarck 1880) ;

4- Sélectionner les points d’appui et de contrôle (tableau 4.4) par l’ajustement du curseur avec

zoom au dessus du pixel sur l’image et introduire les coordonnées (x, y, z), correspondant

aux points.

Pour continuer la sélection des points d’appui et de contrôle, cliquer sur la touche « add point ».

S’assurer que les erreurs sur les écarts types en x et y sont dans la tolérance, en dessous de la

résolution spatiale de l’image(15m).

Les résidus de la rectification de l'image sont données dans le tableau 4.4 ci-joint. Le programme

utilisé nous donne l’erreur moyenne quadratique (EMQ), à la fois pour les points d’appui et les

points de contrôle introduits au fur et à mesure.

Page 58: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

46

08 points d’appui : X RMS : 4.00 m Y RMS : 3.30m 09 points de contrôle : X RMS : 4.55m Y RMS : 2.69m

N° Point Res X Res Y Res XY Type 8 6.772 5.022 8.431 Point d’appui 14 2.063 -4.256 4.729 Point d'appui 4 -1.401 -4.501 4.714 Point d’appui 3 0.272 3.539 3.549 Point d’appui 13 1.797 2.251 2.880 Point d’appui 15 -1.265 -2.411 2.722 Point d’appui 12 -0.498 0.491 0.699 Point d’appui 1 0.641 0.028 0.699 Point d’appui

1405056 -8.381 -0.162 8.383 Point contrôle * 30161 -6.932 0.445 6.946 Point contrôle * 30440 6.871 -0.474 6.887 Point contrôle * 10521 -1.476 4.672 4.900 Point contrôle 765028 4.067 -2.434 4.739 Point contrôle 5101 4.343 -0.543 4.377 Point contrôle 9010 1.304 3.905 4.117 Point contrôle

* 9045 -3.210 -2.607 4.135 Point contrôle 777009 -0.454 -0.510 0.683 Point contrôle

Tableau 4.4. Résidus des points d’appui et de contrôle de la méthode

rigoureuse

Une fois, la saisie de points terminée, fermer les fenêtres de saisie du module en cours

< sélection des points de contrôle > et ouvrir le module « ortho-génération » pour la réalisation

de l’orthoimage.

Les images satellitales subissent des traitements numériques de modélisation des déformations et

de rectification géométrique, pour devenir superposables aux cartes topographiques qui servent

généralement de référence à toute étude faisant appel à de l'information géographique.

En région de colline ou de montagne, les méthodes de correction géométrique avec rectification

par rapport à des points d'appui ne peuvent prendre en compte les distorsions dues aux reliefs et

ne suffisent plus à fournir une parfaite superposabilité aux cartes de référence (GDTA1995)

- Les points de contrôle avec astérisque (*) sont des points de contrôle terrain ;

- Les autres points de contrôle sont issus d’une aérotriangulation de photographies

aériennes (équipées) au 1/40 000 (1987) et 1/57 000 (1997).

Page 59: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

47

L'utilisation d'un MNT permet d'améliorer sensiblement la qualité de la correction géométrique.

A l’image de la carte topographique pour la cartographie traditionnelle, le MNT est en voie de

devenir l’une des couches d’information la plus utilisée dans un SIG numérique.

• Génération du Modèle Numérique de Terrain

La précision d’un MNT est impossible à formaliser. Elle ne peut être évaluée que globalement,

en fonction du processus utilisé pour fabriquer le MNT. Des paramètres jouent de façon

importante sur cette précision globale, en particulier :

- L’échelle ou la résolution des images utilisées ;

- L’échelle de restitution des courbes de niveau utilisées, ainsi que leur équidistance ;

- La densité des points effectivement mesurés sur le terrain ;

- la répartition de ces points en fonction du caractère plus ou moins accidenté du terrain.

Toutefois, on ne peut atteindre une précision meilleure que celle des courbes de niveau initiales.

Les MNT sont donnés pour un écart moyen à la réalité égal à une demi équidistance des courbes

d’origine. Cela signifie qu’en mesurant des courbes espacées de 50 mètre, on obtiendra un MNT

en moyenne précis à 25 mètre, mais cette imprécision peut être plus importante en certains

points. On peut améliorer la précision du résultat en numérisant, en plus des courbes de niveau

des points caractéristiques tels que sommets, cols, lignes de crêtes, fonds de vallée.

Le MNT utilisé dans cette correction, a été réalisé à partir des travaux de vectorisation de la

planche des courbes de niveau de la carte à réactualiser (figure 4.9), et de la numérisation des

points cotés. L’équidistance des courbes est de 50 mètre.

La génération du MNT (figure 4.10) a été réalisé en utilisant le module vertical mapper qui

fonctionne sous Mapinfo. Les étapes à suivre sont:

• Poly2point: cet utilitaire transforme le fichier courbe en fichier points ( les points cotés sont

pris en compte) pour générer une grille irrégulière;

• Interpolation : Cet utilitaire nous permet,

- d'interpoler la grille éditée (Méthode TIN),

- de ré-échantiller la grille en 15m pour la conformité avec la résolution spatiale de

l’image.

Page 60: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

48

La figure 4.9 nous montre les courbes de niveau et les points cotés numérisés de la carte à

réactualiser. L'équidistance est de 50 mètres.

Figure 4.9. Courbes de niveau vectorisées de la carte à mettre à jour

Page 61: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

49

La figure 4.10 nous montre l'image raster du MNT généré à partir des courbes de niveau et des

points cotés numérisés.

Figure 4.10. Image raster du MNT issu des courbes de niveau au 1/200 000 vectorisées

• Orthorectification de l’image

Les étapes à suivre dans le module <ortho-génération > pour générer l’orthoimage est comme

suit :

1- Afficher l’image (l’image rectifiée auparavant) ;

2- Définir la portion de l’orthoimage à extraire par l’ajustement d’un cadre, soit par les

coordonnées images (lignes , colonnes ), soit manuellement sur l’image;

3- Dans la fenêtre de saisie de la production de l’orthoimage on donne :

- Nom de l’orthoimage en sortie;

Page 62: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

50

- Sélectionner le fichier MNT approprié;

- Sélectionner la méthode de ré-échantillonnage (plus proche voisin, bilinéaire ou bi-cubique).

- Lancer la procédure.

Pour le ré-échantillonnage proprement dit, c’est la méthode bi-cubique qui a été utilisée.

L’orthoimage panchromatique résultante est compatible au système de référence de sortie choisie

est peut avoir le format suivant : Format PCIDSK , GeoTiff ou WorldTiff.

Pour une bonne identification des détails topographiques, la combinaison des images s'avère très

utile. Aussi la génération de l'orthoimage panchromatique réalisée sera fusionnée aux

multibandes ETM 4,3,1 pour la mise à jour.

• Génération du panchromatique et du multibande

Etant donnée qu’on a affaire à une combinaison de l’orthoimage Pan ETM 8 à 15m et ETM 4,3,1

à 30m, il faut ré-échantillonner les éléments du ETM 4,3,1 à 30m en 15m. La procédure

appliquée et une transformation relative; transformation d’une image à une image,(figure 4.11).

Cette transformation a été réalisée sous logiciel ENVI 3.5, et les étapes à suivre de ré-

échantillonnage du multibande sont les suivantes :

1- Afficher l’orthoimage et l’image multibande ;

2- Sélectionner le module « Register : image to image », rectification de l’image multibande

par rapport à l’orthoimage;

3- Définir l’image de référence (orthoimage ETM 8) et l’image esclave (image ETM 4,3,1);

4- Sélectionner les points identifiés sur les deux images par l’ajustement du curseur avec zoom

au dessus du pixel sur l’image de référence et l’image esclave.

Huit points (08) d’appui communs à l'orthoimage Pan ETM 8 (15m) et aux multibandes ETM

4,3,1 (30m) ont été identifiés et sélectionnés. Les points étaient des intersections de lignes.

L’image ETM 4,3,1 de résolution de 30m a été prise comme esclave et l’orthoimage ETM 8 de

15 m générée sous PCI, comme référence.

Page 63: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

51

Après la saisie des points d’appui, une fonction polynomiale du 1ème degré en X et Y est appliquée a l’ensemble de l’image tel que ;

yBxBBY

yAxAAX

i

i

+++=

++=

210

210

Xi et Yi :sont les coordonnées dans l'image rectifiée , x et y sont les coordonnées de référence et

les coefficients 210210 ,,,,, BBBAAA , définissent la transformation.

Le résultat (tableau 4.5) des différences entre les positions des points dans l’image « esclave » et

ceux de l’image « maîtresse » montre que la précision est inférieure à ½ pixel par élément entre

les lignes et les colonnes, ce qui implique qu’une bonne superposition est atteinte.

Coord. Images référence Coord. Images esclave Résidus EMQ

X Y X Y Pixel Pixel 22 yx + 3919.00 2886.00 3919.06 2885.91 0.06 -0.09 0.11 5103.00 4225.00 5103.40 4224.80 0.40 -0.20 0.45 5836.57 2891.29 5836.36 2891.44 -0.21 0.15 0.26 6727.00 4617.00 6727.18 4616.81 0.18 -0.19 0.26 6098.14 6106.86 6098.00 6106.96 -0.14 0.10 0.17 4129.71 5855.71 4129.89 5855.50 0.18 -0.21 0.28 4246.43 4749.71 4246.15 4749.94 -0.28 0.23 0.37 5085.57 5095.57 5085.39 5095.79 -0.18 0.22 0.28

Tableau 4.5. valeurs des résidus en pixel de la Transformation relative (image à image)

Erreur moyenne quadratique : ± 0.289153 pixels

Pour le ré-échantillonnage proprement dit, la méthode de la convolution cubique à été appliquée.

Trois fichiers ont été créés, représentant ainsi les trois images (ETM 4,3,1) du multibandes ré-

échantillonnées. Les trois bandes ainsi obtenues ont été fusionnées (cf. chapitre 4.6.4) avec

l’orthoimage pour obtenir une image composée trichromie ETM 8 + ETM 4,3,1 servant à la mise

à jour.

Page 64: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

52

Image à recaler ETM 4,3,1

Image de référence Orthoimage Pan

Image recalée ETM 4,3,1

Superposable

Image de référence Orthoimage (Pan)

Calcul Modèle de déformation relative (MDR)

Application du MDR sur l'image B

Validation par comparaison images A et B

Egalisation radiométrique de l'image B/ image A

MDR = Modèle de Déformation

Relative

La figure 4.11, ci-après est un organigramme montrant les différentes phases de la rectification de l'image ETM 4,3,1 par rapport à l'image ETM 8 (orthoimage), par la transformation relative.

Améliorer la visualisation - Adaptation dynamique - Filtres Prises de points Prises de points homologues homologues

Figure 4.11. Opération de recalage du multibande ETM 4,3,1avec L’orthoimage (ETM8)

Page 65: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

53

4.5 Résultats des corrections et discussion

La précision géométrique de l’image est fonction :

• De la qualité des points d’appui,

• De la fiabilité des cartes utilisées comme référence et ou des mesures terrain.

• Du relief sur la portion du terrain imagée

- Modification du relief due aux effets de pente;

- Délocalisation des objets.

Les points de contrôle utilisés pour vérifier les rectifications des images ont été mesurés à partir

des photographies aériennes équipées. Deux (02) échelles différentes couvrent la zone d’études ;

une au 1/40 000 de l’année 1987 au nord et l’autre au 1/57 000 de l’année 1997 au sud.

Le tableau 4.6 ci-après, liste les points qui ont été utilisés comme points de contrôle, pour

vérifier les rectifications des images satellitales.

Points Coord. X(m) Coord. Y(m) Coord. Z(m) Nature du point 9010 667689,33 3943153,39 488 Intersection de 02 CW

*30440 629368,22 3939541,63 414 Intersection de 02 routes 765028 594015 3963282 559 Confluent *30161 632469 3910121 427 Intersection pistes *10610 605645,30 3899501,68 552 Angle clôture

5101 636774,73 3884152,82 803 Intersection piste 1405056 672361 3903941 463 Confluent *9045 625308,06 3981099,77 923 Intersection pistes *10521 675331 3930958 414 Limite de clôture 777009 664228,11 3975364,79 1370 Intersection pistes

Tableau 4.6. Liste et coordonnées des points de contrôle

- Les points de contrôle terrain sont avec un astérisque (*). - Les autres points sont issus d’une aérotriangulation à l’échelle du 1/40 000 et du

1/57 000. L’évaluation de la précision planimétrique à partir de ces points de contrôle dont cinq (05)

points de contrôle terrain montre dans les tableaux ci-après que les écarts entre leurs

coordonnées origine et leurs coordonnées images rectifiées sont acceptables et conviennent pour

les deux méthodes de correction , la Méthode polynomiale (tableau 4.7) et la Méthode rigoureuse

(tableau 4.8).

Page 66: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

54

10 points de contrôle : σσX = ±± 8.8m σσY = ±±10.4m Points Delta X (m) Delta Y (m) EMQ(m)

* 10521 +13 -13 18.38 * 30161 -13 -11 17.03 777009 +9 -13 15.81

* 30440 +5 -13 13.93 9010 +13 -2 13.15

* 9045 +4 -12 12.65 765028 +5 -11 12.08 1405056 +2 -8 8.24 * 10610 +2 -5 5.38

5101 +7 0 7.00

Tableau 4.7. Ecart observé avec les points de contrôle de la méthode polynomiale

09 points de contrôle : σσ X : ±± 4.55m σσY : ±± 2.69m

N° Point Delta X(m) Delta Y(m) EMQ (m) 1405056 -8.381 -0.162 8.383 * 30161 -6.932 0.445 6.946 * 30440 6.871 -0.474 6.887 * 10521 -1.476 4.672 4.900 765028 4.067 -2.434 4.739

5101 4.343 -0.543 4.377 * 9045 -3.210 -2.607 4.135 9010 1.304 3.905 4.117

777009 -0.454 -0.510 0.683

Tableau 4.8. Ecart observé avec les points de contrôle de la méthode rigoureuse

La comparaison des deux tableaux sur les écarts types des points de contrôle montrent que la

méthode rigoureuse donne de meilleures résultats que la méthode polynomiale.

Si la géométrie de prise de vue est stable, le terrain est relativement plat et si le réseau

géodésique est de bonne qualité, les méthodes polynomiales donnent des résultats acceptables

pour la cartographie thématique. Cependant la cartographie topographique nécessite une

correction géométrique très précise (Cherkaoui, 1991 ; Bannari et al, 1995 ).

Page 67: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

55

Pour la cartographie à très petite échelle (1/100 000 et inférieur), les résultats du tableau 4.7

(Méthode polynomiale), sont largement suffisants. De plus la superposition parfaite sur les

images corrigées de fichiers vecteurs (communication, hydrographie), ont également permis de

valider la qualité géométrique des images.

4.6 Traitements radiométriques

Avant interprétation, il est nécessaire, hormis les prétraitements obligatoires (corrections

radiométriques, corrections géométriques), de traiter les images afin de les améliorer et ou de

compresser les informations qu’elles recèlent, pour faciliter la perception et l’interprétation.

Les critères d’interprétation, ne sont pas absolus, c’est à dire que suivant les variables temps,

espace, environnement, échelle, un même objet sera identifié suivant des critères différents

(texture, structure et la forme).

Dans les données satellitales, ce sont ces critères qui seront recherchés, et les traitements

effectués sur les images tiennent généralement compte de ces paramètres. Parmi les traitements

effectués pour l’interprétation visuelle :

• Amélioration du contraste,

• Filtrage de l’image,

• Les compositions colorées,

• Fusion d’image.

4.6.1 Amélioration du contraste de l’image

Généralement, un étalement de dynamique global est effectué. Ce processus permet d’améliorer

le contraste de l’image par une meilleure répartition des teintes de gris ou des couleurs dans

l’intervalle de radiométrie de l’image.

4.6.2 Filtrage de l’image

On entend par filtrage toute technique visant à éliminer le bruit contenu dans les données. En

théorie de l’information, le bruit est défini comme toute donnée non utile qui masque

l’information.

Les éléments linéaires, tels que les routes, les rivières, les lignes ferroviaires, etc., sont les

composantes principales d’une carte topographique. Leur accentuation est donc très importante

pour une amélioration de la géométrie des détails de l’image. Différents filtre peuvent être

utilisés en fonction de l’information que l’on veut extraire, afin de rehausser les éléments

linéaires de largeur inférieure à la taille du pixel et donc peu discernable sur l’image brute, on

utilise habituellement les filtres de type Laplacien.

Page 68: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

56

Exemple : a1 a2 a3 -1 -1 -1

a4 a5 a6 -1 8 -1

a7 a8 a9 -1 -1 -1

Ce filtre affecte un poids de 8 au pixel central et un poids négatif à ses voisins, permettant de

rehausser ce pixel par rapport à son environnement. Ce filtre à d’autant d’impact que le pixel

central est contrasté dans son voisinage. Donc le résultat de ce filtrage sera une image ou tous les

contrastes radiométriques seront rehaussés (apparition de contours, limites, etc.).

Ce type de filtre est très utilisé en milieu urbain afin de rehausser la limite des bâtiments par

exemple.

4.6.3 Compositions colorées

Les compositions colorées sont des images couleur composées. Elles sont obtenues en

superposant les trois canaux de telle sorte que chaque canal est affecté aux trois couleurs

fondamentales bleu, vert et rouge (RVB).

Dans le cas de Landsat7 ETM+, ces trois bandes spectrales existent, ex : (ETM 1,2,3) ; une

simple composition colorée permet donc de visualiser une image couleur pseudo-naturelle. On

peut ainsi élaborer 243 compositions colorées différentes ( 53 = 3x3x3x3x3 = 243), en codant les

cinq (05) canaux d’une image Landsat7 ETM+ avec les trois (03) couleurs fondamentales RVB.

Le but principale de la visualisation en couleurs pseudo-naturelle est soit l’esthétique de l’image,

soit l’interprétation visuelle des documents par des personnes non familiarisées avec l’analyse

des images en fausses couleurs.

4.6.4 Combinaison du panchromatique et du multispectrale

En télédétection, plusieurs applications nécessitent la fusion de deux ou plusieurs images de la

même région pour différents objectifs ( mise à jour, détection des changements ect …).

Plusieurs techniques sont utilisées pour fusionner des images . L’une des méthodes les plus

utilisées est l’ITS ou IHS (Intensité, Teinte et saturation).

A travers une composition colorée classique (ETM3, ETM2, ETM1, respectivement en rouge,

vert et bleu), chaque pixel peut être affecté d’une couleur, somme d’une certaine quantité de

bleu, de vert et de rouge.

Une couleur peut être interprétée dans un autre référentiel défini par la transformation

RVB ITS .Elle permet de séparer l’information spatiale (intensité) de l’information spectrale

(teinte et saturation).

Page 69: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

57

On remarque que tout, comme le Pan, le canal intensité contient une information de type spatial.

Ainsi, nous pouvons remplacer l’un par l’autre et ainsi effectuer les transformations inverse

« P »TS RVB en remplaçant le canal intensité par le canal P, censé apporter une information

géométrique plus fine. Ceci est possible parce que le composant d’intensité et l’image Pan sont

approximativement égales entre eux spectralement (Chavez et al, 1991). La figure 4.11 montre

les étapes de la transformation IHS.

Le canal panchromatique de Landsat ETM+ offre une information géométrique très fine

(résolution 15m, permettant de discriminer de petits objets) ; par contre son contenu thématique

(radiométrique) est moins riche que celui d’une image multispectrale. Les capteurs

multispectraux présentent une moindre résolution au sol (30m) mais offre une richesse

thématique importante puisque multifréquentielle. Il apparaît dès lors intéressant de mixer ces

canaux afin d’associer, au sein d’une même image multispectrale, l’information thématique et la

précision spatiale.

La fusion des données multispectrales à 30m, riche sur le plan identification spectrale, avec le

canal panchromatique à bonne résolution spatiale 15m, permettra l’obtention d’image trichromie

riche et sur le plan géométrique et spectrale.

Figure 4.12. Les étapes de la transformation ITS

Ce processus, permet de renforcer la discrimination de l’habitat au détriment de la végétation en

zone urbaine (Carper et al, 1990).

ETM+ 4,3,1 R,V,B 30 mètres

Ré-échantillonnage à 15 m I , T , S

Remplacement

Fusion RVB ETM 8 , T , S

Page 70: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

58

4.7 Conclusion

Les corrections géométriques généralement appliquées sur les images sont de type non

paramétrique. Elles agissent globalement sur l’image sans tenir compte des conditions de la prise

de vue. Elles se basent sur le principe des régressions linéaires ou d’ordre supérieur appliquée

sur les couples de points repérés sur la carte et sur l’image. Cette procédure tend à minimiser les

résidus associés aux points de contrôle. Il convient encore de préciser que ces résidus ne peuvent

être réduits au delà d’une certaine limite quelque soit le nombre d’amers. En région de relief

accidenté, les procédures habituelles produisent parfois des décalages de plusieurs pixels,

inadmissibles pour certaines applications .

Si la télédétection souhaite fournir à l’utilisateur des informations de nature quantitative (surface

et distance), produire en définitive des documents conformes aux normes cartographiques,

fournir des fichiers numériques compatibles avec un SIG, il apparaît indispensable d’établir des

orthoimages. Il y a quelques années, cette opération butait contre l’absence de modèle numérique

d’altitude aux résolutions appropriées. Aujourd’hui, la plupart des pays industrialisés (ce n’est

pas encore le cas hélas pour les pays du sud ) disposent, ou sont en bonne voie d’être dans cette

situation, de MNA basés sur une maille de 20 à 30m de côté (Caloz. R, Blaser. T.J et Willemin.

G., 1993). Les MNA peuvent aider à corriger les effets causés par la topographie et par les

variations dans la pente du terrain, ce qui peut augmenter la précision de la classification

résultante.

Les résultats de la modélisation géométrique indiquent que, l’utilisation des points mesurés sur

les cartes comme points d’appui est satisfaisante.

Les écarts types calculés sur les coordonnées planimétriques X et Y de l’orthoimage sont

acceptables. Ces résultats montrent que pour :

• L’image rectifiée obtenue répond pleinement à la mise à jour cartographique pour le 1/200

000, et même le 1/100 000, en interprétation visuelle. On peut réaliser des spatiocartes pour

une utilisation thématique (occupation du sol, aménagement).

• De l’orthoimage au 1/200 000 réalisée, on peut extraire quatre (04) spatiocartes à usage

topographique, pleinement exploitable à titre de documents cartographiques à l’échelle du

1/100 000.

Page 71: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

59

5. MISE A JOUR DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE

La mise à jour s’est effectuée en superposant à l’écran, sous Mapinfo, le fond de l’image

rectifiée composée de la fusion du panchromatique et du multibande (ETM 4,3,1), et les fichiers

vecteurs des PMI numérisées. L’interprétation de l’orthoimage après superposition des fichiers

vecteurs permet l’identification des éléments cartographiques variant entre 1963 et 2001.

5.1 Photo interprétation

L’interprétation des images spatiales découle de celle des photographies aériennes. Techniques

utilisées au début, lors de la première guerre mondiale, à des fin de reconnaissance stratégique.

C’est cette période qui marque le début de la photo-interprétation.

La photo-interprétation est une discipline qui demande avant tout de la pratique. Il n’est donc pas

question de devenir photo-interprète à la seule lecture d’un cours. Mais l’interprétation des

documents ne devient riche et sure que si l’on est capable de comprendre comment on analyse

les images. Cette compréhension permet de ne pas passer à coté d’un renseignement.

En fonction de la connaissance du sujet étudié et du terrain, le photo-interprète expérimenté peut

analyser une image dans son ensemble, en prenant en compte non seulement les teintes les

couleurs mais également la forme, la texture et la structure des divers éléments qui la composent,

ainsi que leur agencement dans l'espace en faisant abstraction des données parasites (ou

"bruits"). La qualité de l'interprétation dépend donc avant tout de la compétence du photo-

interprète.

De manière générale, tout travail de photo-interprétation suppose de connaître quelle

correspondance a été choisie entre les canaux et les 3 couleurs fondamentales (RVB) et quelles

sont les signatures spectrales des thèmes d’occupation du sol rencontrés dans l’image. Ainsi,

dans l’image ci-dessous (cf, figure 5.1), quand les parcelles apparaissent en rouge, cela signifie

qu’elles ont des valeurs radiométriques plus fortes dans le canal qui a été codé en rouge que dans

les deux autres canaux. S’agissant ici d’une image en infrarouge fausse-couleur, c’est le canal

proche infrarouge qui a été codé en rouge. Il ressort de la connaissance des signatures spectrales

que c’est la végétation active qui présente une réflectance forte dans le proche infrarouge et

faible dans le visible. Les parcelles qui apparaissent en rouge sont donc recouvertes de

végétation.

Page 72: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

60

Figure 5.1. Extraction d’une portion d’image ETM 8 + ETM 4,3,1 A titre indicatif, des familles d’éléments paysagers peuvent être déclinés en groupes de formes.

(conf. Tableau 5.1). Cet inventaire est d’autant plus important que les formes qui émergent de

l’image ne sont pas forcément récurrentes. Suivant l’échelle, elles peuvent apparaître puis

disparaître, pour être à nouveau visibles par la suite. Etant plus ou moins « lisibles », cachées

derrière des motifs texturaux emboîtées, elles peuvent être décelées sous un autre angle, sous

d’autres combinaisons de canaux.

Familles d’éléments paysagers

Formes éléments paysagers

Caractéristiques

Occupation du sol Végétation Bâti Surface en eau

Selon les canaux choisis et les traitements opérés (composition colorée en fausse couleur). ETM 4,3,1, Rouge = végétation, bleu-gris = Bâti et surfaces minérales, noir-bleu foncé = eau, gris clair-blanc = zones réfléchissantes, bâtiments industriels.

Communications Viaire Autoroutier Ferré, navigation

Détectable plus par la géométrie (linéaire plus ou moins épais), que par la teinte et les relations qui en découlent.

Tableau 5.1. familles d’éléments (non exhaustif)

Page 73: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

61

la résolution spatiale du capteur joue un rôle déterminant quant à la détection, l'identification ou l'interprétation des images satellitales: • La détection d’un objet (par exemple, un élément linéaire sans pour autant arriver à savoir

s’il s’agit d’un chemin, d’une limite de parcelle, d’un canal) peut être effectuée même avec des pixels de taille nettement supérieure à la taille de l’objet à partir du moment où il existe un bon contraste entre cet objet et l’environnement.

• L’identification d’un objet (il s’agit bien d’une route) suppose de disposer de pixels de taille similaire à celle de l’objet.

• L’analyse d’un objet (l’hétérogénéité d’une parcelle par exemple) nécessite que l’objet soit couvert par 20 à 25 pixels au minimum.

Figure 5.2. Relation résolution spatiale / taille des objets selon l'objectif de

l'interprétation. L'orthoimage élaborée de la fusion (ETM8 + ETM 4, 3, 1) est très riche en information. Son

interprétation pour la mise à jour de la carte topographique au 1/200 000 de M'sila pose des

difficultés quant à la saisie des détails. Cette difficulté réside dans la définition des critères de

généralisation, afin que la carte reste lisible.

Page 74: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

62

5.2 Principes de généralisation

La généralisation groupe l’ensemble des opérations permettant de passer d’un document

d’échelle donnée à une carte d’échelle plus petite.

Elle comporte (IGN 1970):

• Une sélection (élimination des détails et des écritures les moins importantes),

• Une schématisation (simplification dans la forme des objets et le tracé des lignes) ;

• Une harmonisation (équilibre dans la sélection et la schématisation nécessaire pour respecter

les caractères de la région représentée).

• Condition à remplir par une bonne généralisation Une carte bien généralisée doit fournir de la carte originale une image semblable, possédant les

mêmes caractères et le même aspect général. Il faut que l’usager ait l’impression qu’on a

seulement procédé à une réduction d’échelle. Ce but sera atteint si l’interprète est parvenu à

conserver uniquement ce qui est intéressant. Compte tenu de l’échelle, la carte doit toujours être

aussi complète et exacte.

En conclusion, disons que les opérations de généralisation ne peuvent faire l’objet d’aucune

réglementation précise et d’application automatique ; elles sont avant tout affaire de

raisonnement de bon sens et d’expérience, dans le cadre de directives générales (IGN 1970).

5.3 Correction des écarts

Les méthodes d’établissement et de généralisation de la coupure de M’sila ont laissées entrevoir

des décalages planimétriques par endroit entre les éléments numérisées et l’orthoimage. Une

correction manuelle de ces écarts en prenant l’orthoimage comme référence géométrique a

permis d’améliorer la qualité planimétrique des éléments numérisées.

5.4 Mise à jour

Les structures et les formes discernables dans l’image vont évoluer en fonction des orientations

selon que le résultat se situe dans le domaine :

• De l’interprétation à des fins cartographiques et de mise à jour ;

• De l’analyse spatio-temporelle, de l’analyse des évolutions urbaines etc. Elles vont aussi

dépendre de l’échelle d’analyse définie en association avec ses approches. Des éléments

Page 75: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

63

repérés au 1/50 000 d’une mise à jour cartographique ne peuvent pas être considérés de la

même façon s’ils doivent être l’objet d’une généralisation. Il faut donc, avant toute chose,

définir, en fonction de la problématique posée, les éléments qu’il est envisageable d’extraire

de l’image, puis les méthodes qui vont permettre cette extraction.

La décision sur les détails cartographiques à saisir pour la mise à jour a été faite sur la base des

spécifications des cartes au 1/200 000.

La mise à jour, peut se faire en suivant deux approches:

• Suivant la même échelle de la carte à 1/200 000 ;

• En prenant une échelle intermédiaire, adéquate, celle du 1/100 000, tout en gardant les

spécifications topographiques et cartographiques du 1/200 000.

Pour cette révision cartographique, la saisie se fait en premier sur les éléments qui sont les plus

faciles à identifier et interpréter, jusqu’à compléter la carte.

La principale difficulté rencontrée est la séparabilité des éléments interprétés :

• Les routes secondaires et les chemins de Wilaya ne sont pas discernables;

• La distinction entre réseau hydrographique permanent et temporaire n’est pas

évidente.

La forme de représentation des agglomérations imposée par l’échelle, pose aussi problème :

• Le problème de l’urbain, réside dans la forme de représentation simplifiée des

agglomérations, imposée par l’échelle du 1/200 000. Il s’agit de la silhouette dont la

schématisation est simple, réservée aux localités les plus importantes, puis du

symbole lorsqu’il n’est plus possible de recourir à la silhouette. Dans ce dernier cas,

le classement se fait le plus généralement d’après le chiffre de population ou le rang

administratif.

Les différentes couches d’information planimétrique retenues ont été mises à jour par ajout,

suppression et modification des éléments cartographiques.

Des travaux de complètement sur le terrain permettraient de pallier le problème de séparabilité

des éléments cartographiques, et partant d’améliorer et de valider la qualité de la mise à jour.

Page 76: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

64

Des exemples de mise à jour sont présentés en figure 5.3, 5.4 et 5.5

Figure 5.3. Exemple de mise à jour

Illustration du processus de mise à jour de quelques couches d’informations cartographique en utilisant l’orthoimage de 2001 ( en fond de plan).

Page 77: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

65

Figure 5.4. Réactualisation de la foret

La figure ci-dessus nous montre :

Le résultat de la mise à jour de la couche d’information cartographique relative à la

foret, obtenu par interprétation de l’orthoimage .

- A gauche sur l’image, dans le polygone 1, une différence au niveau de la teinte

sur le coté gauche de la foret. Cette différence est un brûlis (feu de foret :

d’après renseignement pris au prés de la Direction Générale des Forêts) ;

- A droite dans le polygone 2, la nouvelle extension de la foret, restituée en

prenant comme référence des cartes au 1/50 000.

Page 78: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

66

Figure 5.5. Résultat de la mise à jour

- Extrait de la carte topographique au 1/200 000 de M’sila (1963)

- Résultat de la mise à jour de quelques couches d’information cartographique obtenu

par interprétation de l’orthoimage (2001). On remarque nettement la nouvelle

implantation de la ligne de chemin de fer et la nette extension du bâti entre

1963 et 2001

Page 79: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

67

La précision de localisation ne suffit pas pour déterminer l’échelle des cartes que les images

satellitales permettent d’obtenir. Un facteur non moins important est la capacité d’identifier les

détails planimétriques. Comme La résolution spatiale fixe l’échelle d’analyse, les objets

ponctuels n’apparaissent pratiquement pas, mais les surfaces sont délimités avec environ 80% de

précision (Manning and Evans, 1988). Les données (ETM 8 + ETM 4, 3, 1) fournissent de

meilleures résultats, à des échelles concevables pour l’élaboration et la mise à jour

cartographique des éléments linéaires et surfaciques principaux .

De plus ces travaux, confirment que la plupart des éléments thématiques de la carte au 1/50 000

sont identifiables sur l’orthoimage composée, à l’exception des bâtiments isolés, de certaines

routes secondaires et de sentiers. Les cartes topographiques au 1/50 000 étaient toutefois utilisées

comme référence (cf figure 5.6).

Figure 5.6. Portion d'orthoimage ETM 8 + ETM 4,3,1 à l'échelle du 1/50000,

surchargée (restitution brute à l'échelle du 1/50 000 de l'année 1987). La figure 5.6 nous montre que:

• Les données ponctuels n'apparaissent pas : (les bâtiments et aménagements sont difficilement

identifiables. Un pixel de 225 m2 peut regrouper plusieurs maisons, tandis que les mêmes

seront individualisables sur photos aériennes au 1/50 000. C'est l'aspect zonal de

l'information qui est privilégié pour une cartographie issue de l'imagerie satellitale ETM+,

Page 80: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

68

• Les éléments linéaires principaux sont identifiables :

- Routes (le tracé du réseau routier est parfaitement identifiable lorsqu'il s'agit de routes de

grandes largeurs, supérieures à 02 voies. ),

- Chemin de Fer (identification aisée en milieu rural, repérables par leur tracé, mais

difficile à identifier en zone urbaine).

- réseau hydrographique (Généralement, le réseau hydrographique principal s'identifie

bien, surtout en image fusionnée ETM 8 + ETM 4, 3, 1, en revanche le réseau fin

s'identifie très difficilement. Pour les surfaces d'eau, plus la surface est grande , plus elle

est identifiable).

• Les couvertures et formes terrestres :

- La forêt reste parmi les thèmes les plus aisés à identifier, toute essence confondue,

- Les Plantations sont bien définies sur les images ETM+ mais les vergers et les vignes

sont invisibles.

5.5 Conclusion

L’orthoimage composée de la fusion du ETM 8 + ETM 4, 3, 1, utilisée pour la mise à jour

permet une très bonne identification visuelle des détails. Les méthodes de fusion permettent de

garder au maximum la radiométrie originale et d’ajouter la précision de la bande Pan (ETM 8 :

15m, dans notre cas).

La qualité de la mise à jour effectuée dépend grandement du taux d’identification des éléments

cartographiques sur l’orthoimage. De nombreuses études sur le contenu en information des

images Spot révèlent que le taux d’omissions sont faibles pour les éléments linéaires et

surfaciques (Thirlwall, 1988). Comme la résolution spatiale du Pan ETM+ est faible (15m), ceci

est le cas dans cette étude puisqu’il s’agit d’une mise à jour et non d’une saisie initiale et puisque

l’image est exploitée numériquement après une bonne amélioration visuelle. De plus les

différents éléments d'une classe peuvent ne pas être uniformément identifiables partout dans

l’orthoimage, mais une fois détectés ne peuvent pas être confondus avec d'autres classes

d’éléments.

La mise à jour présentée dans cette étude est le fruit d'une expérience faite à partir du contenu

cartographique des images satellitales ETM+. A ce stade de l'expérience, en se basant sur la

détection des détails topographiques et la fiabilité des détails interprétés de l'image composée de

la fusion de ETM 8 + ETM 4, 3, 1, on peut conclure ce qui suit:

Page 81: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

69

Classe Identification Routes et chemins de fer Très bonne Couvert forestier et forme terrestre Très bonne( à l'exception des vergers) Hydrographie Bonne Zone urbaine Bonne

A l’échelle du 1/50 000, le potentiel d’informations géographiques de la carte et de la

spatiocarte, au travers de leurs descripteurs géométriques, offrent des précisions voisines pour

des applications thématiques.

Considérant la zone d'étude (zone à caractère semi-urbain), les éléments du contenu

topographique ne nous permettent pas d'utiliser dans des régions semblables, les données ETM+

pour la cartographie du 1/50 000. Par contre, en ce qui concerne la cartographie du 1/100 000 et

inférieure, les images satellitales ETM+ sont convenables et acceptables.

Contrairement à la cartographie topographique, il existe une relation assez faible entre la

résolution de l’image et l’échelle de la carte thématique, que l’on peut en tirer, au moins en ce

qui concerne l’occupation du sol. La résolution spatiale n’est pas nécessairement un critère

important pour une bonne cartographie thématique. La richesse spectrale est par contre un atout

majeur.

Les images multispectrales de Landsat7 ETM+, permettent de cartographier sans trop de

difficultés une dizaine de classes, parmi lesquelles on citera : l’eau, les sols nus, les forêts, les

prairies ou friches, les zones agricoles, l’urbain dense, le périurbain….

Dans l’interprétation visuelle, Les opérateurs interprètes, en plus de la forme, la texture et la

structure des éléments qui composent l’image, doivent bien assimiler la correspondance choisie

entre les canaux et les 03 couleurs fondamentales (RVB), et quelles sont les signatures spectrales

des thèmes d’occupation du sol rencontrés dans l’image afin qu’ils puissent bien interpréter les

images.

Page 82: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

70

6. CONCLUSION ET RECOMMANDATIONS

« Le cloisonnement essentiel de l’espace n’est pas dans la géographie de la matière ; les

problèmes en ce monde peuvent désormais être résolus technologiquement et économiquement.

Les cloisons essentielles sont dans les esprits. Pour les réduire, il faudra beaucoup de

générations. Mais un certain entendement global vient à nous et ne pourra plus être stoppé. »

J.Gottman (Sistema terra.1992)

La première qualité des images satellitales est leur synchronicité, soit le fait de couvrir des

surfaces relativement importantes en un temps très court ( environ 03 seconde pour une scène de

185km de coté pour ETM+ ), avec des conditions d’observation identiques, ce qui n’est le cas ni

du travail de terrain, ni de la photo aérienne, étant donné la distance à la terre, les déformations

géométriques par rapport à la surface prise en considération sont très réduites, d’ou l’économie

du gros travail de redressement que nécessitent les couvertures aériennes. En outre, les capteurs

des satellites enregistrent le rayonnement électromagnétique dans les longueurs d’ondes qui

échappent à l’œil, soit les infrarouges. Enfin les données satellitales sont acquises sous la forme

numérique, ce qui apporte une grande souplesse de traitement.

Les images satellitales sont maintenant exploitées couramment. Ce succès est du au

rapprochement heureux entre télédétection et SIG, grâce à l'émergence de systèmes

ergonomiques et accessibles aux cartographes et thématiciens non spécialistes de l'informatique.

A titre de comparaison et en tenant compte de la cartographie à petite échelle, l’avantage

majeure de Landsat-7 ETM+ par rapport à Spot4 est son coût : Une scène Landsat-7 couvre

environ 185km x 170km, contre 60km x 60km pour Spot4 ; 09 scènes Spot4 sont donc

nécessaires pour une surface équivalente à celle d’une scène Landsat7 ; or, une Scène Spot4

coûte 1860 Euros contre 5581 Euros pour Landsat-7. L’autre qualité de ETM+ est sa richesse

radiométrique : 07 canaux, dont 04 dans l’infrarouge, les 5 et 7 en particulier, situés dans

l’infrarouge moyen, ont été conçu spécifiquement pour mettre en évidence, les phénomènes

d’humidité, tant de la végétation que des sols. Le léger avantage de résolution de Spot4 (20m

contre 30m pour ETM+) ne compense pas les performances radiométriques de Landsat ETM+,

surtout lorsqu’il s’agit de cartographie des sols.

Page 83: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

71

Les objectifs de ce travail ont été en premier lieu, la définition et l’application d’une

méthodologie de production d’orthoimage à partir d’une image landsat 7 ETM+ (niveau 1G), en

second lieu, la mise à jour de la carte topographique au 1/200 000 par superposition des fichiers

vecteurs numérisés sur l’orthoimage. Enfin la réalisation d’une spatiocate à usage topographique

à l’échelle du 1/100 000, avec habillage et surcharge d’éléments cartographiques.

Ces objectifs ont été atteint, mais vu la richesse du thème et son intérêt, on doit continuer à

chercher et à développer de nouvelles méthodologies pour contribuer à la production

cartographique.

La filière numérique apporte des concepts nouveau qui offrent plusieurs avantages :

• L’introduction du traitement d’image qui permet de faire sur les fichiers images des

traitements d’amélioration de rehaussement, de recherche de cibles, de transformation

d’images.

• La production d’orthoimage sans véritable coût supplémentaire.

• Grâce au format numérique des données, l’intégration dans les SIG, grâce auxquels elle peut

être utilisée en synergie avec d'autres sources d'information .

• La génération de produits dérivés : des cartes d’occupation du sol, des cartes thématiques,

des spatiocartes.

• La facilité de stockage en format numérique, ce qui permet d’éviter les problèmes de

dégradation du support (cas de la photogrammétrie analogique/analytique).

• La souplesse du changement d’échelle et de projection en utilisant des logiciels appropriés.

Les images satellitales peuvent être utilisées pour des projets d'aménagements:

- études d'impact,

- avant projet routier,

- avant projet de barrage,

- suivi d'une exploitation forestière ou agricole.

Dans le domaine de l'environnement, les images satellitales sont utilisées pour:

- dresser un état des lieux,

- suivre un phénomène.

Page 84: Contribution des images ETM+ de Landsat7 à la mise à jour ...

72

Comme l’Algérie est couverte d’une cartographie au 1/25 000 et au 1/50 000 dans la partie nord,

la sélection des points d’appui servant à la rectification d’images satellitales à partir de cette

cartographie est possible et acceptable. Au sud ou aucune cartographie à moyenne échelle n’est

disponible, une mission sur le terrain est nécessaire pour déterminer les coordonnées par les

méthodes géodésiques classiques (triangulation sur le réseau existant) ou par GPS.

Au terme de ce travail, on peut recommander :

• La création de bases de données cartographique au 1/100 000 et au 1/200 000 et leurs mise à

jour directe à partir de l’imagerie satellitale.

• L’Algérie possède un relief très diversifié, l’aspect cartographique et topographique au nord

est très différent du sud, aussi il est souhaitable de faire un test sur la mise à jour sur la région

saharienne avec les images Landsat ETM+.

• Mener des études sur l’interprétation automatique, pour la cartographie en générale et la

cartographique thématique en particulier.

• La création d’une base de données altimétrique, pour la génération de MNT qui servira à la

réalisation d’orthoimage.

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73

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76

ANNEXES Exemples de spatiocartes • A1 : Spatiocarte de la feuille de M’sila (1/200 000). • A2: Spatiocarte au 1/100 000 (coté nord/est de la feuille de M'sila

au 1/200 000).

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Spaciocarte de base, sur Msila Le produit est composé d’un fond image géoréférencé, rehaussé et amélioré au niveau de la radiométrie en vue d’une utilisation directe en interprétation visuelle dans une base de données localisées (SIG). Le fond image est composé d’un traitement ETM 8 + ETM+ 4, 3, 1 (mélange d’images panchromatique et multispectrale rééchantillonée à 15m). La localisation sur l’image est possible grâce à un carroyage géographique et cartographique (UTM, fuseau 31 sur ellipsoïde CLARK 1880) associé à des croisillons en surcharges sur le fond image. L'habillage est sommaire car le produit est destiné à une utilisation numérique: Fichier Image : Spatiocarte_msila_200000.jpg Spatiocarte_msila_200000.ai pour adobe_ilustrator

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Spaciocarte à usage topographique sur fond d'orthoimage LANDSAT 7 ETM+

Le produit ci-contre est un exemple typique de spaciocarte à usage topographique à l’échelle du 1/100 000. Le fond image est une orthoimage ETM 8 + ETM 4, 3, 1, résultant de la combinaison d’images panchromatique et multispectrale ré-échantillonnée à 15m. Ces scènes ont été acquises le 24 Mars 2001. Elles ont subi des corrections et rectification géométrique, utilisant des points d'appui et un modèle numérique de terrain obtenu par la vectorisation de la planche altimétrique de la carte de M'sila au 1/200 000. Le document correspond à une coupure géographique standard de l’Algérie (30’x30’) en projection UTM, fuseau 31 sur ellipsoïde CLARK 1880. Cette portion d’orthoimage résulte de l’extraction d’une partie de l’orthoimage à 1/200 000. Une amélioration globale et locale du contraste a été appliquée. Les courbes de niveau en surcharge sont issues de la vectorisation de la planche altimétrique de la carte de M'sila au 1/200 000. Leur intervalle et de 200m pour les courbes maitresses. Des courbes secondaires (25m) apparaissent en pointillées. D'autres surcharges complètent la spatiocarte, les voies de communication, l'hydrographie et les points cotés. Quelques toponymes majeurs ont été sélectionnés Fichier image: Spatiocarte_100000.ipg Spatiocarte_100000.ai pour adobe_ilustrator

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