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decembre2006

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Une nouvelle approche de cartographie en milieu nordique : les StéréoSatsMC

Par Maurice Carignan et Mathieu Benoît
VIASAT GeoTechnologies

Cet article présente les résultats d'un projet réalisé dans le cadre du Programme de développement d'applications en observation de la Terre (PDAOT) de l'Agence spatiale canadienne et de l'Entente Canada-Québec sur l'utilisation des données RADARSAT. Cette entente a été signée en 1998, puis renouvelée pour trois ans en juin 2002. Sa gestion relève de l'Agence spatiale canadienne, du ministère du Développement économique, de l'Innovation et de l'Exportation et du ministère des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF).

Le territoire nordique québécois au nord du 51parallèle avec ses ressources naturelles importantes et ses paysages exceptionnels présente un fort potentiel de développement économique et touristique. Cependant, les informations géographiques dont disposent les différents organismes gouvernementaux et privés pour appuyer leurs activités de gestion sont incomplètes et ne sont pas actualisées et suffisamment précises. Le projet StéréoSat Nord a permis de concevoir des solutions opérationnelles pour la production de données topographiques et thématiques dans une gamme d’échelles. L’approche s’appuie sur l’acquisition, l’interprétation et la classification d’images satellitaires radars et optiques en stéréoscopie.

La terre vue en stéréoscopie

Actuellement, plus de 15 satellites commerciaux scrutent et analysent la surface de la Terre sur une base quotidienne. Ces satellites captent des images en noir et blanc ou en couleurs avec une résolution spatiale allant de 60 cm à plus de 1 km. Certains de ces satellites peuvent également capter des images en stéréoscopie. C’est le cas notamment de SPOT, RADARSAT, IKONOS, EROS et ORBVIEW.

Les StéréoSatsMC (couples d’images en stéréoscopie) fournissent une représentation tridimensionnelle du terrain et permettent d’effectuer des mesures cartographiques en X,Y et Z. Ils permettent donc d’analyser le territoire non seulement par les couleurs et les textures sur les images-satellite, mais aussi selon le relief. C’est un avantage important pour les différents spécialistes du territoire, forestiers, géologues, géomorphologues, géographes, etc.

StéréoSats
StéréoSats

Les StéréoSats sont dits acquis lorsque le satellite qui enregistre les images-satellite a une capacité stéréoscopique, c’est-à-dire qu’il peut capter deux différentes images d’un même secteur selon des angles différents. Les deux images produites peuvent alors être regardées et analysées en stéréoscopie.

Les StéréoSats sont dits dérivés lorsqu’ils sont générés à l’aide d’une seule image et d’un modèle numérique d’altitude (MNA). Ce produit novateur permet, à partir d’une seule image, donc à moindre coût, d’analyser le territoire en trois dimensions et ainsi d’augmenter significativement le potentiel d’extraction d’informations à partir d’une image-satellite traditionnelle.

Le StéréoSatdérivé est généré à partir de différents types d’images-satellite selon les besoins des utilisateurs (choix des bandes spectrales, de la résolution) et aussi en fonction du relief du terrain afin d’obtenir un couple d’images dont la perception de la profondeur sera optimum.

Les StéréoSats SPOT  : un nouvel outil en géomorphologie

Les StéréoSats acquis SPOT offrent une vision tridimensionnelle du territoire avec un niveau de précision au sol pouvant varier entre 5 et 20 mètres selon le capteur utilisé. Ils représentent un nouvel outil performant pour la cartographie géomorphologique. Sur ces images, il est possible de distinguer différents dépôts de surface et des formes de terrain qui caractérisent le paysage québécois, notamment des tills épais et minces, plusieurs types de dépôts morainiques, des dépôts fluvio-glaciaires, des dépôts fluviatiles et des formes de terrain tels les eskers et les drumlins.

Ce nouvel outil numérique devrait prendre le relais des méthodes traditionnelles faisant appel à la photographie aérienne à l’échelle de 1/40 000 en format papier dans les territoires nordiques québécois. Des produits de démonstration ont été générés pour le ministère des Ressources naturelles et de la Faune (MRNF) et pour le ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs (MDDEP) qui a besoin de ces renseignements afin d’alimenter les plans directeurs pour la création des nouveaux parcs nordiques.

Les StéréoStats SPOT
Les StéréoStats SPOT

Une gamme de Stéréosats pour la cartographie topographique

Les StéréoSats acquis SPOT sont utilisés, sur une base opérationnelle, depuis maintenant plus de cinq ans par VIASAT GeoTechnologies pour la production des cartes topographiques à l’échelle de 1/100 000 du MRNF, principalement pour le territoire situé entre le 51e et le 53e parallèle. Bien qu’à ce jour environ 400 000 km2 aient été couverts, les coûts et les délais d’acquisition des images-satellite SPOT ont limité l’extension du programme sur tout le territoire nordique. Les StéréoSats SPOT dérivés constituent une solution de rechange qui permettrait de compléter la cartographie à l’échelle de 1/100 000 au nord du 53e parallèle. En effet, ces StéréoSats sont générés à partir d’une seule image SPOT et du MNA de la mission radar Shuttle de la NASA (SRTM) qui couvre pratiquement tout le Québec et qui est accessible sans frais.

Une gamme de StéréoStats pour la cartographie topographique

 

Illustration du MNA SRTM avec une maille de 90 mètres et une précision absolue de 16 m (CE90)
Illustration du MNA SRTM avec une maille de 90 mètres
et une précision absolue de 16 m (CE90)

Les StéréoSats acquis IKONOS, à une résolution de un mètre, sont disponibles depuis plus de cinq ans. Bien que plus coûteux au kilomètre carré que les images de moyenne résolution comme SPOT et LANDSAT, ils offrent un niveau de détails topographiques élevés : un à trois mètres en X et Y, et trois à quatre mètres en Z. Le procédé StéréoSat mis en place permet de générer des cartes topographiques à l’échelle de 1/20 000 produites par le MRNF. Il est également approprié pour la mise à jour des cartes des villages nordiques québécois, à l’échelle de 1/2 000. Cependant, le potentiel commercial de ce nouveau produit de précision par rapport aux techniques traditionnelles de la photogrammétrie se situe principalement dans les pays en développement en raison des coûts souvent élevés d’acquisition des photographies aériennes dans ces pays et aussi des limitations de survol aérien qui existent.

Les StéréoSats RADARSAT-1 dérivés, générés avec le MNA SRTM, présentent un potentiel d’utilisation pour la production ou la mise à jour de cartes topographiques et planimétriques de l’ordre du 1/200 000. Ils sont donc moins performants que les deux autres, mais ils représentent un bon choix dans les régions du monde où la couverture nuageuse est importante et limite l’acquisition d’images-satellite optiques en stéréoscopie (ex. : SPOT). Par ailleurs, l’utilisation de composés colorés formés par eux ou trois images RADARSAT-1 acquises à des angles ou à des dates différentes contribuerait à améliorer l’interprétation thématique de ces images.

Illustration d'une image IKONOS à un mètre de résolution spatiale
Illustration d’une image IKONOS
à un mètre de résolution spatiale
Composé couleur multidate d'images Radarsat-1
Composé couleur multidate d’images Radarsat-1

StéréoSats et le logiciel eCognition : un duo hors pair pour la cartographie écoforestière

La cartographie des territoires nordiques nécessite des informations diverses, notamment sur le type de dépôt de surface, la classe de drainage et les peuplements forestiers.

Une approche opérationnelle de production de cartes écoforestières a été élaborée en combinant des StéréoSats et la classification d’images à partir du logiciel eCognition. Les dépôts de surface sont d’abord délimités à l’aide des StéréoSats SPOT acquis et des StéréoSats Landsat-TM dérivés. Par la suite, ils sont intégrés au logiciel eCognition qui automatise en bonne partie la délimitation et la classification des unités écoforestières avec les ortho-images Landsat TM.

StéréoStats et le logiciel eCognition : un duo hors paie pour la cartographie écoforestière

Les résultats obtenus avec le projet STÉRÉOSAT NORD ont permis à VIASAT GeoTechnologies d’approfondir et de mettre en application opérationnelle la technique des StéréoSats basée sur l’utilisation des images-satellite en stéréoscopie. L’expertise développée se traduit actuellement pour l’entreprise en retombées économiques appréciables tant au Canada qu’à l’étranger.

Conception et réalisation du projet

Antonin Guimond (consultant), expert en écoforesterie et géomorphologie
François Riendeau (VIASAT GeoTechnologies), spécialiste en photogrammétrie satellitaire
Maurice Carignan (VIASAT GeoTechnologies), chargé de projet - volet thématique
Mathieu Benoit (VIASAT GeoTechnologies), chargé de projet - volet topographique
Pierre Vincent (VIASAT GeoTechnologies), directeur administratif du projet et responsable de la commercialisation

Partenaires

Direction générale de l'information géographique, ministère des Ressources naturelles et de la Faune
Direction des inventaires forestiers, ministère des Ressources naturelles et de la Faune
Service des parcs, ministère du Développement durable, de l'Environnement et des Parcs

Renseignements :

Mathieu Benoît
VIASAT GeoTechnologies
514 495-6500, poste 106
mbenoit@viasat-geo.com

 



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