Une introduction générale sur la topographie, ses matériels et les méthodes - Station totale, GPS, drone, Lidar, satellite, scanner 3d, Afcas
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« Agriculture : les solutions digitales sur le terrain »
Une introduction générale sur la
topographie, ses matériels et les
méthodes
Station totale, GPS, drone, Lidar, satellite, scanner 3d, …
19/11/2019 Bertrand Boullard - TopoSat
« Agriculture : les solutions digitales sur le terrain »
• La gestion des exploitations agricoles se fait de plus en plus avec l’aide d’un
SIG (Système d’Informations Géographiques) qui peut regrouper tout à la fois
des données numériques (rendements, …) , descriptives (types de culture,
traitements effectués, …) et géographiques (localisation des mesures, guidage
des tracteurs, …).
• Il y a, ou il peut y avoir, superposition de données géographiques de
différentes provenances:
• Le cadastre, généralement ancien, pas très précis parce que les
techniques anciennes ne l’étaient pas autant que maintenant et que
l’environnement a bougé (culture qui gagne sur la forêt ou le contraire).
• Des données raster type orthophotoplan, récupérés gratuitement sur le
Web sur des sites plus professionnels.
• Des images de différentes résolutions selon le vecteur d’acquisition
(satellite, avion, drone) ou des plans vectoriels (AutoCad, …).
19/11/2019 Bertrand Boullard - TopoSat
« Agriculture : les solutions digitales sur le terrain »
• La superposition de toutes ces couches imposent de les référencer dans un même
système de coordonnées qui peut être, pour schématiser:
• Un système géodésique historique, par exemple observé et calculé lors de
l’époque coloniale sur un certain nombre de pays d’Afrique, mais avec une
précision insuffisante au regard des outils actuels.
• Un système géodésique moderne, observé et calculé récemment par techniques
GPS / GNSS (à l’exemple du RGNC au Cameroun observé par GPS en 2011). D’un
pays à l’autre, deux systèmes récents peuvent être légèrement différents selon
l’époque de réalisation du fait du mouvement des plaques tectoniques (la
fameuse dérive des continents) qui est de l’ordre de 2 à 3 cm par an au
Cameroun.
• La méconnaissance de ces phénomènes lors de la mise en place d’un nouveau SIG,
notamment à l’occasion de l’introduction du guidage GPS peut conduire à des
difficultés pérennes dans la gestion cartographique en particulier pour des projets qui
interfèrent avec l’espace extérieur à l’exploitation (alimentation d’eau, gestion du
foncier dans le système légal du pays….).
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• La topographie au service de l’agriculture, c’est:
• Un système géodésique de référence bien choisi en fonction du pays et
matérialisé (avec des stations GPS permanentes ou des bornes physiques
au sein de l’exploitation) pour l’homogénéïté du SIG.
• Des outils et des méthodes adaptées pour dresser les plans numériques.
• Un géomètre qui regarde dans
son appareil, cela existe
encore et cela a toujours son
utilité, mais ce n’est plus la
seule méthode comme va le
montrer le panorama rapide
qui suit.
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Stations totales
• Les stations totales, mesurant angles et distances, sont
parfois robotisées pour utilisation par un seul opérateur
(au lieu de deux). Elles remplacent les anciens
théodolites qui ne mesuraient que les angles (et un peu
les courtes distances avec beaucoup d’imprécision).
• Les plus performantes ont des précisions de mesure
meilleures que le centimètre à 1 000 mètres en visée
directe.
• Elles sont bien sur toujours utilisées pour des levés en 2
ou 3D mais elles ne sont pas aussi productives sur des
grandes étendues que des techniques aériennes, en
étant cependant plus précises. Elles demeurent
indispensables pour les travaux d’implantation en
l’absence de GPS.
• Leur bonne utilisation nécessite une formation de
géomètre topographe et des visées directes.
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Niveaux
• Ils ne servent qu’à mesurer des différences d’altitudes entre deux points proches, ou éloignés en
effectuant une cheminement entre points éloignés.
• Les plus performants ont des précisions de mesure meilleures que le dixième de millimètre après un
cheminement de 1 000 mètres (et quelques précautions d’usage).
• L’ancienne mire avec un visuel de règle graduée
est remplacée de plus en plus fréquemment par
des mires code-barres utilisées avec des niveaux
numériques.
• Systématiquement utilisés en complément d’un
théodolite auparavant, leur utilité est maintenant
surtout limitée aux travaux nécessitant un
nivellement de haute précision (écoulement
d’eau avec faibles dénivelées, réglage de voies
ferrées…).
• Ils sont aussi utiles, en raison du faible cout des
modèles d’entrée de gamme et de leur simplicité
d’utilisation pour vérifier les dénivelées lors de
travaux de construction (routes, pistes,
canalisations ou bâtiments…).
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GPS / GNSS
• Révolutionnaire dans le début des années 2000 (les premiers modèles sont apparus vers
1990) il est devenu un instrument incontournable pour les géomètres.
• De par sa technologie, il ne peut être utilisé généralement* pour des précisons
topographiques qu’en mode différentiel, c’est-à-dire en couplant une référence et un
appareil de levé.
• Cette référence peut être:
• Une base permanente comme celle utilisée pour le guidage des tracteurs,
• Une base mobile
• Ou d’une manière un peu plus complexe, un réseau national ou mondial de
stations permanentes qui va envoyer par radio, internet, ou connexion satellite les
corrections nécessaires.
• Leur précision s’exprime le plus souvent en fonction de la distance à la station de
référence. Elle est de l’ordre de 1 cm +/- 2 à 3 mm par kilomètre. La précision
altimétrique est moins bonne.
• Un technicien qui n’est pas géomètre de métier peut être formé rapidement s’il est à
l’aise avec l’informatique.
* Les modes PPP ou RTX qui apparaissent depuis peu peuvent dans certaines conditions
éviter l’usage d’une référence, sous condition d’abonnement à un service pour le temps réel,
mais leur mise en œuvre est plus complexe. Ils sont cependant appeler à se développer. La
description de ces techniques et de leurs contraintes nécessiterait un exposé spécifique.
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Imagerie aérienne
• On regroupe généralement sous ce terme aussi bien les images satellites (qui ne sont
pas des photos au plein sens du terme) que les photos prises d’un drone, d’un ballon
captif, d’un ULM, d’un avion, d’un hélicoptère, …
• Quel que soit le vecteur, l’unité permettant d’appréhender (mais pas de qualifier) la
précision est la dimension au sol d’un pixel (en anglais, GSD pour Ground Sample
Distance). Cette dimension du pixel au sol va dépendre de plusieurs facteurs:
• Le capteur en lui-même (nombre de pixels par pouce, taille),
• La hauteur de vol
• Et la focale (pour la photographie aérienne).
• Pour une image satellite, et selon le satellite utilisé, la résolution va de 15 m à 100 m
par pixel (Constellation Landsat) à 30 cm pour les nouveaux satellites en cours de
lancement de la constellation Pléiade (70cm actuellement). Il peut être difficile dans
certaines régions (notamment tropicales) d’avoir des images régulièrement du fait de
la couverture nuageuse.
19/11/2019 Bertrand Boullard - TopoSat
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Imagerie aérienne
• Pour l’imagerie aérienne par drone, avion ou hélicoptère, on peut atteindre une résolution
centimétrique et il est plus facile de passer sous les nuages.
• La précision est liée à l’image prise, généralement 2 à 3 pixels en planimétrie et 3 à 5 pixels en
altimétrie, soit
• 7 à 10 cm en XY et 10 à 18 cm en Z pour du pixel à 3.5 cm (Ebee Plus avec une camera
S.O.D.A. volant à 150m)
• 10 à 15 cm en XY et 15 à 25 cm en Z pour du pixel à 5 cm.
• Pour obtenir ce niveau de précision, il faut prendre les images avec des forts taux de
recouvrement, les assembler avec un logiciel adéquat et relever des points de calage au sol (GCP
ou Ground Control Point en anglais), y compris avec des drones RTK/PPK contrairement à ce
qu’affirment habituellement certains fabricants. Par contre, l’usage d’un drone PPK/RTK
nécessitera beaucoup moins de points de calage*.
• Il faudra également faire attention a la manière dont le logiciel de traitement photo traite les
systèmes de coordonnées, en particulier l’altimétrie qui nécessite l’usage de modèles de géoïdes
(conversion hauteurs GPS / altitudes) précis pas toujours disponibles en Afrique ou plus
généralement en dehors des pays industrialisés.
* Pour la production de cartes d’index (NDVI ou autres), l’utilisation de points de calage n’est pas indispensable si
19/11/2019 la base RTK/PPK est correctement calée. Bertrand Boullard - TopoSat
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Imagerie aérienne prise d’avion
• Plus rentable que l’imagerie par drone sur de grandes étendues, tout en permettant des résolutions de l’ordre
de 5 cm très suffisantes pour de la gestion agricole.
• On utilise généralement des avions spécialisés, mais des ULM ou d’autres appareils peuvent être équipés
ponctuellement. L’extrait d’orthophotoplan ci-dessous à été produit avec un appareil photo Nikon installé sur
un avion d’épandage de la société Air Denizot, pour une résolution de 5 cm par pixel.
19/11/2019 Bertrand Boullard - TopoSat« Agriculture : les solutions digitales sur le terrain »
Imagerie aérienne prise de drone
• La mise en œuvre d’un drone est plus facile que
celle d’un avion, et son acquisition par des
structures agricoles se généralise.
• Pour utiliser l’image à des fins topographiques,
il est souhaitable de compléter la formation à la
prise en main de la machine et du logiciel par
une formation faite par un géomètre de métier
et également photogrammètre ou utilisateur de
drone.
• L’image ci contre illustre la résolution que l’on
peut obtenir, avec le tuyau d’arrosage jaune qui
traverse le green (drone SenseFly eBee Classic
volant à un peu moins de 150 m).
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Imagerie et altitudes
• A partir d’images aériennes, prises d’avions ou de drone,
on peut extraire le MNT (Modèle Numérique de Terrain)
pour produire des courbes de niveau.
• L’exemple, extrait d’un vol photogrammétrique effectué
en 2015 à la SOSUCAM par Air Denizot, montre
l’extraction du profil en long sur le trajet de la roue d’un
pivot d’irrigation.
• Par contre, cela n’est utilisable que sur un sol nu.
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Imagerie Lidar
• La diapositive précédente a montré les limites de l’extraction du relief à partir de la photogrammétrie
traditionnelle. Sous couvert forestier, ou en présence de cultures, il faudra alors utiliser des « Lidar »
(Light detection and ranging) qui sont des lasers aéroportés montés sur certains drones, des ULM, avions
ou hélicoptère pour obtenir le relief, y compris sous un couvert végétal dense.
• Sur un sol nu, on peut obtenir une densité de plusieurs dizaines voir centaines de points au m2 (en
fonction de la hauteur de vol et du Lidar utilisé) avec une précision altimétrique de 2 à 3 cm sur un
revêtement dur et de 10 cm sur du terrain naturel.
• En zone boisée, le signal sera réfléchi par la canopée et le sol (la densité de points y sera plus faible)
permettant d’obtenir la hauteurs des arbres et les courbes de niveau y compris sous forêt primaire.
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Forte d’une quarantaine d’année d’expérience en Europe, en Afrique et dans beaucoup d’autres pays du monde, la société
TopoSat propose aux exploitants de canne à sucre:
• Des levés topographiques par drone avec ses moyens propres ou par
d’autres vecteurs aériens avec ses partenaires habituels (y compris
des relevés Lidar ou des acquisitions d’images satellite).
• La formation sur site du personnel local pour l’utilisation des outils
topographiques (niveaux, stations totales, GPS, drones…).
• La mise en place de stations permanentes pour le guidage des
tracteurs. Ceci peut inclure:
• Le choix des emplacements avant commande du matériel
• Le référencement géodésique lors de l’installation et le
paramétrage Contact : Bertrand Boullard,
• Et toute l’assistance à l’utilisation ou la mise en place d’une chaine de Ingénieur Géomètre, gérant
production topographique (choix des équipements, rédaction de GSM: +33 6 08 80 48 16
CCTP …) bertrand_boullard@toposat.fr
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