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BOI-CAD-TOPO-20-10-10-20120912
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CAD – Travaux topographiques du cadastre - Photogrammétrie - Établissement de plans cadastraux par procédés photogrammétriques (argentiques et numériques matriciels) - Généralités

I. Les missions aérophotographiques – Terminologie et caractéristiques générales

A. Objet de la photogrammétrie

1

La photogrammétrie a pour but de définir la position dans l'espace, la forme et les dimensions d'un objet en utilisant essentiellement des mesures faites sur plusieurs photographies de ce dernier. Le traitement de ces mesures peut être analytique (prise de vues argentiques) ou numérique (prise de vues numériques).

B. La prise de vues aériennes argentiques

10

L'exécution de travaux cadastraux par procédés photogrammétriques requiert la réalisation d'une prise de vues aériennes du chantier à traiter.

Toute prise de vues aériennes est caractérisée par deux paramètres fondamentaux :

- l'échelle moyenne des clichés, E étant le facteur d'échelle des clichés ;

- la focale f de l'objectif de la chambre de prise de vues.

Un cliché argentique est un carré de coté c.

Dans le cas idéal où le cliché et le terrain photographié sont horizontaux, ces deux paramètres déterminent (cf. BOI-CARTE-000002) :

- la hauteur moyenne H de vol de l'avion au-dessus du sol : H = f x E

- l'emprise théorique L au sol d'un cliché de côté c : L = c x E

Exemples : pour une valeur de c égale à 22,7 cm

Échelle : 1/2 500 ; focale : 210 mm ; hauteur de vol : 525 m ; emprise au sol : 568 m

Échelle : 1/4 000 ; focale : 152 mm ; hauteur de vol : 608 m ; emprise au sol : 908 m

20

Les paramètres ci-dessus étant fixés, il est nécessaire, pour assurer la couverture aérophotographique d'un chantier, que l'avion effectue plusieurs survols du territoire selon des lignes de vol distinctes et généralement parallèles que l'on nomme « axes de vol » (cf. BOI-CARTE-000003). L'ensemble des clichés pris suivant un même axe de vol constitue une « bande de vol ».

En outre, la mise en œuvre des méthodes photogrammétriques exige que les clichés d'une même mission aérophotographique respectent une répartition bien définie.

30

Les conditions de cette répartition sont les suivantes :

- à l'intérieur d'une même bande de vol, deux clichés consécutifs doivent posséder une partie commune (appelée « recouvrement longitudinal ») égale, généralement, à 60 % de l'emprise de chaque cliché (cf. BOI-CARTE-000004) ;

- deux bandes de vol parallèles doivent posséder une partie commune (appelée « recouvrement latéral ») dont l'ampleur est, généralement, égale à 25 % de l'emprise de chaque bande (cf. BOI-CARTE-000004) ;

- d'une bande de vol à l'autre, les centres des clichés doivent théoriquement être en regard les uns des autres, c'est-à-dire sur des lignes perpendiculaires aux axes de vol (cf. BOI-CARTE-000004).

Lorsque ces conditions sont respectées, la répartition des clichés d'une mission aérophotographique est celle donnée par la figure du BOI-CARTE-000003.

40

Lors de la préparation d'une mission aérienne photographique, il convient tout d'abord, en fonction de l'échelle de prise de vues retenue (ou échelle des clichés), de la focale utilisée, du format des clichés et des recouvrements latéraux et longitudinaux désirés, de calculer :

- la hauteur du vol ;

- l'emprise des clichés ;

- l'emplacement des centres des clichés et des axes de vol.

C. La prise de vues aériennes numériques matricielles

L’exécution de travaux cadastraux par procédé photogrammétrique numérique requiert la réalisation d’une prise de vues aérienne du chantier à traiter.

50

Toute prise de vues numérique aérienne est caractérisée par deux paramètres fondamentaux :

- le GSD ou pixel sol (Ps) qui est la taille au sol d’un pixel du capteur (Pc) de la caméra numérique (capteur DTC) ;

- la focale f de l’objectif de la chambre de prise de vues.

Un cliché numérique est un rectangle défini par :

- NL, le nombre de pixels du capteur dans sa longueur ;

- Nl, le nombre de pixels du capteur dans sa largeur ;

Dans le cas idéal où le cliché et le terrain sont horizontaux, ces deux paramètres déterminent (cf. BOI-ANNX-000383) :

- 1/E, échelle moyenne des clichés tel que

- la hauteur moyenne H de vol de l’avion au-dessus du sol : 1/E = Pc/Ps

- l’emprise théorique au sol L et l d’une image numérique matricielle où : H = f x E

L = longueur au sol = NL x Ps

l = largeur au sol = Nl x Ps

Exemple :

Une caméra numérique avec une taille pixel du capteur DTC de 12 microns, un capteur de 13824 pixels x 7680 pixels et de focale f = 120 mm. Si le GSD est choisi à 8 cm, alors :

L = 13824 x 0,08 = 1105,92 m et l = 7680 x 0,08 = 614,4 m

Ec = 80/0,012 = 6667 et H = 0,120 x (80/0,012) = 800 m

60

Les paramètres ci dessus étant fixés, il est nécessaire, pour assurer la couverture stéréoscopique d’un chantier que l’avion effectue plusieurs survols du territoire selon des lignes de vol distinctes et parallèles que l’on nomme « axe de vol » (cf. BOI-CARTE-000003). L’ensemble des images prises suivant un même axe de vol constitue une « bande de vol ».

De plus la mise en œuvre des méthodes photogrammétriques exige que les clichés d’une même mission respectent une répartition bien définie.

70

Les conditions de cette répartition sont les suivantes :

- à l’intérieur d’une même bande de vol deux clichés consécutifs doivent posséder une partie commune (appelée recouvrement longitudinal) égale généralement à 60 % de l’emprise de chaque cliché. Le recouvrement longitudinal peut être porté à 80 % pour des zones urbaines denses.

- deux bandes de vol parallèles doivent posséder une partie commune (appelée recouvrement latéral) dont l’ampleur minimum est égale à 25 % de l’emprise de chaque bande.

- pour les chantiers dont le plan final doit être de classe de précision [10 cm] (ou de catégorie P3), un recouvrement latéral de 60 % devra être prévu.

- d’une bande de vol à l’autre, les centres des clichés doivent théoriquement être en regard les uns des autres c’est à dire sur des lignes perpendiculaires aux axes de vol (cf. BOI-CARTE-000004).

80

Lors de la préparation d’une mission aérienne photogrammétrique numérique, il convient tout d’abord, en fonction de la valeur du pixel et de la focale de la caméra ainsi que des recouvrements et de la taille du GSD choisis de calculer :

- la hauteur de vol ;

- l’emprise des clichés ;

- l’emplacement des centres des clichés et des axes de vols.

Les formules permettant d’effectuer ces calculs ainsi qu'un exemple sont regroupés dans le BOI-ANNX-000384.

D. Le couple stéréoscopique

90

Dans sa définition première, on appelle « couple stéréoscopique » - ou, plus simplement, « couple » - l'ensemble des deux clichés consécutifs d'une même bande de vol (cf. BOI-CARTE-000004).

100

Par extension, le terme « couple » est également utilisé pour désigner la partie photographique commune à ces deux clichés.

Considérée dans sa totalité, cette partie commune constitue le « couple maximal », par opposition au « couple utile » qui est limité par un rectangle dont les côtés passent, respectivement, par les centres des clichés et par les axes des zones de recouvrement latéral.

II. La restitution stéréophotogrammétrique argentique

110

L'établissement d'un plan topographique à partir de photographies aériennes argentiques exige la transformation des images obtenues - qui correspondent à une perspective conique - en une projection orthogonale sur un plan de référence. Cette opération, appelée « restitution » est réalisée en exploitant les couples stéréoscopiques.

A. Principe de la restitution

120

Le principe de la restitution réside dans la reconstitution exacte des conditions dans lesquelles a eu lieu la prise de vues.

130

À chaque cliché correspond un faisceau perspectif formé par l'ensemble des rayons qui joignent le centre de l'objectif de prise de vues (ou centre de projection) à chaque point-image du cliché. Abstraction faite de la réfraction atmosphérique et de la distorsion de l'objectif, ce faisceau est semblable à celui que formaient, au moment de la prise de vues, les rayons joignant ledit centre aux points correspondants du terrain.

B. Opérations préalables

140

Dans la pratique, la position relative des deux faisceaux perspectifs correspondant aux deux clichés d'un couple ne peut être connue que d'une façon très approximative. De ce fait, on est conduit, préalablement à la restitution proprement dite, à exécuter trois opérations fondamentales qui sont :

- la mise en place des clichés sur le stéréorestituteur ou orientation interne ;

- la formation du stéréomodèle ou orientation relative ;

- le géoréférencement du stéréomodèle ou orientation absolue.

III. La restitution stéréophotogrammétrique numérique

150

L’établissement d’un plan topographique à partir de clichés numériques aériens se recouvrant nécessite de constituer un modèle virtuel 3D géoréférencé dans lequel chaque point du terrain a son image dans le modèle par l’intermédiaire d’une projection orthogonale liant chaque point du terrain au modèle.

A. Principe de la restitution

160

Le principe s’appuie sur l’utilisation numérique des paramètres nécessaires à la génération d’un modèle 3D géoréférencé. Ces paramètres peuvent être :

- fournis (fichiers d’orientation interne, trajectographie) ;

- calculés (élimination de la parallaxe transversale, mise à l’échelle et géoréférencement du stéréomodèle).

Le résultat final constituant, contrairement à la restitution argentique, un bloc 3D continu couvrant la totalité du chantier photographié.

B. Opérations préalables

170

Dans la pratique avant l’apparition des mesures satellitaires et inertielles embarquées il était impossible de connaître même approximativement la position relative des faisceaux perspectifs les uns par rapport aux autres. De ce fait, on était conduit préalablement à la restitution proprement dite, à exécuter trois opérations fondamentales qui étaient :

- la mise en place des clichés ou orientation interne ;

- la formation du stéréomodèle ou orientation relative ;

- le géoréférencement du stéréomodèle ou orientation absolue.

180

Aujourd’hui les caméras numériques sont connectées à un système GPS et à une centrale inertielle. Une nouvelle opération préalable à la restitution (la trajectographie) complète ou annule certaines opérations traditionnelles comme la formation du stéréomodèle, la mise à l’échelle, le basculement.

1. La trajectographie

190

La trajectographie (détermination de la position des centres de projection des clichés (CP) lors de la prise de vues et des angles d'attitude) permet de supprimer ou de grandement faciliter les étapes 2°, 3° et 4° ci-après au moment de la restitution photogrammétrique (cf. BOI-ANNX-000385).

2. L’orientation interne

200

La restitution photogrammétrique d’images numériques implique de connaître des éléments géométriques relatifs à chaque image. Ces informations sont extraites du certificat d’étalonnage de chaque caméra numérique. Pour une prise de vues numériques, l’orientation interne se résume donc au chargement des fichiers d’orientation interne préalablement à toute autre opération.

3. L'orientation relative

210

L’orientation interne étant réalisée, si la trajectographie n’a pas la précision voulue, l’orientation relative va donc consister en l’élimination de la parallaxe transversale sur tous les points de tous les couples du bloc :

- soit manuellement à l’aide de l’observation de la parallaxe longitudinale et transversale sur 6 points de chaque couple ;

- soit automatiquement à l’aide d’algorithmes de corrélation de pixels basés sur l’utilisation de la contrainte épipolaire ;

- soit par un mixte des deux méthodes précédentes.

Une fois l’orientation relative réalisée il faut passer à l’orientation absolue constituée de la mise à l’échelle et du basculement.

4. Le géoréférencement du stéréomodèle ou orientation absolue

220

Le géoréférencement du stéréomodèle ou orientation absolue est réalisé en utilisant conjointement l'aérocanevas et la trajectographie.

IV. Le déroulement d'un chantier photogrammétrique

Les principales opérations techniques concourant à la réalisation d'un plan cadastral à l'aide de la photogrammétrie sont, dans l'ordre chronologique, les suivantes :

A. La préparation de la prise de vues

1. Établissement de la mappe de prise de vues

230

La rédaction de ce document demande un travail de recherche et de préparation en ce qui concerne la position des axes de vol, la position des clichés et l'emprise photographiée correspondante (le périmètre du chantier correspond à celui indiqué dans le dossier de prospection du remaniement). Elle est établie sur l'un ou les supports suivants :

- une image scannée de la carte de l'Institut géographique national (IGN) au 1/25 000 ;

- un fichier géoréférencé au format DXF ;

- une dalle orthophotographique couvrant le chantier photo.

240

Ce document est établi par l'atelier de photogrammétrie désigné pour la restitution du chantier en collaboration avec le service de la direction régionale (ou départementale) des finances publiques maitre d'œuvre du chantier.

2. Établissement du plan de vol

250

Le plan de vol est le document nécessaire à l'organisme chargé de l'exécution de la prise de vues pour réaliser la mission photographique selon les conditions précisées par le demandeur. En fonction des caractéristiques du chantier, ce document fixe la position des axes de vol successifs ainsi que, sur chacun d'eux, l'emplacement des nadirs ou centres de clichés extrêmes. Il est établi sur l'un ou les supports suivants :

- une image scannée de la carte de l'IGN au 1/25 000 ;

- un fichier géoréférencé au format DXF ;

- une dalle orthophotographique couvrant le chantier photo.

260

Ce document est établi par l'atelier de photogrammétrie désigné pour la restitution du chantier en collaboration avec le service de la direction régionale (ou départementale) des finances publiques maitre d'œuvre du chantier.

3. Établissement des plans de signalisation

270

Les plans de signalisation comportent l'emplacement de tous les points qui doivent être signalés au sol avant la prise de vues.

On distingue deux plans de signalisation : l'un obligatoire, pour les points d'appui et de contrôle de l'aérocanevas, l'autre facultatif pour les points de détails.

280

La rédaction définitive du premier document est réalisée à partir d'un projet confectionné par l'atelier de photogrammétrie. Elle demande un travail de recherche et de préparation. Le plan de signalisation est rédigé à partir de la mappe de prises de vues.

Le plan de signalisation relatif aux points de détails est rédigé sur un tirage de la section où sont implantés les points de détails.

290

Ces documents sont établis par le service du cadastre en charge du chantier de remaniement du plan en collaboration avec l'atelier de photogrammétrie.

B. Trajectographie (prise de vues numériques uniquement)

300

Il s’agit de la détermination, par l’organisme chargé de la prise de vue, de la position des centres des clichés (ou CP) dans les systèmes géodésiques légaux utilisés par la DGFiP et de la détermination des angles d’attitude. La trajectographie est réalisée par la société retenue pour la prise de vues aériennes.

C. Stéréopréparation et canevas d'appui

310

La stéréopréparation consiste à équiper le chantier des points d'appui nécessaires au calcul de l'aérocanevas.

320

Ces points d'appui sont obligatoirement rattachés au système national de référence de coordonnées applicable en France et utilisé par le service du cadastre dans les DOM (cf. BOI-CAD-TOPO-10 relatif aux canevas). La stéréopréparation et le canevas d'appui sont réalisés par le service de la direction régionale (ou départementale) des finances publiques maitre d'œuvre du chantier.

D. Signalisation

330

Cette opération consiste à implanter sur le terrain les signaux conformément aux plans de signalisation. Elle est suivie, jusqu'à la réalisation de la prise de vues d'une surveillance permanente du chantier afin d'éviter qu'ils ne disparaissent. La signalisation est effectuée par le service de la direction régionale (ou départementale) des finances publiques maitre d'œuvre du chantier.

E. Aérotriangulation

340

L'aérotriangulation permet de déterminer, par photogrammétrie et à partir des points d'appui de la stéréopréparation, les coordonnées des points de calage nécessaires à la mise à l'échelle et au basculement des modèles dans les appareils de restitution.

L'ensemble des points d'appui de la stéréopréparation et des points de calage constitue l'aérocanevas.

350

L'opération comprend schématiquement deux phases :

- la première consiste à observer sur les clichés aériens les différents points de l'aérocanevas et de liaison et, à effectuer la saisie numérique de leurs coordonnées-modèle ou coordonnées image (restitution numérique). C'est l'acquisition des données ;

- la seconde a pour objet de calculer - c'est-à-dire d'exprimer dans le système de référence officiel - les résultats de l'aérocanevas. C'est le traitement des données.

Dans le cas d'un chantier numérique, des données de trajectographie peuvent être utilisées en complément de la stéréopréparation pour calculer l’aérocanevas (absence de points d’appuis dans certaines zones boisées, étangs, etc.).

360

L'aérotriangulation est réalisée par l'atelier de photogrammétrie désigné pour la restitution du chantier.

F. Restitution

370

La restitution est la traduction en mode numérique des éléments visibles de la photographie. Elle est effectuée par l'atelier de photogrammétrie désigné. La production d'un plan numérique nécessite le recours à la restitution assistée par ordinateur.

G. Complètement

Les éléments visibles sur un cliché aérien sont essentiellement des détails topographiques qui, sauf cas particulier, coïncident assez rarement avec les limites foncières des éléments qui doivent figurer sur le plan cadastral.

380

Le complètement a pour objet de rattacher, au moyen de courts mesurages, les limites de propriété apparentes aux détails voisins nets et précis figurant sur la restitution photogrammétrique, ces détails pouvant être des panneaux implantés lors de la signalisation. Il consiste également à mesurer les débords de toits et à choisir les détails topographiques qui seront représentés au plan. L'opération peut être réalisée soit avant la restitution (pré-complètement), soit après (post-complètement) ; une solution mixte peut aussi être mise en œuvre.

Cependant, si les éléments fixes s’avèrent insuffisants un équipement GNSS (Global National Satellite System) ou un appareil de levé de type « station totale numérique » peuvent être des compléments de levé très efficaces.

Les travaux de complètement sont fondamentaux et constituent le complément indispensable de la restitution. Ils sont effectués par les géomètres chargés des travaux de terrain. Leurs résultats sont consignés sur des documents servant de « croquis de terrain » qui permettent de vérifier, a posteriori, la qualité et l'exhaustivité des opérations exécutées.

390

Les travaux de complètement sont effectués par le service de la direction régionale (ou départementale) des finances publiques maitre d'œuvre du chantier.

H. Mise au point définitive du plan-minute

400

La mise au point définitive du plan-minute est à la charge du géomètre chargé des travaux de terrain. Cette opération consiste à établir le plan-minute à partir de la stéréo-minute issue de la restitution, en exploitant les travaux de complètement ainsi que, le cas échéant, les petits levés complémentaires sur le terrain pour les zones où la photographie aérienne n'est d'aucun secours (zones boisées).

Les conditions d'exécution des différentes opérations décrites succinctement ci-dessus sont détaillées dans les chapitres suivants.


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