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29 avril 2011 5 29 /04 /avril /2011 09:41

Deux témoins inattendus : les satellites d'observation et la synthèse d'image

Pour participer aux buzz concernant cet évènement très médiatisé, Astrium propose sur son site Internet un survol en 3D du parcours qu’emprunteront le Prince William et Catherine Middleton à l’occasion de leur mariage le 29 avril prochain à Londres.

La reconstitution permet aux amateurs de noces royales de découvrir le trajet du cortège, du Palais Saint James à l’Abbaye de Westminster, ainsi que le retour au Palais de Buckingham à l’issue de la cérémonie. Cette modélisation 3D est réalisé par Skape, un service de cartographie tridimensionnelle d’Astrium GEO-Information Services, qui combine des modèles urbains texturés haute résolution en 3D à des données en 2D de cartographie et de terrain. Cette modélisation a déjà été reprise dans de nombreux médias.

 

buckingham-palace3res.jpg

buckingham-palace1res

Extrait de la modélisation 3D proposée par Astrium. Crédit image : Astrium

 

Voici également un extrait d’une image à haute résolution publiée par la société Geoeye et qui couvre le quartier de Londres où se déroule la cérémonie et qui permet, pour ceux qui ne connaissent pas le centre de Londres, de se faire une idée des lieux.

 

Geoeye---London.jpgUne image de Londres acquise par le satellite GeoEye-1. Crédit image : GeoEye

 

Pour les passionnés, j'ai repéré l'itinéraire emprunté par le carrosse du Prince William et Kate Middleton, avec quelques zooms sur les points principaux :

 

Londres - parcours mariage illustreL'itinéraire du cortège entre Westminster Abbey et Buckingham palace. Il emprunte Whitehall
et The Mall en contournant Saint-James Park, passe à proximité du 10 Downing Street, puis
traverse le Horse Guard Parade. Sur cette carte, on voit également Trafalgar Square et, de l'autre
côté de la Tamise, la grande roue London Eye sur le quai du Millenium et le Jubille Garden.
Crédit image : GeoEye. Infographie : Gédéon.

 

La modélisation 3D réaliste : une combinaison d'informations fournie par les satellites, la photographie aérienne numérique et les relevés sur le terrain

Je reviendrai dans un prochain article sur les méthodes utilisées pour produire ce type de modélisation tridimensionnelle. Il s'agit bien de produire un "modèle du monde" et non une image. Dans une image simple, comme celle prise avec votre appareil photo numérique, la scène est observée depuis un point de vue unique. Zoomer ou recadrer ne change rien au point de vue.

Un modèle 3D comme ceux présentés ici est construit à partir de plusieurs points de vue (leur nombre doit être suffisant pour que tous les points de la scène soient inclus dans le modèle). On obtient alors une représentation plus complète, indépendante du point de vue, un base de donnée dans laquelle il est possible de se "promener" avec une caméra virtuelle, en simulant un mouvement au sol ou depuis le ciel. Cette méthode, utilisé dans le cinéma d'animation ou les jeux vidéo par des sociétés comme Pixar, Dreamworks, Ubisoft, Infogrames, avec les progrès des ordinateurs et des cartes graphiques, a révolutionné ces activités.

Au niveau professionnel, les architectes, les urbanistes voient également le potentiel de tels outils quand ils sont appliqués à l'échelle d'une quartier ou d'une ville entières. Les illustrations suivantes montrent quelques aspects du processus de production...

 

Skape - Airborne elevation dataUne des premières étapes : la collecte des mesures d'élévation à partir de données extraites d'images aériennes ou d'images acquises par les satellites d'observation. Crédit image : Infoterra Ltd.

 

Skape---rapid-surveyor.jpg

Un autre point de vue avec le rapid Surveyor d'Infoterra, un véhicule pour la collecte d'informations
sur les façades des bâtiments. Caméra numérique, LIDAR, GPS et enregistrement de toutes les
mesures à bord. Crédit image : Infoterra Ltd.


Skape---House-of-Parliament.jpg

Une des dernières étapes : les bâtiments modélisés en 3D sont "habillés" (on dit "texturés" dans le jargon de la synthèse d'images) avec les images acquises au sol. Crédit image : Infoterra Ltd.


 

En savoir plus :

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17 mars 2011 4 17 /03 /mars /2011 15:40

 

NASA - Japon - ISS - 026-033648 - Sendaï - Tsunami - Mars 2011 - Un autre regard sur la TerrePhotographie de la région de Sendaï au Japon prise le 13 mars à bord de l’ISS par les astronautes de l’expédition 26. Référence de l’image : ISS026-E-033648. Focale de 800 mm. Crédit image : NASA

 

Le jeudi 17 mars 2011, le bilan officiel très provisoire du séisme et du tsunami du 11 mars est de 5321 morts et 9329 disparus. Plus de 88.000 maisons et bâtiments ont été complètement ou partiellement détruits. Six jours après la catastrophe, 500000 personnes sinistrées doivent faire face dans le froid et la neige au manque d'eau potable, de chauffage et de vivres, alors que la situation de la centrale nucléaire de Fukushima est toujours aussi inquiétante. C’est la piscine de stockage du combustible usagé du réacteur numéro 4 qui semble poser le problème le plus préoccupant.

Comme la première image de cet article, les trois images suivantes ont été prises par les astronautes (Expedition 26) de la station spatiale internationale (ISS) le 13 et le 14 mars 2011. La station est en orbite autour de la Terre à environ 400 km d’altitude. Ces photographies montrent l’ampleur des dégâts du tremblement de terre et du tsunami qui ont frappé le Japon le 11 mars.

Les deux premières photographies (ISS026-E-033648 et ISS026-E-033647) ont été prises le 13 mars avec un objectif de 800 mm de focale. Elles couvrent la côte au nord de la ville de Sendaï. La réflexion de la lumière solaire met en évidence les zones inondées. On voit également à la surface de la mer des zones plus claires qui correspondent vraisemblablement à des pollutions par des nappes d'hydrocarbures.

En bas, une autre photographie (ISS026-E-034079) a été prise avec une optique de 200 mm de focale et couvrent donc un champ plus large : on voit à nouveau la ville de Sendaï et la côte au sud. J’en ai extrait une partie (dernière image de l'article) couvrant les centrales nucléaires de Fukushima. Ces photographies ont été publiées par la NASA sur les pages de son site consacrées à l’ISS.


NASA - Japon - ISS - 026-033647 - Sendaï - Un autre regard sur la Terre.jpg

Photographie de la région de Sendaï au Japon prise le 13 mars à bord de l’ISS par les astronautes
de l’expédition 26. Référence de l’image : ISS026-E-033647. Focale de 800 mm. Crédit image : NASA

 

NASA - Japon - ISS - 026-034079 - Sendaï - Un autre regard sur la Terre

Photographie de la région de Sendaï au Japon prise le 14 mars à bord de l’ISS par les astronautes de l’expédition 26. Référence de l’image : ISS026-E-034079. Focale de 200 mm. Crédit image : NASA

 

NASA - Japon - ISS - 026-034079 - Extrait-Fukushima - Un autre regard sur la TerreExtrait de la photographie précédente couvrant la zones des centrales nucléaires de Fukushima.
Référence de l’image d'origine : ISS026-E-034079. Focale de 200 mm. Crédit image : NASA

 

Pour les quatre images, une correction de contraste a été appliquée par Planète Sciences Midi-Pyrénées. Sauf pour l’extrait (image du bas), la résolution est réduite (d’un rapport 3 environ) par rapport à l’image d’origine. Cliquez sur les images pour les agrandir.

 

En savoir plus :

 

 

 

 

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22 septembre 2010 3 22 /09 /septembre /2010 16:30

Un alphabet saisonnier pour être dans le vent :

Non, ce n'est pas une nouvelle manière d'apprendre l'alphabet à l'école.

C'est simplement la série des tempêtes tropicales avec leurs noms de baptême qui s’enchaînent au fil de la saison. Rien d’inhabituel : en 2005, la lettre K avait déjà été affectée à la fin du mois d’août, avec Katrina qui a causé une catastrophe majeure en Louisiane.

Lisa a donc fait son apparition en tant que tempête tropicale en début de semaine et fait l’objet d’un suivi par le centre d’information sur les ouragans de Miami (NHC). Elle est à environ 725 km au nord-nord ouest des îles du Cap vert et se dirige lentement (7 km/h) vers le nord-est. La vitesse des vents est estimée à 75 km/h. Lisa ne présente aucune menace à ce jour.

L’image suivante a été acquise par le capteur MERIS du satellite européen ENVISAT lundi 20 septembre à 12h03 UTC. ENVISAT n’est pas un satellite géostationnaire : il est héliosynchrone : l'angle entre le plan d'orbite et la direction du soleil est pratiquement constant. Le satellite passe toujours au dessus du même point à la même heure locale. Les images, acquises successivement sur une même région, présentent des conditions d’éclairement similaires qui facilitent les traitements et les comparaisons. Pour Spot 5 par exemple, l’orbite descendante croise l’équateur à 10h30 UTC.

 

MERIS - LISA - 20-09-2010 - 12h03 - SE2Extrait d’une image acquise par le satellite Envisat (capteur MERIS)
le lundi 20 septembre 2010. Crédit image : Agence Spatiale Européenne (ESA)

 

Les satellites géostationnaires : ils observent toujours la même zone mais pas à la même heure. Quelques subtilités…

Si les satellites météorologiques géostationnaires sont apparemment fixes à la verticale de l’équateur, cela ne signifie pas qu’ils voient la terre dans les mêmes conditions d’éclairement.

Les trois images suivantes, toutes acquises par Météosat 9, posté au dessus du méridien de Greenwich (0°), le 21 septembre à des heures différentes, permettent facilement de s’en rendre compte.

LISA- Meteosat - 21-09-2010 - 8h00 LISA- Meteosat - 21-09-2010 - 12h00 LISA- Meteosat - 21-09-2010 - 18h00

Images acquises le 21 septembre 2010 par le satellite Météosat 9 à 8h00 UTC, 12h00 UTC
et 18h00 UTC. Crédit image : Eumetsat.


La représentation en couleurs naturelles des images utilise trois canaux de l’instrument SEVIRI correspondant à des longueurs d’ondes de la lumière solaire réfléchie. Dans cette représentation, la végétation apparaît… en vert (en raison de la réflectance importante dans le canal visible à 0,8µm représenté en vert. Le rouge représente le canal proche infra-rouge (SWIR : short wave infra-red) à 1,6 µm et le bleu est utilisé pour la bande à 0,6 µm. Les nuages riches en eau paraissent blancs parce qu’ils réfléchissent bien les trois bandes spectrales. La neige et les nuages de glace, qui absorbent le proche infra-rouge, apparaissent de couleur cyan. Les sols nus, réfléchissant la bande à 1,6 µm davantage que la bande visible à 0,6 µm, sont bruns. L’océan paraît noir car il réfléchit peu les trois bandes concernées.

D’autres « images » peuvent donner, à tord, l’impression qu’un satellite géostationnaire « voit » toujours un hémisphère totalement éclairé quelle que soit l’heure. C’est une illusion : il s’agit alors, comme pour l’exemple ci-dessous, d’une image composite, constituée d’une part par un fond image fixe, servant de repère, sur lequel est superposé une image provenant d’un capteur mesurant l’infrarouge thermique : dans ce cas, il ne s’agit pas de la lumière solaire réfléchie mais du rayonnement propre lié à la température de l’objet observé (en l’occurrence les nuages). Dans l’exemple ci-dessous, l’information infrarouge, dans le canal à 12,8 µm, a été acquise au milieu de la nuit entre le 21 et le 22 septembre 2010. Pour imaginer comment ces compositions d'images sont réalisées, on peut prendre une analogie avec la présentation de la météo à la télévision : le présentateur ou la présentatrice fait son "numéro" devant un écran bleu ou vert. Un traitement de "chroma key" (seuillage de couleur) permet d'extraire la silhouette du personnage du fond coloré et de l'incruster sur l'image satellite ou la carte météo. Résultat impeccable si le présentateur n'est pas trop excentrique dans la couleur de ses vêtements. Dans le cas de notre image composite, les nuages sur fond sombre joue le rôle du présentateur météo. L'image de la terre en couleur sert de support pour l'incrustation.


LISA- Meteosat - 10-8u - 22-09-2010 -0h00Exemple d’image composite où une information acquise dans le canal infrarouge thermique par
Météosat 9 est superposée à un fond coloré. Les contours des continents et des pays
sont ajoutés pour servir de repère. Crédit image : Eumetsat


IGOR, une tempête tropicale qui termine sa trajectoire près du cercle polaire ! Des dégâts importants sur l’île de Terre-Neuve

L'ouragan Igor a frappé violemment mardi 21 septembre l’île de Terre-Neuve au Canada : des rafales de vents à 140 km/h (172 km/h mesurés à Cape pine) et les pluies torrentielles ont causé inondations, arbres arrachés, coupures d'électricité et effondrements de route sur la côte Est. On cite des vagues de six mètres sur la côte. Un pont a même été emporté. Le ministre des affaires municipales et des transports de la province, Tom Hedderson, a indiqué que l'état d'urgence avait été décrété dans certains villages, qui ont dû être évacués. Plusieurs dizaines de milliers de foyers étaient encore privés d’électricité mercredi matin. Une personne est portée disparue. Igor devrait terminer définitivement sa course entre l'île de Baffin et le Groenland.

Si certains des lecteurs de ce blog au Canada ou au Québec ont des témoignages ou des photos de la situation sur place, je les invite à poster un commentaire ou nà ous contacter directement. Nous pourront publier un article particulier sur ce sujet.

 

En savoir plus :

 

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

  • Travail sur les orbites héliosynchrones : passer en revue les images de Spot ou d’Envisat reprises sur le blog « Un autre regard sur la terre » et comparer les heures d’acquisitions exprimées en temps universel (nous indiquons systématiquement cette information). Calculer l’heure locale correspondante (en toute rigueur,il faut essayer de prendre en compte l’inclinaison du satellite et le décalage de sa trace) et vérifier l'héliosynchronisme.
  • Travail sur les orbites héliosynchrones (plus difficile !) : comprendre les notions d’inclinaison et de précession. Travail sur la mécanique céleste et les orbites des satellites.
  • Travail sur les satellites géostationnaires : en utilisant des séries images Météosat provenant du site d’Eumetsat, reconstituer une journée complète d’observation et visualiser l’évolution des zones éclairées. On peut créer facilement des petits clips vidéo avec Videomaker paer exemple.
  • Travail bibiographique sur les différents types d’images fournies par les satellites Météosat et leurs utilisations (voir le site d’Eumetsat ci-dessus).
  • Travail sur les bandes spectrales et les fenêtres de transparence de l’atmosphère : les capteurs utilisés et leurs applications.
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2 août 2010 1 02 /08 /août /2010 20:43

Exactement un mois après le succès du lancement du satellite allemand TanDEM-X, les spécialistes du DLR (Agence Spatiale Allemande) viennent de rendre public les premiers exemples de modèles numériques d’élévation (MNE) créés à partir de données acquises par les satellites TerraSAR-X et TanDEM-X volant en formation.

20100722_TDX-FirstDEM-DLR-Ukraine.jpg
Exemple de modèle numérique d’élévation construit à partir des images des satellites TerraSAR-X et TanDEM-X (Crédit image : Agence Spatiale Allemande, DLR)

 

L’image ci-dessus est une représentation en perspective d’un exemple de MNE. Les nuances de couleurs sont celles utilisées habituellement pour les cartes et les atlas. Il s’agit de la région de Kalach sur Don dans le sud de la Russie. Dans cette représentation, le relief est volontairement exagéré : l’altitude maximale est d’environ 200 mètres. Cliquer sur l'image pour la voir en plein format : en regardant les détails, en particulier les limites des parcelles, on a une bonne idée de la qualité du modèle d'élévation obtenu.
Le satellite TanDEM-X (TerraSAR-X add-on for Digital Elevation Measurement) a été lancé le 21 juin 2010 depuis Baïkonour au Kazakhstan. Il est actuellement en phase de vérification et de recette en orbite (commissioning phase).
 

Des performances inégalées :
A la fin de ces vérifications, sur un orbite quasiment identique, à quelques centaines de mètres de distance l’un de l’autre, TerraSAR-X (lancé en juin 2007) et TanDEM-X vont travailler de manière synchronisée pour acquérir les données de base (images en mode « Stripmap ») pour les production de modèles numériques d’élévation (Digital Elevation Model) avec des performances de qualité, de précision et de couverture inégalées.

plan-acquisition-TanDEM-X.jpgExemple de plan d'acquisition des données pour la production de MNE.
Les différentes couleurs correspondent aux périodes de l'année (Crédit image : DLR)

En 2014, l’ensemble des terres émergées, soit environ 150 millions de kilomètres carrés, sera couvert par ce nouveau MNE. 

TanDEM-X-new.jpgTerraSAR-X et TanDEM-X en configuration de vol en formation
(Crédit image : Agence Spatiale Allemande, DLR)
 

 

Les performances de TanDEM-X ont été définies afin que les produits MNE correspondent aux spécifications HRTI-3 (High-Resolution Terrain Information, niveau 3, HRTI-4 selon les zones) de l’agence américaine de renseignement géospatial (U.S. National Geospatial-Intelligence Agency, NGA), résumées dans le tableau suivant :

 

  Résolution spatiale Précision vertical absolue (90%) Précision verticale relative
(point à point dans une cellule de un degré, 90%)
DTED-1 90 m x 90 m < 30 m < 20 m
DTED-2 30 m x 30 m < 18 m < 12 m
HRTI-3 12 m x 12 m < 10 m < 2 m
HRTI-4 6 m x 6 m < 5 m < 0,8 m

Comparaison-HRTI3---DTED2.jpgComparaison entre la qualité des données DTED 2 (par exemple provenant de SRTM)
et HRTI 3-4 (simulation TanDEM-X). Crédit image : DLR.


Un partenariat public privé :
Comme TerraSAR-X, la mission TanDEM-X fait l’objet d’un modèle original de financement dans le domaine spatial européen : il s’agit d’un partenariat public privé (Public Private Partnership, PPP) entre l’agence spatiale allemande (DLR,) et la société EADS Astrium, maître d’œuvre du satellite. Infoterra GmbH, filiale d’EADS Astrium, a de son côté la responsabilité de l’adaptation du modèle numérique d’élévation aux besoins des clients commerciaux et assure la promotion de ces produits au niveau mondial.

 

 

En savoir plus :

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19 juillet 2010 1 19 /07 /juillet /2010 14:23

pic du midi en décembre 2008

L’antenne et les coupoles du Pic du
Midi sous la neige en décembre 2008
(Crédit image : Gédéon)

Il est assez rare que les coureurs du Tour de France passent, au cours de la même édition de la course, deux fois au même endroit, dans un sens puis dans l’autre. C’est le cas en 2010 avec les étapes du 20 et du 22 juillet : les concurrents iront de Bagnères-de-Luchon à Pau en passant par le col de Tourmalet, puis, après une journée de repos, partiront de Pau pour rejoindre à nouveau le col de Tourmalet. Deux fois le col du Tourmalet en trois jours : les mollets et le moral vont pouvoir bien mesurer le relief et le dénivelé pour atteindre ce col mythique, au pied du Pic de Midi de Bigorre et des coupoles de l’observatoire. C’est au cours de ces deux étapes pyrénéennes et des autres belles difficultés du parcours (col d’Aspin, Col de Peyresourde, Col du Soulor, Col d’Aubisque, Col de Marie-Blanque, Côte de Renoir) que les deux favoris Andy Schleck et Alberto Contador vont tenter de se départager avant la remontée vers Paris. 

C’est l’occasion de présenter la manière dont les satellites d’observation de la Terre mesurent le relief et collectent des informations pour mettre à jour les cartes topographiques.

Etape 1 Etape 2

Les deux étapes du Tour de France 2010 passant par le col du Tourmalet (Crédit image : ASO)

 

Le produit Reference 3D de Spot Image :

L’image ci-dessous est une représentation d’un modèle numérique d’élévation (Reference 3D) produit par Spot Image. La scène couvre une zone de un degré en longitude et un degré en latitude. L’image présentée ici à une résolution très réduite par rapport au produit original. Au format DTED2, Reference 3D fourni une mesure d’altitude pour chaque seconde d’arc : chaque produit complet (appelé une « dalle ») comporte 3600 x 3600 mesures d’altitude, avec une précision altimétrique de 10 mètres et planimétrique de 15 mètres.

 

DTED reduit 1800

Représentation d’un produit Référence 3D de Spot Image. Le relief est codé par le couleur :
de bleu pour les altitudes les plus basses à rouge pour les plus élevées, en passant par le vert
et le jaune (Crédit image : Spot Image)

 

Chaque produit Reference 3D est accompagné d’une ortho-image de près de 22000 pixels de côté d’une résolution d’environ 5 mètres. Dans l’exemple présenté ici, la surface couverte est d’environ 111 km en latitude et 77 km en longitude.

 

Deux points de vue d’une même scène : la base de la vision en relief

La notion de relief ne date pas de l’époque des satellites d’observation : au 3ème siècle avant notre ère, le grec Euclide définit le principe de la vision en 3 dimensions : «Voir le relief, c’est recevoir au moyen de chaque œil l’impression simultanée de 2 images dissemblables du même sujet ».

C’est la base de la stéréoscopie utilisée aujourd’hui par les satellites d’observation pour acquérir des données permettant la production de modèles numériques d’élévation (MNE) ou, en anglais, Digital Elevation Model (DEM).

Dans le cas de la vision humaine, nos deux yeux fournissent deux images de deux points de vue légèrement décalés qui permettent au cerveau, par interprétation des différences de parallaxe entre les deux images gauche et droite, de percevoir le relief et les distance.

Les deux images ci-dessous l’illustrent : une photographie du même paysage a été prise de deux points de vue différents (à une distance d’une centaine de mètres environ). On peut noter que la différence de position dans les deux images est d’autant plus grande que les objets sont proche du point d’observation : alors que nos yeux ont des axes de visée pratiquement parallèles quant on observe un point lointain, ils commencent à loucher quand on cherche à suivre son index se rapprochant du visage.

 

vue stereo

En descendant du lac de Pouey-Laun vers le barrage du Tech, un exemple de couple stéréo. Deux photos prises avec un Nikon D90. En toute rigueur, il faudrait compenser les déformations géométrique de
l’objectif avec un logiciel comme DxO(Crédit image : Gédéon / Planète Sciences Midi-Pyrénées)

 

L’acquisition d’images stéréo sur Spot 5 : la stéréoscopie avant/arrière 

L’instrument HRS (Haute résolution stéréoscopique) embarqué sur Spot 5 pointe à la fois vers l’avant et vers l’arrière du satellite.

Cette configuration permet l’acquisition simultanée des deux images d’un couple stéréoscopique, le long d’une orbite.

stereo Spot 5

Lors du même passage du satellite, le télescope avant (angle de visée de 20° par rapport à la verticale) capture les images au sol, suivi, une minute trente secondes plus tard par le télescope arrière (angle de visée de 20° également) qui couvre la même bande de terrain. 

L’acquisition simultanée des deux images est un avantage important pour la qualité et la précision des modèles numériques d’élévation HRS. Le processus de corrélation automatique est facilité par la grande ressemblance radiométrique des deux images, prises à la même date et dans des conditions d’éclairement solaire identiques.

La capacité d’acquisition est très élevée : à raison de 72 000 km2 par segment (600 km x 120 km), il est possible d’acquérir plusieurs dizaines de millions de km2 de données HRS par an.

Comme pour les satellites Spot 1 à Spot 4, L’acquisition de couples stéréoscopiques latéraux demeure possible en programmant deux images de la même zone au sol, depuis deux orbites différentes.

Dans les deux cas, une excellente connaissance de l’orbite est une condition essentielle pour la qualité du produit final. C’est ce que permettent notamment les équipements DORIS embarqués à bord du satellite.

 

Un système d’information géographique avec Excel ou Open Office Calc !

L’illustration ci-dessous a été produite en combinant l’image Reference 3D présentée plus haut avec des positions géographiques particulières (sommets, cols, villes sur le parcours des deux étapes du tour et bien sûr le pic du Midi de Bigorre et son observatoire ?

Le bord gauche de l’image correspond à la longitude 0°, le méridien de Greenwich qui passe presque exactement par le cirque de Garvanie. Le méridien de Greenwich aurait pu s’appeler méridien de Gavarnie…

Je n’avais pas de logiciel SIG (Système d'Information Géographique) sous la main au moment de publier cet article mais le tableur Excel a fait l’affaire : c’est un usage un peu original mais qui est rendu possible parce que l’image Reference 3D est parfaitement géoréférencée : je l’utilise ici en fond image du graphique Excel et les deux axes correspondent ainsi aux latitudes et longitudes si on prend soin de bien fixer les limites pour correspondre à celles de la « dalle » Reference 3D (celle-ci occupe une zone de un degré sur un degré). Les coordonnées de points d’intérêt sont saisies en latitude et longitude dans une feuille du tableur et représentés sur le graphique sur forme de courbe X-Y. Ce type d’utilisation est possible chaque fois qu’on dispose d’un fond image ortho-rectifié. C’est pratique par exemple pour représenter des séries de positions géographiques, comme par exemples des positions GPS transmises par des ballons stratosphériques ou des bouées dérivantes (voir les opérations Un ballon pour l’école ou Argonautica sur le site du CNES).

 

carte-renseignee-copie-1.jpg  Superposition de positions géographiques sur la représentation en couleurs du produit
Reference 3D (Crédit image : Gédéon / Planète Sciences Midi-Pyrénées)

 

Les modèles numériques de terrain et la mise à jour ou la production de cartes topographiques :

Les modèles numériques de terrain sont indispensables pour corriger les images acquises par les satellites d’observation de la Terre et produire les ortho-images.

Ils permettent également la production et la mise à jour de cartes topographiques. Si en France, il existe des cartes de qualité régulièrement mises à jour par les instituts cartographiques, pour certains pays ou des régions difficiles d’accès, l’image satellites et les modèles numériques d’élévation sont des outils indispensables. Les MNE sont également utilisés par les militaires (préparation de missions et guidages de missiles) ou dans divers domaines thématiques (inondations, cartes de risques, etc.).

Le fait de disposer de bases de données d’orthoimages et de MNE à jour permet, en cas de besoin, de produire en urgence des cartes de n’importe quelle région du globe. C’est particulièrement utile en cas de catastrophe naturelle (pour préparer les interventions des unités de secours envoyées sur place, comme à Haïti en janvier 2010) ou pour des équipes ou sociétés effectuant des missions de prospection ou d’exploration. Le produit Expressmaps, par exemple, proposé par Spot Image, est un bon compromis entre la précision d’une carte topographique classique et un délai de livraison de quelques heures.

 tourmalet - courbes niveau 64000tourmalet - courbes niveau 16000 Copies d’écran de cartes accessibles sur le géoportail à proximité du col du Tourmalet et du pic du midi
(deux échelles différentes). Crédit image : IGN / BRGM
 

Expressmaps AfghanistanExemple de carte Expressmaps produite par les équipes de Spot Image. Dans ce cas précis, il s’agit d’une carte de l’Afghanistan produite en urgence après le tremblement de Terre d’avril 2009 dans le cadre du service européen GMES SAFER. Crédit image : Spot Image

 

En astronomie aussi : d’Hipparcos à Gaïa, mesurer les étoiles…

Difficile d’évoquer le Tourmalet et le pic du Midi sansparler un peu d’astronomie.

L’orbite de la Terre autour du soleil est un bon observatoire pour les mesures de distances des étoiles mais, en travaillant en dehors de l’atmosphère, ce sont les sondes spatiales qui ont apporté les résultats les plus importants.

Le satellite Hipparcos (HIgh Precision PARallax COllecting Satellite, satellite de mesure de parallaxe à haute précision) fut un projet de l'agence spatiale européenne pour la mesure de la parallaxe et du mouvement propre des étoiles. Le satellite fut utilisé pour mesurer la distance de plus de 2,5 millions d'étoiles situées à moins de 150 parsecs de la Terre. Le résultat tient en trois catalogues d'étoiles : les catalogues Hipparcos, Tycho et Tycho 2. Le satellite fut nommé en l'honneur de l'astronome grec Hipparque, premier à compiler un catalogue d'étoiles.

Le projet fut proposé en 1980. Le satellite fut lancé le 8 août 1989 à 23h25 par une fusée Ariane IV. Le projet initial était de le placer sur une orbite géostationnaire mais une panne d'un des boosters rendit l’orbite très elliptique. Malgré ce problème, la plupart des objectifs scientifiques furent remplis.

Le catalogue Hipparcos (120 000 étoiles avec une précision d'une milliseconde d'arc) et le catalogue Tycho (plus d'un million d'étoiles avec une précision de 20–30 millisecondes d'arc) furent achevés en août 1996 et publiés par l'ESA en juin 1997. Les données de ces catalogues servirent à créer le Millennium Star Atlas, un atlas couvrant l'entièreté du ciel et comportant un million d'étoiles jusqu'à une magnitude apparente de 11 et complété par 10 000 objets non-stellaires provenant d'autres sources.

Tycho 2, une nouvelle version du catalogue Tycho, fut publiée en 2000. Il est basé sur les mêmes observations mais, grâce à une méthode de réduction de données plus avancée, les données y sont légèrement plus précises. Cette version est aussi beaucoup plus complète: 2 539 913 étoiles y sont présentes, ce qui représente 99% de toutes les étoiles jusqu'à la magnitude 11.

Actuellement, EADS Astrium construit pour l'ESA la sonde Gaïa qui devrait permettre d’améliorer encore la précision de ces mesures.

 

hipparcos

Vue d’artiste d’Hipparcos et de Gaïa (Crédit image : EADS Astrium)

 

En savoir plus :

Suggestions d’utilisations pédagogiques en classe :

  • Entraînement à la lecture de cartes topographiques et interprétation du relief et de la pente à partir des courbes de niveau.
  • Si votre établissement scolaire est situé dans une région vallonnée ou montagneuse, construction d’une maquette en relief des environs en utilisant des cartes topographiques (reconstitution du relief avec des formes découpées dans du carton ondulé épousant la forme des courbes de niveau.
  • Des expérimentations avec la construction de micro fusées et la mesure d’altitude des fusées par théodolite sur les pages espace du site de Planète Sciences.
  • Toujours avec des théodolites (on peut en fabriquer facilement avec des rapporteurs utilisés en classe), mesure de hauteur et de distance d’objets divers dans le périmètre de l’établissement scolaire (arbre, toit, etc.) par triangulation. Comparaison des résultats obtenus avec différentes méthodes : calcul trigonométrique, dessin à l’échelle et report des angles, etc.
  • En informatique, avec deux « web cams » fixées sur un pied photo, acquisition de couples d’images stéréo et travail d’analyse sur un logiciel de retouche photo (exemple : Gimp) : visualisation rouge/vert, mesure de parallaxe, etc.
  • Les opérations Un ballon pour l’école et Argonautica sur le site du CNES.
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8 juillet 2010 4 08 /07 /juillet /2010 14:14

Le satellite allemand TanDEM-X a acquis ses premières images jeudi 24 juin 2010, soit un temps record de 3 jours après le lancement. Publiées sur le site de l’agence spatiale allemande (DLR), ces premières images ont fait l’objet d’un article sur ce blog.

 

20100624 FirstTDXImage MoscowUne des premières images TanDEM-X du nord-ouest de la ville de Moscou avec en particulier l’aéroport international Moscou-Cheremetievo avec ses deux terminaux et les pistes et les bassins de Pirogovskoie et d’Ouchinskoie sont visibles au nord de la ville (Crédit image : DLR)

 

Voir à travers les nuages avec les satellites radar :

Ces images sont intéressantes en tant que telles pour illustrer les caractéristiques d’une image SAR (Synthetic Aperture Radar, Radar à synthèse d’ouverture). Par contre, seules, elles ne permettent pas vraiment de démontrer un des principaux atouts de l’observation radar : la possibilité de voir à travers les nuages.

Une des images couvre le nord-ouest de la ville de Moscou. Par curiosité, j’ai cherché à savoir si des images optiques avaient été acquises le même jour. C’est le cas avec le radiomètre MERIS du satellite ENVISAT de l’Agence Spatiale Européenne (ESA) : une scène a été acquise le 24 juin à 8h05 UTC.

Il faut un peu d’entraînement pour passer d’une image à l’autre et les comparer. L’extrait de la carte Google maps ci-dessous aide à se repérer sur les images qui ont des niveaux de détails très différents (250 mètres pour MERIS, de 1 mètre à 16 mètres pour TanDEM-X). Les cours d’eau visibles sur l’image MERIS sont des bons points de repère. Le cadre dessiné sur l’image MERIS délimite approximativement la zone de l’image TanDEM-X.

Google maps - Moscou - large

Carte Google maps de Moscou (utiliser les cours d'eau pour se repérer sur l'image)

 

La couverture nuageuse de l’image MERIS illustre parfaitement l’intérêt de l’image radar. Dans certaines régions du monde où la couverture nuageuse est importante, les satellites radar sont des instruments indispensables quand il faut acquérir des images à une date précise, comme par exemple en cas de catastrophe naturelle. L’idéal est de pouvoir bénéficier de la complémentarité entre des images optiques et des images radar. Ce n’est pas toujours possible pour des raisons techniques ou économiques (achat des images).

Si on oublie cette possibilité unique (la vision tout temps) des satellites radar, comparer imagerie optique et imagerie radar revient à comparer télévision en couleurs et en noir et blanc. Le signal radar offre bien d'autres possibilités, même si l'interprétation visuelle des images est moins directe qu'avec celles fournies par les satellites optiques, dont le fonctionnement est plus proche de celui de l'oeil humain. Des traitements particuliers permettent d'extraire les informations signal radar (par exemple : interférométrie pour les déplacements de terrain).


Meris---Moscou---24-06-2010---annote.jpgExtrait d’une scène MERIS acquise le 24 juin 2010 par le satellite ENVISAT et provenant
du site MIRAVI (Crédit image : Agence Spatiale Européenne – ESA)

 

En savoir plus :

 

Suggestions d’utilisation pédagogique en classe :

  • Travail sur les différentes sources d’images, leurs caractéristiques et leurs apports : rechercher sur les sites fournissant des images en ligne ou sur les galeries d’images des principaux fournisseurs d’images des images sur une même zone. Comparer les caractéristiques et les dates ou périodes d’acquisition. Note : les sites de grands évènements très médiatisés (catastrophes naturelles, grandes villes, sites d’évènements sportifs) sont souvent bien couverts. Voir par exemple la série d'articles sur ce blog sur les stades du mondial 2010.

 

 

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2 juin 2010 3 02 /06 /juin /2010 17:06

L'image ci-dessous a été prise le 22 mai 2010 par l’équipage de la station spatiale internationale (ISS). Elle montre la zone inondée par le débordement de la Vistule dans le sud de la Pologne au niveau de la ville de Sandomir (Sandomierz).

ISS023-E-50542_lrg.jpg

Les inondations en Pologne vues le 22 mai 2010 par la Station Spatiale Internationale
(Crédit Image : Science & Analysis Laboratory, NASA Johnson Space Center)

Les pluies intenses et continues pendant la première partie du mois de mai ont entraîné le débordement de la Vistule dans plusieurs régions, d’abord au sud puis au nord jusqu’à Varsovie, avec des inondations dans les villes et les terres agricoles.

Le service GMES SAFER de la commission européenne a été déclenché le 21 mai par les autorités polonaises. Les opérations sont coordonnées par Spot Infoterra et c'est le SERTIT qui analyse les images et élabore les cartes.

Le mécanisme de protection civile de l'Union Européenne avait été déclenché le 19 mai. La demande de mise à disposition d'équipement de pompage de grande capacité et d'équipes de secours a été immédiatement transmise à tous les États participant au mécanisme, par l'intermédiaire du centre de suivi et d'information (MIC, Monitoring and Information Centre), qui coordonne l'assistance européenne en matière de protection civile.

La photo ci-dessus a été prise avec l’appareil Nikon D3S équipé d’un objectif de 800 mm de focale qui fait partie de l’équipement de la station spatiale internationale au titre des expériences d’observation de la Terre effectuées sous la responsabilité du Johnson Space Center. La version de l'image publiée ici a été recadrée et son contraste a été accentué pour améliorer sa lisibilité.

iss020e021689.jpg

Crédit image : NASA

Les membres de l’équipage au moment où la photo a été prise sont le cosmonaute russe Mikhail Kornienko, l’astronaute de la NASA Tracy Caldwell Dyson, le cosmonaute russe Alexander Skvortsov, tous trois ingénieurs de vol, et le cosmonaute russe Oleg Kotov (commandant), L’astronaute de la NASA Timothy . J. Creamer et l’astronaute japonais de la JAXA Soichi Noguchi (de gauche à droite sur la photo ci-dessous).

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L'équipage de l'expédition 23 et l'atterrissage du soyouz TMA-17 (Crédit image : NASA)

Oleg Kotov, T.J. Creamer et Soichi Noguchi ont désormais retrouvé la Terre : leur vaisseau triplace Soyuz TMA-17 a atterri en douceur dans les steppes du Kazakhstan le mercredi 2 juin 2010 à 9H25 heure locale (3H25 UTC), clôturant ainsi une mission lancée juste avant noël, le 20 décembre 2009, depuis le cosmodrome de Baïkonour.

 

Sources utilisées :

Pour en savoir plus :

 

Suggestion d’utilisation pédagogique :

  • Analyser l'orientation de la photo en comparant avec un atlas ou  en utilisant Google Earth. Repérer le Nord. Visualiser sur une carte le passage et l'orbite de la station au moment de la prise de vue. Explications ? 
  • Quels détails (résolution) peut-on discerner au sol sur les images prises à partir de la Station Spatiale Internationale avec l’équipement mentionné ci-dessus : Nikon D3S, téléobjectif de 800 mm. Trouver les caractéristiques des équipements mentionnés (l’appareil photo est un reflex numérique vendu dans le commerce, pas forcément à un prix très grand public…). Etudier l’orbite de la Station Spatiale Internationale. Quels sont les phénomènes qui dégradent la prise de vue ?
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  • : Un autre regard sur la Terre
  • Un autre regard sur la Terre
  • : Les satellites d'observation de la Terre au service de l'environnement : images et exemples dans les domaines de l'environnement, la gestion des risques, l'agriculture et la changement climatique. Et aussi, un peu d'espace et d'astronomie, chaque fois que cela suscite questions et curiosité...
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  • Gédéon
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre.
Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées
  • Ingénieur dans le domaine de l'observation de la Terre. Bénévole de l'association Planète Sciences Midi-Pyrénées

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