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SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

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SYS-866 Système d’information géographique et télédétection. Au menu - Cours 4. Localisation Géoréférences. Localisation. Un projet de SIG doit utiliser un système adapté pour préciser la localisation des entités : géoréférence Exemple de géoréférence: Adresse civique Code Postal

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SYS-866

Système d’information géographique

et télédétection

au menu cours 4
Au menu - Cours 4
  • Localisation
    • Géoréférences
localisation
Localisation
  • Un projet de SIG doit utiliser un système adapté pour préciser la localisation des entités : géoréférence
    • Exemple de géoréférence:
      • Adresse civique
      • Code Postal
      • Coordonnée de la grille cadastrale
      • Coordonnée géomatique

Localisation

g or f rence
Géoréférence
  • Besoin de règle strictes d’encodage des positions
    • Souvent le seul lien possible entre les diverses couches de données thématiques et spatiales.
    • Types de géoréférence:
      • Nominale
      • Ordinale
      • Numérique

Localisation

g or f rence1
Géoréférence
  • Géoréférence nominales et ordinales
    • Ensemble fini d’éléments
      • Partition de l’espace selon un découpage quelconque
      • Nominale = positionnement toponymique tel : nom de municipalité, quartier, code postal, numéro de lot, numéro de cadastre
      • Ordinale = utilise un système de référence systématique tel une grille régulière
      • Les deux sont normalement associés à une table de référence avec coordonnées

Localisation

g or f rence2
Géoréférence
  • Géoréférence nominales et ordinales

Nominale

Ordinale

Localisation

Source : Thériault 1996

g or f rence3
Géoréférence
  • Géoréférence numérique
    • Coordonnées mesurées directement dans un système cartésien
      • Pour une plus grande précision on utilise des nombres réels
      • Il est possible de convertir des références nominales ou ordinales en numériques
        • Pas nécessairement de gain de précision
      • Économies importantes avec les références ordinales et nominales
        • Si la précision est suffisante pour l’application

Localisation

g or f rence4
Géoréférence
  • Géoréférence numérique

Localisation

Source : Thériault 1996

g or f rence5
Géoréférence
  • Géoréférence numérique
    • Fondement du système vectoriel
    • Coordonnées dans un espace à 2 (X,Y) ou 3 (X, Y, Z) dimensions
    • Bonne précision de localisation
      • Nombre réel en précision simple (4 octets)
        • Division des axes de la carte en 107
        • Peut situer une maison dans la carte d’une ville
      • Nombre réel en précision double (8 octets)
        • Division des axes de la carte en 1014
        • Peut situer une maison dans la carte du pays!

Localisation

g or f rence6
Géoréférence
  • Géoréférence numérique
    • Importance de la précision ?
      • Certains algorithmes permettent de situer (interpoler/extrapoler) un point à l’intérieur d’un polygone
      • Les opérations de projection cartographique sont basées sur des calculs trigonométriques engendrant des erreurs de troncature
        • Des données à 14 chiffres significatifs produisent souvent des valeurs précises à 10 chiffres
        • Des données à 7 chiffres significatifs produisent des valeurs inutilisables

Localisation

g or f rence7
Géoréférence
  • Géoréférence numérique
    • Les coordonnées sont des mesures de déplacement par rapport à une référence (origine)
    • Deux type de coordonnées:
      • Planes (cartographiques ou projetées)
        • Les cartes représentent l’espace selon un plan X,Y
      • Géographique (globales)
        • La Terre est sphérique (quasi sphérique)
        • Latitude et longitude sont utilisées

Localisation

g or f rence8
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
      • La longitude (λ) varie de –180°(W) à +180°(E) relativement à Greenwich
        • Un méridien est de longitude constante
      • La latitude (φ) varie de de –90°(S) à+90 °(N) relativement à l’équateur
        • Un parallèle est de latitude constante

Géoréférence numérique

petit cercle

grand cercle

Source : Thériault 1996

g or f rence9
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
      • Un grand cercle coupe la Terre en deux portions égales
      • Un petit cercle la coupe en deux portions inégales

Géoréférence numérique

petit cercle

grand cercle

Source : Thériault 1996

g or f rence10
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
      • Une minute d’arc d’un grand cercle est un mile nautique (un nœud)
      • Puisque la latitude est mesurée le long d’un méridien (toujours un grand cercle) une minute de latitude est toujours un mile nautique

Géoréférence numérique

petit cercle

grand cercle

Source : Thériault 1996

g or f rence11
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
      • Puisque la longitude est mesurée le long d’un parallèle, une minute de longitude est un mile nautique seulement à l’équateur
      • La longitude varie donc de une minute par mile nautique à l’équateur jusqu’à zéro aux pôles!

Géoréférence numérique

petit cercle

grand cercle

Source : Thériault 1996

g or f rence12
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
      • Mile nautique = 6076 pieds; 1852 mètres
      • Un mile = 5280 pieds; 1609 mètres
      • La Terre mesure 21,600 miles nautiques en circonférence
      • Un mile nautique = 1.151 mile = 1.852 km

Géoréférence numérique

petit cercle

grand cercle

Source : Thériault 1996

g or f rence13
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
    • Bien que ces coordonnées soient universelles, elles sont imprécises!
      • La Terre n’est pas sphérique
      • La trigonométrie sphérique est complexe et peu performante
    • Déformations excessives des angles, des superficies et des distances (surtout dans les régions polaires)

Géoréférence numérique

projections
Projections
  • Mercator (1596)
      • Proposée comme aide à la navigation
      • Longitudes et latitude à angle droit
      • Déformation des surfaces
      • Conserve les directions
      • La plus utilisée

Géoréférence numérique

Groenland (2,175,000 km2)

Amérique du sud (17,833,000 km2)

Source : geography.about.com

projections1
Projections
  • Mercator (1596)

Géoréférence numérique

Groenland (2,175,000 km2)

Amérique du sud (17,833,000 km2)

Source : worldatlas.com

projections2
Projections
  • Robinson (depuis 1980)
      • Surfaces mieux représentés
      • Distorsion des directions

Géoréférence numérique

Groenland (2,175,000 km2)

Amérique du sud (17,833,000 km2)

Source : mapquest.com

projections3
Projections
  • Mollweide (1805)
      • Ancêtre de Robinson

Géoréférence numérique

Groenland (2,175,000 km2)

Amérique du sud (17,833,000 km2)

Source : worldatlas.com

projections4
Projections
  • Buckminster Fuller
      • Pas de distorsion apparentes
      • La Terre est une grande île dans un océan

Géoréférence numérique

Source : /www.odt.org

projections5
Projections
  • Buckminster Fuller
      • Code public (Chris Rywalt)
      • Unfold.mov

Géoréférence numérique

Source : jubal.westnet.com/~crywalt

projections6
Projections
  • Effet d’échelle - Robinson

Géoréférence numérique

Groenland (2,175,000 km2)

Mexique (1,972,546 km2)

Source : mapquest.com

g or f rence14
Géoréférence
  • Coordonnées géographiques
    • On utilise des projections cartographiques pour convertir les coordonnées géographiques en coordonnées planes
    • Deux types de coordonnées planes:
      • Cartésiennes
      • Polaires

Géoréférence numérique

g or f rence15
Géoréférence
  • Systèmes cartésien et polaire

Géoréférence numérique

g or f rence16
Géoréférence
  • Conversion entre géographiques et planes

Géoréférence numérique

Source : Thériault 1996

g or f rence17
Géoréférence
  • Conversion entre géographiques et planes
    • Projection
      • Transformation des coordonnées géographiques vers un système cartésien
        • On doit calculer « tous » les points d’une ligne ou d’une zone
        • Implique des modifications de forme, de distance et de superficie
    • Déprojection
      • Transformation des coordonnées cartésiennes vers des coordonnées géographiques

Géoréférence numérique

g or f rence18
Géoréférence
  • Les projections
    • Depuis le début du 18iem siècle
    • Trois propriétés fondamentales:
      • Conformité
        • Préserve les directions locales et ne déforme pas les angles
      • Équivalence
        • Rapport entre les superficies des zones est préservé
      • Équidistance
        • Rapport d’échelle linéaire le long de certaines lignes choisies

Géoréférence numérique

g or f rence19
Géoréférence
  • Les projections
    • Trois propriétés fondamentales:
      • Conformité, Équivalence, Équidistance
      • Impossible de rencontrer ces trois exigences!
      • Les projections tentent de « minimiser » certains types d’altérations identifiés ou propriétés jugées fondamentales

Géoréférence numérique

g or f rence20
Géoréférence
  • Systèmes ellipsoïdaux et géodésique
    • La Terre est « quasi sphérique »
    • On considère l’effet de l’aplatissement de la Terre
    • Un ellipsoïde est défini selon des mesures de la différence entre le rayon moyen équatorial et le rayon polaire
      • Erreur de ~ 200 mètres entre Clarke et GRS au Québec méridional

Géoréférence numérique

Le GRS80 provient de mesures satellitaires

g or f rence21
Géoréférence
  • Systèmes ellipsoïdaux et géodésique
    • Pour ne pas refaire le travail tout le temps :
      • Réseaux de repères géodésiques distribués sur le territoire
        • Position précises connues (latitude et longitude)
        • Fin 19iem siècle
          • NAD27 pour « North American Datum 1927 »
        • Révision au 20iem siècle
          • NAD83 pour « North American Datum 1983 »
        • Erreur de 20 à 60 mètres entre NAD27 et NAD83 au Québec méridional
        • OK pour 1:500,000
        • Mais pas pour 1:100,000 ou SIG

Géoréférence numérique

g or f rence22
Géoréférence
  • Normes canadiennes et québécoises
    • Système de coordonnées uniformes
      • Permet de superposer des cartes à différentes échelles et de raccorder les feuillets adjacents
      • Au Canada
        • UTM (Transverse de Mercator Universelle)
        • Erreur de 0,9996
      • Au Québec
        • MTM (Transverse de Mercator Modifiée)
        • Erreur de 0,9999
      • Les deux réfèrent au NAD27 ou NAD83

Géoréférence numérique

g or f rence23
Géoréférence
  • UTM (Transverse de Mercator Universelle)
      • Cartes canadiennes, 1:50,000 et 1:250,000
      • Monde en 60 fuseaux de 6 deg. en longitude
      • De 1 en Alaska à 60 en Sibérie

Géoréférence numérique

Source : Thériault 1996

g or f rence24
Géoréférence
  • MTM (Transverse de Mercator Modifiée)
      • Cartes québécoises
      • Largeur des fuseaux de 3 deg. de longitude
      • De la Basse Côte Nord vers l’Abitibi

Géoréférence numérique

Source : Thériault 1996

g or f rence25
Géoréférence
  • Chevauchement des fuseaux

Géoréférence numérique

Source : Thériault 1996

g or f rence26
Géoréférence
  • Chevauchement des fuseaux
    • Les même axes cartésiens sont utilisés pour marquer des positions différentes
      • Distance du début de la carte pour augmenter la précision
    • Si on associe les 2 cartes sans corrections, elles se superposent!
      • On doit donc convertir chaque carte en coordonnées géographiques (longitude et latitude) avant de les associer

Géoréférence numérique

g or f rence27
Géoréférence
  • Pour obtenir une localisation
    • GPS
    • Sextant
    • Arpentage

Géoréférence numérique

g or f rence28
Géoréférence
  • GPS (Global Positionning System)
    • Le GPS consiste en une constellation de 24 satellites qui orbitent à environ 20,000 km de la terre.

Géoréférence numérique

Source : www.bayo.com

g or f rence29
Géoréférence
  • GPS (Global Positionning System)
    • Ces satellites émettent des signaux contenant des données d\'heure, d\'orbites et des données d\'almanach.
    • Les récepteurs (au sol, en mer et dans les airs) reçoivent les signaux des satellites.
    • Au moins trois satellites pour pouvoir déterminer une position en 2D (X,Y).
    • Un quatrième satellite est nécessaire pour obtenir une position en 3D (X,Y,Z) qui détermine la hauteur ou l\'altitude.

Géoréférence numérique

g or f rence30
Géoréférence
  • Sextant

Géoréférence numérique

Source : www.mat.uc.pt

g or f rence31
Géoréférence
  • Sextant – Procédure
    • On mesure l\'altitude de l\'objet (et le temps)
    • On calcule la position de cet objet à ce temps selon un Almanach Nautique
    • On utilise la position estimée (selon les positions précédentes, la vitesse, la dérive, le compas ...) et calcule l\'altitude et l\'azimut selon cette position estimée
    • On compare la valeur mesurée et la valeur estimée et trace une ligne des positions possibles (ligne des erreurs)
    • Un grand nombre (au moins 2!) de lectures nous permet de trouver notre position puisque ces lignes se rencontre ... malheureusement nous sommes en déplacement!

Géoréférence numérique

g or f rence32
Géoréférence
  • Arpentage
      • Niveau
      • Eau (boyau d’arrosage)
      • Repère géodésique

Géoréférence numérique

Source : www.motherearthnews.com

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