évaluation des modèles numériques de terrain obtenus par l~interférométrie radar

227 Pages·2001·12.74 MB·French

ÉVALUATION DES MODÈLESN UMÉRIQUES DE TERRAIN
OBTENUS PAR L~INTERFÉROMÉTRIREA DAR
Mémoire
présenté
à la Faculté des études supérieures
de l'université Laval
pour l'obtention
du grade de Maître ès Sciences (MeSc.)
Département d' Informatique
FACULTÉ DES SCIENCES ET DE GÉNIE
UNIVERSITÉL AVAL
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Résumé
Le besoin d'étudier la terre, de comprendre son environnement et de surveiller ses régions existe
depuis toujours. Une connaissance de la topographie des sols basée sur des données d'altihde est
requise pour la cartographie et la surveillance des changements au niveau du globe. Ces données
d'altitude constituent des éléments indispensables pour réaliser l'analyse des caractères
structurels du t e k ,
Les modèles numériques du terrain ou "MNT" sont utilisés pour effectuer une représentation
informatique du relief. Cette représentation constitue un élément indispensable dans plusieurs
domaines d'application, tels que la construction de voies de communication, la visualisation
tridimensionnel~ed e sites, la simulation de vols, l'analyse et l'interprétation de la morphoIogïe de
terrain, etc.
Dans ce mémoire, nous générons des modèles numériques de terrain de la ville de Québec et de
sa région selon deux approches, soit la technique classique et la technique intdérométrique. La
technique classique se base sur la numérisation et l'interpolation des courbes de niveaux, tandis
que la technique interférométrique se base sur l'analyse de la différence de phase de deux images
radar, acquises par un même senseur depuis deux trajectoires voisines lors du passage du satellite
au-dessus de la même scène. Cette différence de phase permet de calculer l'altitude des points de
l'image. Les courbes de niveaux et les images radar proviennent respectivement de la Base
Nationale de Données Topographiques et du satellite Radarsat.
Nous analysons la précision des MNT interférométriques en les comparant avec le MNT
classique utilisé comme référence. Par la suite, nous effectuons des traitements complémentaires
pour améliorer la qualité des MNT interférométriques. Suite aux résultats obtenus, nous
proposons deux méthodes de fusions de données des MNT interférométriques pour améliorer leur
précision. Enfq nous formulons certaines hypothèses permettant d'améliorer l'une des méthodes
de fusion.
Québec, Janvier 200 1
Avant-Propos
Louange à notre Seigneur "ALLAH"q ui nous a doté de la merveilleuse faculté de raisonnement.
Louange à notre Créateur qui nous a incité à acquéru le savoir. C'est à lui que j'adresse toute ma
gratitude en premier lieu.
En second iieu, je tiens particulièrement à remercier mon directeur de recherche Mr. Jean-Marie
Beaulieu pour sa disponibilité, ses encouragements et ses conseils judicieux tout au long de la
préparation de ce mémoire.
Je remercie également mon CO-directeurM r. Geoffiey Edwards pour son esprit critique. C'est à
lui que je dois d'avoir pu travailler sur ce sujet passionnant qui est l'interférométrie SA R.
Je remercie aussi tous les membres du Centre de Recherche en Géomatique de l'université Laval
pour leur support.
À ma mère Amina et à mon père Abderrahmane.
Table des matières
Résumé
Avant-Propos
Table des matières
Liste des tableaux
Liste des figures
1 Introduction
Radar à synthèse d'ouverture
Introduction ..................................................................
Historique .....................................................................
Principe de fonctionnement ................................................
..............................................................
Présentation
................................................
Géométrie de prise de vue
...............................................................
Résolution
2.3.3.1 Résolution en distance ..........................................
............................................
2.3.3 -2 Résolution en azimut
Traitement SAR .............................................................
..........................................................
2.4.1 Forme du sipd
...................................................
2.4.2 Traitement en oblique
....................................................
2.4.3 Traitement en azimut
Comparaison avec les capteurs optiques .................................
Domaines d' application. ...................................................
Exemple de Radarsat .......................................................

5 Modèles numériques du tenain
Introduction .....................................................................
. .
Défmtion .......................................................................
Importance et domaines d'application ......................................
Méthodes d'élaboration des MNT ...........................................
Modèle numérique du terrain classique .....................................
5 .5 .1 Processus de génération .....................................................
. .
.......................................................
5.5.1.1 Numénsatron
........................................................
5.5.1.2 Interpolation
.....................................................................
5.5.2 Site test
Modèle numérique du terrain interférométrique. ..........................
................................................................
5.6.1 Introduction.
5.6.2 Images utilisées .............................................................
.......................................
5 -6.3 Choix des couples interférornétriques
..........................................................
5.6.3.1 Cohérence
................................................
5.6.3- 2 Altitude d' ambiguïté
.................................................
5.6.4 Produits interférométriques
...................................................
5.6.4.1 Interférogramme
5.6.4.2 MNT ...............................................................
......................................................................
5- 7 Conclusion
6 Analyse des modèles numériques du terrain
6.1 Introduction. ....................................................................
6.2 Comparaison entre le MNT classique et le MNT interférométnque. ...
6.3 Influence de l'emplacement des points du recalage sur la précision
des MNT interférométriques. ................................................
6.4 Influence de l'image masque sur la précision des MNT
interférométriques. ............................................................
6.5 Innuence de la distance euclidienne par rapport au point de recalage
sur la précision des MNT interférométriques. .............................
6.6 Comparaison entre les données du MNT classique, des MNT
interférométriques et du GPS ................................................
6.7 Fusion des MNT ...............................................................
6.7.1 Analyse du MNT interférométrique fusion du 30octobre-23novembre .....
...............
6.7.2 Analyse du MNT interferornétrique fusion du 15m&08juin
6.8 Conclusion ......................................................................
vii
7 Conclusion
Bibliographie
Annexe
viii
Liste des tableaux
Description des images Radarsat utilisées.. .. . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Données statistiques sur toutes les images de cohérence.. .. . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Les couples interférométriques ayant une cohérence jugée acceptable.. .. . . . . . . . . . . . . .
L'altitude d'ambiguïté et la ligne de base de tous les couples interférométriques.. - .. .
Statistiques sur les écarts altimétriques entre le MNT classique et les MNT
interférométriques recalés par le point pt-cal (en mètres). .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Statistiques additio~ellessu r les écarts dtimétriques entre le classique et
les MNT interférométriques recalés par le point pt-cal (en mètres). .. . . . . . . . . . . . . . .. .
Nombre de points des Lignes de coupe.. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .. . .
Statistiques sur les écarts altirnétriques entre le MNT classique et les MNT
interférométriques recalés par le point de recalage pt-ca.2 (en mètres). .. . . . . . . . . . . . . . .
Statistiques additionnelles sur les écarts altimétriques entre le MNT classique et
les MNT interférométriques recalés par le point pt-ca2 (en mètres). .. . . . . . . . .. . . . . . . .
Statistiques sur les écarts altimétriques entre le MNT classique et les MN?'
iaterfi5rométriques recalés par le point de recalage pt-cd (en mètres). .. . .. . .. .. . .. . . .
Statistiques additio~ellessu r les écarts altimétriques entre le MNT classique et
les MNT interférométriques recalés par le point pt_ca3 (en mètres). .. . . . . . . . . . . . . . . ..
Statistiques pour les lignes de coupe (LI,L 2, L3, L4, LS et L6) sur les écarts
altimétriques entre le MNT classique et les MNT interférornétriques issus du
couple interférométrïque lSmai-08jWn (en mètres). .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . ..
Statistiques additionnelles pour les lignes de coupe (Ll, L2, L3, L4, L5 et L6) sur
les écarts altimétriques entre le MNT classique et les MNT interférométriques
issus du couple interférornétrique 15mai_08juin (en mètres). .. .. . . . . . . . . . . . . . . .. .. . . .