BRUNO RHODYBRUNO RHODY, Ingénieur forestier, Institut fédéral de recherches forestières, Birmensdorf, Zurich.Texte revisé par E. J. Gärtner.
Le stéréorestituteur Aviographe Wild B8
EN ÉCONOMIE forestière, on utilise souvent les méthodes les plus simples pour obtenir des informations à partir de clichés aériens. Il s'ensuit que la photo-interprétation jouit d'une plus grande faveur que la photogrammétrie et qu'elle est devenue une branche très particulière de la photogrammétrie classique aux fins de la sylviculture. Lorsqu'on parle, dans les milieux forestiers, de l'introduction de moyens techniques modernes, on fait souvent remarquer qu'il ne faudrait pas débuter avec des appareils et des méthodes d'évaluation compliqués. Aussi, pendant longtemps, n'a-t-on pas envisagé d'utiliser des restituteurs stéréoscopiques à des fins forestières.
Par suite de l'intensification croissante de l'aménagement des forêts ainsi que de l'introduction en sylviculture de l'inventaire par échantillonnage, on s'attache de plus en plus à déterminer avec plus de précision la superficie des peuplements et leur stratification. En outre, de nombreux services réclament maintenant une mesure précise et complète des superficies, effectuée selon les normes des levés cadastraux. Dans ce cas, les méthodes simples de mesure, comme celles qui sont utilisées en photointerprétation, ne sont plus suffisantes et il faut recourir aux stéréorestituteurs. L'emploi de ces derniers en sylviculture apparaît comme une nécessité particulière dans les pays qui doivent réaliser un levé forestier entièrement neuf ou dont la surface boisée exige des cartes exactes, du fait de la nature difficile du terrain, d'une mise en valeur intensive et de conditions compliquées d'aménagement.
Lors de la restitution topographique de clichés aériens, il s'agit principalement de contours fixes d'objets définis. Mais en matière d'interprétation aux fins de la sylviculture, ce sont les nuances des tons gris et les différences de structures et de textures dans leurs combinaisons multiples et leurs rapports réciproques qui intéressent. Alors que le topographe doit considérer l'image dans ses formes abstraites, l'intérêt du forestier se porte sur l'aspect naturel de l'image de la forêt. Une autre particularité de l'interprétation des clichés de forêts réside dans la difficulté du classement par types à l'intérieur des peuplements. La structure en couches des peuplements forestiers rend souvent difficile l'évaluation de la distance à laquelle se trouve le sol sous le couvert des couronnes. Ces aspects très importants pour la cartographie forestière ne peuvent guère être exactement saisis par un géomètre on un photogrammètre.
L'expérience a montré qu'il faut, lors d'une stéréorestitution de forêt, faire continuellement´ appel aux spécialistes pour décider ou aux interprétateurs pour renseigner. Dans ces conditions, il n'est guère possible, ou du moins guère rationnel, de séparer l'interprétation de la stéréorestitution, surtout quand il s'agit de conditions forestières difficiles. Les autorités forestières auraient donc intérêt à acquérir elles-mêmes des stéréorestituteurs appropriés à leurs besoins pour pouvoir réaliser avec leur propre personnel les restitutions de photographies aériennes de forêts.
Dans bien des cas, les services chargés des inventaires forestiers, les administrations forestières et les stations d'essais et de recherches d'une certaine importance pourront envisager de faire l'achat d'un stéréorestituteur. Quand on devra effectuer des levés neufs d'assez grandes étendues boisées, comme c'est en particulier le cas dans les territoires extra-européens et tropicaux, l'acquisition d'un stéréorestituteur est particulièrement importante. S'il ne leur est pas possible d'utiliser les appareils à plein, les services considérés rouveront peut-être à les céder en location de temps à autre à d'autres intéressés.
(SERVICE TOPOGRAPHIQUE FÉDÉRAL SUISSE)
Quels sont maintenant les stéréorestituteurs dont l'achat peut être recommandé à des autorités forestières?
Il ne saurait être question ici d'analyser dans les détails les stéréorestituteurs, mais seulement de s'en référer à leur utilisation forestière. Dans les conditions de l'Europe centrale, le rapport d'agrandissement de l'échelle d'image à l'échelle de restitution a son importance. Les cartes forestières y sont généralement à l'échelle relativement grande de 1: 5 000 et 1: 10 000 (indispensable à l'obtention d'images suffisamment détaillées de la forêt). En revanche, l'échelle des clichés doit, pour des raisons de rentabilité, être aussi petite que possible. En outre, lors de prises de vues forestières en montagne, il est impossible de survoler la forêt à basse altitude, car bien souvent les versants des montagnes s'élèvent au-dessus de la limite supérieure des forêts. Pour les forêts à exploitation intensive, cette échelle-limite pour l'interprétation se situe déjà vers 1: 20 000; des échelles d'image plus petites sont impropres à l'interprétation forestière. Dans ces conditions, l'appareil de restitution doit, pour des fins forestières, avoir un rapport d'agrandissement de 1: 4. Les restituteurs simples ne permettent pas cet agrandissement de l'image originale à la carte.
Un autre facteur qui joue un rôle essentiel en restitution forestière est la mesure de la hauteur. Il n'importe pas seulement de pouvoir lire directement les hauteurs en mètres ou en pieds, il faut aussi que le domaine altimétrique de l'appareil de restitution présente une certaine amplitude, car même en terrain absolument plat, les arbres présentent des différences de hauteurs qui peuvent atteindre jusqu'à 40 mètres du fait de l'existence de divers peuplements. La détermination des hauteurs a une grande importance surtout dans les forêts en montagne. L'amplitude altimétrique des appareils simples de restitution est au maximum de 25 pour cent de l'altitude de vol, ce qui n'est pas toujours suffisant pour les restitutions de forêts de montagne.
Une question à laquelle on a jusqu'à présent prêté peu d'attention est celle de savoir si l'appareil de restitution se prête bien à la distinction des différents types de peuplements forestiers. Les fines nuances dans le jeu d'ombres et de lumière ne se laissent saisir que si le cliché est bien éclairé et par l'emploi de diapositives. Pour saisir des différences aussi subtiles dans les peuplements et pour suivre les lignes forestières, il est nécessaire d'avoir des marques claires dans les restituteurs. Ces exigences ne peuvent être remplies que par des index de mesure aussi nets que possible, mais qui ne devraient pas être trop petits.
Un sujet très discuté est la précision exigée d'un appareil de restitution forestière. D'une façon générale, on peut dire qu'elle doit toujours être fonction du problème à résoudre et des résultats désirés. En économie forestière, les spécifications en matière de précision ne doivent pas être trop strictes. La plus grande source d'erreurs avec les appareils simples à solution approchée résulte de l'utilisation de prises de vues non verticales.
Les stéréorestituteurs d'ordre supérieur remplissent de manière très satisfaisante nombre des conditions voulues pour la restitution des clichés aériens de forêts. Il n'en va pas de même avec les restituteurs simples, surtout pour les restitutions de forêts de montagne. Entre les restituteurs simples et les autographes il existait jusqu'à présent une lacune. A cause de leur prix, les stéréorestituteurs de premier ordre ne pouvaient être acquis que dans des cas exceptionnels par des administrations forestières. La Société Wild Heerbrugg vient de réaliser un autographe simple, appelé Aviographe B8, qui comble la lacune.
L'avantage photogrammétrique le plus marquant de l'Aviographe par rapport aux autres restituteurs stéréoscopiques d'ordre inférieur réside dans le rétablissement géométrique, lors de la restitution dans l'appareil, du faisceau perspectif tel qu'il était au moment de la prise de. vues. Ainsi, même pour les prises de vues de forêts en montagne, la transposition exacte de la projection centrale en une projection orthogonale, et donc une cartographie précise, sont-elles possibles.
L'appareil présente encore un autre avantage: il permet deux cartographies simultanées à des échelles différentes, l'une à l'échelle du modèle, l'autre à l'échelle de restitution désirée. La cartographie du plan d'ensemble se réalise juste devant l'opérateur, qui peut immédiatement noter les détails intéressants pour l'interprétation. Il en résulte ainsi, sous le crayon du pantographe, un plan au net de la composition en peuplements, souvent compliquée, des territoires forestiers. L'opérateur n'est pas distrait de son travail, ce qui est important surtout lorsqu'il a peu d'expérience, comme cela arrive souvent lorsque c'est le propre personnel des services forestiers qui procède à l'opération.
Un autre avantage de l'Aviographe réside dans la conduite à main libre de l'index de mesure ainsi que dans la commande directe du mouvement altimétrique à la poignée de guidage. Le débutant éprouve ainsi bien moins de difficultés qu'avec les autographes qui doivent être manipulés des deux mains avec des volants, et du pied avec une pédale.
Enfin, on doit remarquer dans l'Aviographe le puissant éclairage des clichés, le grand champ optique et un fort grossissement de la partie d'image observée. Une autre caractéristique de l'Aviographe intéressante pour la foresterie est qu'il permet l'interprétation et la cartographie à partir de clichés en couleur, chose impossible avec les appareils à projection.
On a déjà fait état de l'importance du rapport d'agrandissement. Dans l'Aviographe B8, le rapport de l'échelle d'image à l'échelle du modèle est de 1: 2; il est de 1: 2,5 de l'échelle du modèle à l'échelle de restitution, si bien qu'il en résulte un rapport total d'agrandissement de 1: 5 entre l'image originale et la carte. Ainsi les exigences forestières seront pleinement satisfaites.
Un facteur particulièrement important en stéréocartographie forestière est le report des résultats de la photointerprétation sur les clichés et l'introduction de ces résultats dans la restitution à l'autographe.
Lors de la photointerprétation de clichés de forêts de l'Europe centrale, on rencontre beaucoup de types de boisements qui sont conditionnés par un aménagement forestier intensif. Mais aussi dans d'autres - régions du monde, les surfaces boisées présentent toujours une différenciation plus ou moins forte, par suite d'influencer géologiques, topographiques et anthropogéographiques.
La photointerprétation consiste à délimiter dans le modèle spatial, avec de l'encre indélébile de couleur des types forestiers et des catégories de conditions, ainsi que les caractéristiques importantes de la région. Cet important travail préparatoire pour la restitution peut être réalisé sur copies-papier ou sur diapositives et, dans des cas particuliers, sur négatifs originaux.
Les avantages et les inconvénients de l'emploi de tirages-papier, de pellicules ou de plaques sont à peser lors de chaque travail. Le succès qualitatif de l'interprétation sur diapositives. est incontestable, car bien des détails de l'image absorbés par les ombres en. terrains boisés ne peuvent être discernés que sur une paire de clichés diapositifs. Les négatifs offrent aussi cet avantage, mais comme ils inversent l'aspect noir-blanc, ils nécessitent donc une conversion mentale, ce qui est particulièrement délicat avec les peuplements mixtes de résineux et de feuillus, et ce qui peut entraîner en outre des erreurs d'interprétation.
Lors de nombreux travaux de recherche et d'expérimentation, il est apparu avantageux de coordonner la photointerprétation et la stéréorestitution à l'appareil et de faire exécuter les deux opérations par la même personne.
Dans bien des projets forestiers, la séparation de l'interprétation et de la restitution entraîne une division du travail, car les deux opérations s'effectuent généralement en deux endroits diférents. On a donc avantage à commander, dès la passation du marché pour le vol, des diapositives qui pourront alors être interprétées avec un stéréoscope au-dessus d'un pupitre lumineux. Les résultats sont dessinés à l'encre indélébile de couleur soit directement sur les diapositives, soit sur papier transparent les recouvrant, et transmis ensuite au service de restitution.
En cartographie forestière, les instructions relatives à la manipulation de l'appareil de restitution méritent une attention particulière. Il s'agit en effet d'un domaine non topographique et la restitution n'est pas effectuée par des photogrammètres. Il importe donc au plus haut point d'adapter aux conditions forestières, dans les instructions en question, les explications des termes photogrammétriques.
Dans le mode d'emploi de l'Aviographe B8, la Société Wild s'est efforcée de faire en sorte qu'il ne soit pas nécessaire de consulter au préalable la documentation technique photogrammétrique.
En outre, il est bon que les calculs mathématiques pour les orientations du modèle soient présentés sous forme de graphiques. Ce problème a également été résolu d'une manière excellente par des tableaux d'un emploi commode.
Du fait de la faible précision exigée en économie forestière, les levés topographiques les plus récents peuvent être utilisés pour l'orientation absolue des clichés aériens. Si l'on doit effectuer de nouveaux vols pour des fins forestières, il importe de baliser, avant le vol de prise de vues, les objets du terrain contenus dans les documents topographiques et visibles d'en haut. Si on ne dispose dans un territoire forestier d'aucun point topographique´ au sol, il est alors recommandé d'en implanter et de les maintenir continuellement visibles en procédant à des élagages. Cela permettra d'obtenir un marquage suffisamment net dans la forêt, si bien qu'il ne sera plus nécessaire, ultérieurement, de placer des panneaux de signalisation.
Dans bien des territoires extra-européens, où il n'y a pas de levés intensifs, les points de passage doivent être déterminés par aérotriangulation. Dans de tels cas, il est nécessaire d'effectuer, à cet effet, des vols à haute altitude, et des vols à basse altitude pour l'interprétation forestière.
Il faut enfin mentionner les exigences en matière de précision altimétrique en restitution forestière (tableau 1).
La précision maximum atteinte en général pour la mesure terrestre de la hauteur des arbres est de 10 pour cent pour les peuplements denses et de 2,5 pour cent pour les arbres sur pied isolés. La précision altimétrique des points de passage doit, par conséquent, correspondre à ces valeurs. Si les points trigonométriques et les cotes d'altitude portés sur les cartes répondent à ces conditions, on peut les utiliser pour l'orientation absolue. Cependant, comme ces points ne sont pas toujours en nombre suffisant, il faudra utiliser d'autres points favorables de la carte. En Suisse, par exemple, pour les cartes cadastrales générales au 1: 10 000 et les cartes nationales au 1: 50 000, les spécifications relatives à la précision altimétrique sont comprises dans ces limites. Si l'on compare à ces valeurs les erreurs altimétriques de points favorables de la carte, on constate que les tolérances sont de 1,5 m pour les feuilles topographiques cadastrales au 1: 10 000, de 1,5 m pour les feuilles au 1: 25 000 et de 2 m. pour la carte nationale au 1: 50 000. Tous les points bien définis de ces cartes peuvent donc être utilisés comme points de passage altimétriques aux fins de cartographie forestière.
En matière de précision planimétrique des cartographies forestières, les exigences se basent en premier lieu sur la possibilité de déterminer des unités d'interprétation. La difficulté de cette détermination provient de la zone comprise entre la projection du bord le la couronne et le pied de l'arbre ainsi que de la structure de la forêt. Cette zone d'indétermination est d'environ 5 m dans les cas les plus favorables avec des peuplements jeunes et homogènes, et elle augmente avec le temps. Ainsi on peut admettre que 5 m est la limite supérieure de précision planimétrique pour la cartographie forestière. Cette valeur est encore atteinte dans la carte cadastrale générale, avec une tolérance de 3 m, et dans les cartes nationales au 1: 25 000 avec 5 m. Seule la carte nationale au 1: 50000 dépasse, avec une tolérance de 10 m, la valeur acceptable pour les restitutions forestières. Pour l'orientation absolue lors de la restitution de prises de vues aériennes de forêts, la carte nationale au 1: 25 000 peut par conséquent encore servir comme document d'ajustage.
Une autre particularité de la stéréocartographie forestière vient de ce qu'on doit utiliser, dans certains cas particuliers, et pour une photointerprétation intensive, des clichés pris à basse altitude.
Il arrive souvent qu'en montagne les différences altimétriques du terrain deviennent si grandes dans un modèle de restitution que l'amplitude altimétrique maximale de l'appareil de restitution soit dépassée.
De tels modèles doivent donc être restitués par étapes avec différentes échelles de modèles. Dans des cas exceptionnels, on peut même cartographier à une échelle quelconque, ce qui nécessite une conversion à cette échelle des altitudes lues. Lors de la décomposition du modèle, il faut disposer de suffisamment de points de passage dans chaque zone.
Comme il n'est pas rare d'avoir, lors de cartographies forestières à l'aide de vols à basse altitude, des conditions extrêmes, on a procédé, en collaboration avec MM. O. Wey et R. Scholl, de Wild Heerbrugg, à des recherches sur les possibilités de restitution à l'Aviographe B8. Les plus grandes difficultés proviennent de ce que, par suite de différences d'altitude extrêmes dans le modèle entier, il n'est plus possible d'effectuer en une seule fois l'orientation réciproque, d'où il peut arriver qu'une partie seulement de la surface du modèle soit située dans l'amplitude des Z. Dans ce cas, l'orientation relative ne peut être obtenue que par changement de base. Comme l'Aviographe est équipé d'une base spatiale, l'orientation réciproque des clichés n'est pas détruite si celle-ci est agrandie. En se basant sur ce fait, il est possible par exemple, pour corriger v de changer la base jusqu'à ce que l'index de mesure puisse être placé avec le tambour des altitudes´ sur la partie normalement inaccessible du modèle. Il importe dans ce cas de savoir si la pente va dans le sens de la base ou lui est perpendiculaire. Par suite de données régionales, la forêt s'étend en général le long des pentes situées des deux côtés de la vallée. Les lignes de vol sont donc disposées à mi-pente lors de prises de vues aériennes de forêts. Par cette disposition des lignes de vol, un modèle stéréoscopique ne contient qu'un des versants d'une vallée.
L'expérience a montré que, pour l'orientation réciproque, on arrive le plus rapidement au but lorsque les parallaxes fi, après le déversement des clichés, sont éliminées dans la partie supérieure et les parallaxes w dans la partie inférieure du modèle.
TABLEAU 1. - EXIGENCES EN MATIÈRE DE PRÉCISION POUR LE CALCUL DE LA HAUTEUR DES ARBRES (en fonction de la distance focale, de l'altitude de vol et de la dimension minimum des unités d'interprétation)
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Echelle d'image |
1:5 000 |
1:10 000 |
1:15 000 |
1:20 000 |
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Unités forestières interprétables |
Arbres épars |
Groupes d'arbres |
Groupes d'arbres économiques 7,5% |
Peuplements |
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Erreur en % de la détermination altimétrique |
2,5% |
5% |
7,5% |
10% |
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Hauteur maximale des arbres |
40 m |
40 m |
40 m |
40 m |
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Erreur altimétrique |
1 m |
2 m |
3 m |
4 m |
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Pour f = 152 mm |
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Altitude de vol au-dessus du sol (H) |
760 m |
1 520 m |
2 280 m |
3 040 m |
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Erreur altimétrique en ‰ de H |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
1,3 |
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Pour f = 210 mm |
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Altitude de vol au-dessus du sol (H) |
1 050 m |
2 100 m |
3 150 m |
4 200 m |
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Erreur altimétrique en ‰ de H |
0, 95 |
0, 95 |
0, 96 |
0, 95 |
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Pour f = 115 mm |
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Altitude de vol au-dessus du sol (H) |
575 m |
1 150 m |
1 725 m |
2 300 m |
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Erreur altimétrique en ‰ de H |
1, 75 |
1, 75 |
1, 75 |
1, 75 |
On doit enfin considérer le problème si discuté de la restitution affine car il revêt de l'importance en cartographie forestière.
Si l'on utilise, pour la réalisation d'un modèle affine, des clichés originaux non transformés, on n'arrivera qu'à obtenir des approximations, comprises dans un certaine marge d'erreurs. Comme la précision à des fins forestières n'est par très élevée, des approximations suffisent en général aux exigences posées lors de la stéréocartographie.
Le problème de la restitution affine a été traité ces dernières années dans des publications sous différents aspects scientifiques. Il résulte de ces études que la réalisation de restitutions affines se justifie dans certaines conditions. Mentionnons tout particulièrement ici l'importante question de la restitution avec une focale relativement courte (f), qui produit un aplatissement du modèle et peut donc présenter certains avantages lors de la restitution de forêts en montagne. L'emploi de focales longues lors de prises de vues de zones forestières a de l'importance, car une photointerprétation intensive exige une observation aussi verticale que possible dans la masse de la forêt.
FIGURES 4. - Détail de l'aviographe B8
Il s'agit dans le cas présent de recherches sur des clichés pris avec l'Aviotar f/4, (f = 210 mm). Comme cette focale ne peut être utilisée avec l'Aviographe B8, de tels clichés doivent être restitués par la méthode alfine. Du fait de la restitution avec une focale plus courte, le rapport de l'échelle des altitudes à l'échelle des distances change comme la focale de restitution par rapport à la focale de prise de vues. D'après les recherches de R. Finsterwalder (voir Bildmessung und Luftbildwesen, Karlsruhe, Cahier 44, 31e année) les erreurs du modèle progressent géométriquement avec le facteur k. qui est donné par le rapport entre la focale de restitution et la focale de prise de vues. Si l'on calcule d'après ces considérations les erreurs altimétriques et de position produites par les déformations du modèle dues à l'inclinaison des clichés, on obtient, avec une focale de restitution de f = 152 mm et une focale de prise de vues f = 210 mm (c'est-à-dire un facteur k de 0,72) une erreur de position de 0,17 mm pour une inclinaison de 3 degrés et une erreur altimétrique de 0,54 pour mille de la hauteur de vol h pour une différence d'altitude du sol de 20 pour cent de h.
Les erreurs de position ont moins d'importance du point de vue forestier et sont inférieures aux tolérances; les erreurs altimétriques ne dépassent celles-ci que dans les cas extrêmes. Les recherches entreprises à l'Aviographe B8 avec des prises de vues forestières à longue focale ont montré qu'on ne peut formuler aucune objection du point de vue forestier à la restitution affine tant que le rapport k de la focale de restitution à la focale de prise de vues ne dépasse pas la valeur 1,5 et que les clichés n'ont pas une inclinaison supérieure à 5 degrés.
Lors de restitution affine de modèles dont le terrain présente des différences de niveau de 25 pour cent et plus par rapport à l'altitude de vol, il se produit des parallaxes résiduelles qui ne peuvent plus être éliminées lors de l'orientation relative. Dans des conditions orographiques très difficiles des modèles, on a constaté qu'on avait avantage à prendre la moyenne des inclinaisons du terrain et d'orienter et de restituer le modèle par étapes. Lors de la restitution affine de clichés de forêts de montagne, il est impossible, dans des cas extrêmes, d'éviter de telles solutions approchées.
Pour terminer, on peut tenir pour acquis que l'Aviographe se prête à l'interprétation et à la cartographie forestières intensives, tant dans des conditions de prises de vues normales dans les limites de ses possibilités instrumentales, que lorsqu'on emploie les méthodes affines lors de la restitution.
