Bibliographie & annexes
Présentation
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RÉSUMÉ
Cet article présente les applications aux surfaces des mesures par télédétection par laser (LIDAR): altimétrie laser et LIDAR topographique (sol et bâti), LIDAR canopée (végétation et forêts) et LIDAR bathymétrique (milieux aquatiques). Il expose les méthodologies et la physique de la mesure pour chacune des applications : cibles dures, cibles foliaires, milieux aquatiques.
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Pierre H. FLAMANT : Doctorat d'État en Physique, Université Pierre & Marie Curie - Directeur de Recherche au CNRS
INTRODUCTION
Le lidar est une méthode de télédétection laser qui est utilisée en recherche et dans l'industrie pour caractériser les surfaces et l'atmosphère. L'abréviation « lidar » signifie : « LIght Detection And Ranging » sur le modèle de : radar, sodar ou sonar. Ce terme peut s‘appliquer indifféremment à un grand nombre d'instruments, de techniques et d'applications. Dans les faits, le lidar recouvre deux grands domaines d'activités et des communautés distinctes quant à leurs manières de traiter les problèmes. La communauté « atmosphère » est plutôt formée de groupes de recherche, chacun développant ses instruments et ses algorithmes de traitement du signal et d'analyse des données [E4310, E4311], tandis que la communauté « surface » se structure en utilisateurs institutionnels ou privés qui font appel à des sociétés de service équipées de lidars industriels et de logiciels standardisés.
Le présent article traite des lidars géophysiques, ou géolidars, pour les surfaces terrestres et l'exploration planétaire. Il présente la physique de la mesure, les méthodes, l'instrumentation et les applications. En tout premier lieu, le lidar utilise le temps de vol de la lumière pour connaître la distance aux cibles diffusantes. La mesure de distance à elle seule est d'une très grande importance pour les levées topographiques, la bathymétrie des milieux aquatiques et la géodésie. De plus, la mesure de l'intensité diffusée, de la dépolarisation de la lumière reçue et du spectre diffusé sert à caractériser les cibles.
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Lidar topographique
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1. Mesures lidar sur les surfaces
1.1 Domaines d'applications
Les grands domaines d'applications sont présentés sur la 1 : lithosphère (terre solide, sols), anthroposphère (zones construites et urbanisées), biosphère (végétation, forêts, agriculture) et hydrosphère (milieux aquatiques). L'avion qui emporte le lidar est équipé d'un système de positionnement au sol (GPS) précis et d'un système de navigation inertielle (INS) pour connaître l'attitude de l'avion. L'avion est en relation avec la station GPS de référence au sol et la constellation satellite GPS. La direction de visée du lidar est variable. La topographie utilise des lasers émettant plutôt à 1064 nm, alors que la bathymétrie utilise des lasers émettant à 532 nm pour sonder les masses d'eau dans la profondeur. En bathymétrie, il faut prendre en compte la réfraction à l'interface air-eau (non représentée à l'échelle utilisée sur la 1).
L'altimétrie laser est utilisée pour les levées topographiques en trois dimensions des surfaces naturelles ou construites. C'est le principal domaine d'application en termes d'activité et de marché économique.
Les applications topographiques reposent sur une altimétrie laser précise et une connaissance tout aussi précise de la position du lidar et de sa direction de visée. Dans la grande majorité des cas, les lidars topographiques sont aéroportés et ils peuvent couvrir en peu de temps des zones géographiques étendues. Des lidars au sol ou à bord de camionnettes sont aussi utilisés pour la cartographie de bâtiments. Les lidars topographiques aéroportés servent à établir des modèles numériques de surface (MNS) qui s'appliquent aux sols nus, et des modèles numériques de terrain, avec : bâtiments, rues, routes, digues, couloirs pour lignes électriques à haute tension, etc. Certains de ces lidars sont aussi utilisés pour les prospections géologiques, sismiques et archéologiques. Un historique [1] montre qu'en 1996 il n'existait qu'un seul fabricant de lidar altimétrique et quelques sociétés de services pour les applications topographiques, alors qu'en 1999 il existait déjà plusieurs fabricants et plus de 40 sociétés de services. Aujourd'hui, en 2010, toutes ces applications sont présentées et discutées dans un forum bisannuel ( http://www.lidarmap.org).
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Mesures lidar sur les surfaces
BIBLIOGRAPHIE
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(1) - BALTSAVIAS (E.) - Airborne laser scanning : existing systems and firms and other resources - I. SPRS J of Photogrammetry & remote Sensing, 54, 164 – 198 (1999).
-
(2) - WESTBERRY (T.), DALL'OLMO (G.), BOSS(E.), BEHRENFELD (M.), MOUTIN (T.) - Coherence of particulate beam attenuation and backscattering coefficients in diverse open ocean environments - . Optics Express, 18, 15419 – 15425 (2010).
-
(3) - EVANS (J.), HUDAK (A.), FAUX (R.), Smith (A.) - Discrete return lidar in natural resources : recommendations for project planning, data processing, and deliverables - . Remote Sens., 1, 776 – 794 (2009).
-
(4) - GARVIN (J.), BUFTON (J.), BLAIR (J.), HARDING (D.), LUTHCKE (S.), FRAWLEY (J.), ROWLANDS (D.) - Observations of the Earth's topography from the Shuttle Laser Altimeter (SLA) : Laser-pulse echo-recovery measurements of terrestrial surfaces - . Phys. Chem. Earth, 23, 1053 – 1068 (1998).
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(5) - GUENTHER (G.), CUNNINGHAM (A.), LAROCQUE (P.), REID (D.) - Meeting the accuracy challenge in airborne lidar bathymetry - . Proceedings of EARSel-SIG-Workshop...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Lidars atmosphériques et météorologiques. Principes fondamentaux
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Lidars atmosphériques et météorologiques. Méthodes et applications
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Lidars sous-marins
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Conception de systèmes optroniques
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