Brevet FR2655726A1 — publié le 19910614

La présente invention est relative à un procédé et à un dispositif optique aéroporté, permettant la cartographie précise d'éléments, la mesure de la densité des étages supérieurs d'un peuplement forestier (nombre de tiges par unité de surface), I'évaluation de certaines dimensions des éléments constituant ces étages, I'appréciation du couvert de ce peuplement en pourcentage de la surface sol (rapport de la surface totalisée des houppiers à la surface sol observée), ainsi que des mesures d'objets divers situés dans la zone observée. La densité d'un peuplement forestier est un paramètre couramment utilisé en sylviculture puisqu'il permet sa classification selon différents types en fonction de sa richesse. Le pourcentage de couverture du sol par les houppiers est également un élément objectif de classification du peuplement. La connaissance du détail de ces paramètres, par essence, est également recherchée. L'inventaire, systématique (ou pied par pied) ou par échantillonnage, réalisé par unité de gestion (parcelle ou sous-parcelle) donne des caractéristiques dendrométriques du peuplement observé (densité, diamètre des tiges habituellement pris à 1.30 m du sol, etc.). Par contre, I'estimation du pourcentage de couverture est subjective, et résulte de l'appréciation visuelle d'un observateur circulant à pied à l'intérieur de l'unité de gestion. Si l'inventaire par échantillonnage permet d'approcher la répartition spatiale des types de peuplement, il n'en va pas de même de l'inventaire systématique qui est encore couramment employé (il ne donne qu'une image globale de l'unité de gestion). L'inventaire systématique doit être précédé d'une phase de description des peuplements, au cours de laquelle on décide, de manière subjective, de ltopportunité de l'inventaire des unités de gestion. Par crainte de manquer d'objectivité, on est amené à inventorier des unités de gestion qui ne le méritent pas ou, au contraire, par souci d'économie de moyens, à négliger des unités dignes d'intérêt, ce qui peut avoir des conséquences néfastes sur le choix des objectifs. Actuellement, la méthode d'analyse pratiquée ne permet pas de disposer d'informations quantitatives fiables sur les unités de gestion qui sont exclues de l'inventaire pied par pied. L'invention a aussi pour but de définir objectivement les unités de gestion à exclure de l'inventaire systématique, après y avoir collecté un minimum d'infor mations (densité, proportion des essences, pourcentage de couverture). L'application de l'invention permet en outre d'améliorer la qualité et la précision des informations recherchées lors de la cartographie des peuplements. Selon l'invention, un procédé pour mesurer la densité des étages supérieurs d'un peuplement forestier par unité de superficie et pour déterminer le pourcentage de couverture des étages supérieurs de ce peuplement est caractérisé en ce que, à partir d'au moins un point d'observation, on effectue une visée vers la zone à examiner, sous un angle donné, à une hauteur connue au-dessus d'un niveau de référence déterminé à l'avance, on dénombre, par essence, les sujets apparaissant à l'intérieur d'une surface de visée de dimen sions connues, pour autant que le centre du houppier y soit intérieur., placée horizontalement à une distance déterminée de l'oeil de l'observateur embarqué à bord d'un aéronef, puis on multiplie ce nombre par un facteur de calcul permettant de ramener la valeur mesurée à l'unité de surface;; on évalue le diamètre de chaque houppier au moyen d'un quadrillage étalonné, placé dans le champ de visée, parallèlement à la surface de visée ; la somme des surfaces de houppiers divisée par l'aire de la surface sol visée donne le pourcentage de couverture du sol pour les étages supérieurs ; la mesure de tout objet apparaissant au travers du quadrillage s'effectue selon la même procédure que celle utilisée pour évaluer le diamètre des houppiers ; l'observateur note toutes les informations recueillies. Un dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre de ce procédé est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend, d'une part un plateau contenant une surface de visée de dimensions déterminées, en matériau transparent, maintenu par l'observateur et , d'autre part, un quadrillage étalonné que l'on place, solidairement ou non, sur la surface de visée. Selon d'autres caractéristiques avantageuses du dispositif de l'invention: - I'horizontalité est contrôlée à l'aide d'un niveau à bulle, fixé au plateau de visée, dans le champ visuel de l'observateur - la mise à distance de l'oeil de l'observateur de la surface de visée est assurée et garantie, par exemple, par un dispositif d'appui du front solidaire du plateau de visée et réglable - une visière faciale et latérale en matériau translucide fixée à l'avant et sur les côtés du plateau de visée permet de s'affranchir des reflets - dans le cas où le quadrillage est amovible, celui-ci est tracé sur un support transparent et l'observateur dispose d'un jeu de quadrillages étalonnés à des pas différents, chacun lui permettant une précision de mesure différente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre et des dessins annexés sur lesquels - les figures la, lb et lc sont différentes vues de l'ensemble du dispositif, avec appui du front et quadrillage étalonné selon l'invention - les figures 2a, 2b, 2c et 2d décrivent le principe de fonctionnement de l'invention et les angles caractéristiques de l'instrument décrit par les figures la, lb et lc - la figure 3 montre schématiquement une visée sur un houppier de forme sphérique approximative - la figure 4 montre la projection de l'image vue par l'observateur, du houppier, sur la surface de visée - la figure 5 montre schématiquement une visée sur houppier de forme cylindrique ou conique approximative, et l'extension de ce principe à toutes les formes caractéristiques de houppiers mesurables par l'invention - la figure 6a désigne schématiquement les paramètres qui interviennent dans le calcul de correction de pente sur la mesure de densité et la figure 6b présente un abaque de calcul, élément du traitement d'une information recherchée par le procédé et par lequel l'observateur, après avoir calculé la pente du sol observé, entrant en abscisse la densité lue et en ordonnée cette pente évaluée en pourcentage, parvient par lecture directe à la densité par unité de surface - la figure 7 représente un quadrillage étalonné, au pas de 5 et pas de 2.5 en son centre, avec un tracé de segment de droite pour lequel un développement ultérieur sera donné, constituant avec un instrument comme celui de la figure 1, un dispositif pour la mise en oeuvre de l'invention ; ; - la figure 8 représente un abaque, comme la figure 7, élément du traitement d'une information recherchée par le procédé, utilisé pour la correction de lecture lors de mesures de dimensions à partir de l'angle de visée et de la pente de l'objet mesuré, par rapport à l'horizontale terrestre. L'instrument représenté sur la figure 1 est formé par un plateau 4, en matériau transparent, sur le pourtour duquel ont été fixées quatre plaques rectangulaires 3, de même matériau mais de couleur foncée, dont les longueurs correspondent à chacun des côtés du plateau 4 et les largeurs déterminées de telle sorte qu'un quadrilatère de côté correspondant à la valeur du côté de l'élément 7 y soit ménagé et que l'on puisse regarder distinctement au travers Sur le périmètre du quadrilatère et sur l'axe de symétrie, comme indiqué sur la figure la, un appui front réglable 1 est fixé au plateau 4 de telle sorte que la longueur L, séparant l'oeil de l'observateur du centre de la surface de visée, se projette sur le plan du plateau 4 sous un angle t .A l'opposé du point de fixation de l'appui front 1 et sur le même axe de symétrie, un niveau à bulle 2 est inséré dans un trou de diamètre égal au sien et percé dans le plateau 4 et la bordure 3 afin de permettre à l'observateur de conserver l'hori- zontalité du viseur selon deux axes durant le travail de visée. Des visières 5 et 6 sont assemblées au plateau 4 afin d'éviter des reflets néfastes sur la surface de visée. Le quadrillage 7, autre élément du dispositif de l'invention, tracé sur un support transparent souple, se dispose dans le quadrilatère délimité par les bordures 3 et permet ainsi la délimitation précise et le positionnement de la surface de visée dans le dispositif.Les valeurs portées sur les côtés c de la surface de visée sont des graduations en mètres dont l'échelle dépend d'un rapport qui sera analysé plus loin, de même que l'indication de sinus b. Au centre de la surface de visée un quadrillage plus serré, car de pas plus petit que qu sur le reste de la surface de visée, permet à l'observateur s'il le désire d'affiner une mesure. La surface de visée peut être de toute autre forme. Un jeu de quadrillages de pas différents est prévu avec le dispositif. Pendant le transport, le démontage de l'appui front s'effectue aisément et permet d'éviter toute déformation intempestive de cette pièce de référence. Pour la mise en oeuvre du procédé, après élaboration d'un plan dé travail comportant les trajectoires à suivre par l'aéronef ainsi que les lieux au-dessus desquels une visée est à effectuer, l'observateur dirige l'aéronef vers le premier point d'observation selon une direction orthogonale à l'orientation du versant à observer, après calage de l'altimètre à lazzi par rapport à la cime des houppiers à observer de telle sorte que, le dispositif de visée maintenu entre ses mains par les bords latéraux, L'appui 1 au contact de son front, la bulle du niveau 2 centrée, le secteur de forêt à analyser apparaisse au travers de la surface de visée centrée sur le repère choisi lors du calage altimétrique. Sur ses indications, le pilote immobilise l'aéronef à la verticale d'un point, appelé point d'observation, permettant la visée du peuplement sous un angle t et à une hauteur H précise de la surface de visée par rapport au niveau de référence choisi comme sur la figure 2. Durant l'opération de visée comportant le relevé de densité et l'évaluation du diamètre de houppiers, le centre de la surface de visée doit être maintenu sur un repère et un seul vu sous l'angle + qui est un houppier, afin qu'aucun glissement de la surface de visée ne se produise par rapport à ltétendue de forêt sélectionnée et que la surface observée soit unique.Selon l'invention, les paramètres précédemment définis, L, H et t sur la figure 2 permettent d'établir la relation liant c, côté de la surface de visée, à A, côté de la surface de forêt observée, comme suit, A = c HL+ L sint L sin + à partir de la règle de proportionnalité liant les côtés de triangles semblables, figure 2:: V L Lh U c R1 + V = R + L = R2 + U A W Dans le cas de visée sur une pente, figure 6a, la surface interceptée a la forme d'un trapèze isocèle, vue selon une direction de visée orthogonale à la direction du versant, la surface de visée placée à une hauteur H comme définie précédemment, et la relation devient pour la grande base du trapèze et pour la petite base i et î étant respectivement les angles be visée avant - arrière. La hauteur du trapeze en projection horizontale est comme suit On notera que si la demi droite R + L est prise comme bissectrice de l'angle dont le sommet est l'oeil de l'observateur, le principe de calcul reste le même et ce quelle que soit la forme de la surface visée.Par contre, après essai, il s'avère plus délicat de maintenir la surface de visée fixe par rapport à un repère excentré. L'observateur compte ainsi le nombre de houppiers composant les étages supérieurs du peuplement visé et le note, ou en effectuer, par la parole, I'enregistrement sur bande magnétique, pour autant que le centre du houppier soit intérieur à la surface de visée. La dimension caractéristique d'un houppier, dans le cas étudié de la recherche de la surface au sol qu'il couvre, est son diamètre. Les houppiers généralement rencontrés sont de forme sphérique, conique ou cylindrique approximative. L'observation d'un houppier de forme sphérique, figure 3 et 4, s'effectue dans l'axe de visée selon une ellipse, d'axe focal g parallèle à la direction de visée, et d'axe non focal 1 = d en imaginant une observation verticale ou en considérant la dimension du houppier perpendiculaire à la direction de visée; dans les trois hypothèses d'observation la dimension observée est A', très peu différente de D, diamètre du houppier, puisque A' = D. sin b et l'angle b, selon la construction du dispositif mis en oeuvre par l'invention, est compris entre oS +9 et 11 et sa tangente égale à: 2 2 tg b = 2(R + L) A' H R sin H, hauteur à laquelle s'effectue la visée est de valeur supérieure à 100 mètres du fait de critères de sécurité d'une part, et pour bénéficier d'une bonne vue d'ensemble du peuplement d'autre part, soit 10 à 20 fois la valeur que peut avoir A' ; L possède une valeur ergonormique de l'ordre de 0.50 mètre. Aussi, sin b étant toujours voisin de 1, l'approximation A' = D est permise et la, relation liant d à D est identique pour les trois sortes de houppiers déjà définies, figure 5, puisque D quantifie la dimension requise pour le calcul de la couverture du sol par un houppier. La mesure variera sur la diagonale de la surface visée, après correction de L'incidence de cette correction sur la mesure d'un houppier est de l'ordre de 1.1 %. L'utilisation d'une moyenne de diamètre de houppier minore l'erreur de lecture engendrée et la finalité étant de parvenir à un pourcentage de couverture du sol G, la répercussion analysée plus loin s'avère négligeable. pour p = 1.5 et i et j maximaux, d = 0.0352 m, ; Au cours de cet inventaire, I'observateur note les mensurations des houppiers les plus représentatifs du peuplement ou bien les enregistre par la parole sur bande magnétique. L'observation s'achève par l'évaluation de la pente au sol, ou non, à partir des données topographiques. La densité à l'unité de surface en projection horizontale s'effectue par lecture directe de l'abaque figure 6b dans lequel la correction de pente p et le facteur de calcul f interviennent unité de surface en projection horizontale f = (A1 + A2) 1 2 la densité d = densité relevée x f, et le pourcentage de couverture du sol G % d.ED,D2 moyen 100 4 unité de surface en projection horizontale unlt l'incertitude sur G X maximale, pour unité de surface = 104m2 sera de 1 % = d . 2D . 10 D 4 104 = d. # . 0,1 = 0,16 d % 2 avec D = 10 m Pour la mise en oeuvre du procédé d1 évaluation de distance rectiligne entre deux points ou de mensuration rectiligne d'objets observés au travers de la surface de visée du dispositif mis en oeuvre par l'invention, l'observateur procède comme lors de l'évaluation de densité d'un peuplement, la direction de visée parallèle à l'orientation de l'objet ou de la longueur à évaluer, la surface de visée à une hauteur H au-dessus du point le moins élevé de l'objet ou des deux points considérés et en l'observant dans la surface de visée.La lecture de la mesure s'effectue directement sur l'échelle graduée indiquée figure 7, puis en respectant les positions respectives qu'occupent les points ou les extrémités de l'objet à mesurer sur le quadrillage, il reporte sur l'échelle graduée de l'abaque figure 8, cette longueur, et des extrémités du segment obtenu sur cette échelle, il suffit de remonter, en respect avec l'inclinaison des lignes de visée, et d'intercepter la demi droite relative à la pente du sol, relevée sur le plan ou la carte, sur lequel se situe l'objet à mesurer ; il suffit alors de reporter la distance lue sur l'échelle graduée de l'abaque pour connaître la mensuration recherchée, géométriquement égale à figure Ga AB = ALBL - Zt/tg î cos o( Le procédé selon l'invention qui vient d'être décrit permet le calcul du pourcentage de couverture sol et donne à l'utilisateur un paramètre précieux dans l'analyse d'un peuplement et de sa pérennité, qu'il ne possédait pas auparavant ou de façon très imprécise, vu la difficulté d'observer l'allure aérienne d'un peuplement à partir du sol. En plus de ce ratio, il connait désormais la répartition en surface des sujets, de façon plus objective ainsi que la densité du peuplement ou nombre de sujets à l'unité de surface en projection horizontale, avec plus de précision que la méthode utilisée actuellement. Comme pour l'évaluation de la densité d'un peuplement, le procédé mis en oeuvre par l'invention permet aussi une surveillance de plantations ou bien leur analyse, par l'évaluation de la densité de plants crevés et leur répartition sur une unité de gestion. Le procédé mis en oeuvre par l'invention permet à l'utilisateur de collecter des informations sur des unités de peuplement qui ne lui semblaient pas dignes d'intérêt auparavant, donc de parfaire son jugement avant de choisir les objectifs d'aménagement. Le procédé selon l'invention permet aussi de quantifier les dégâts de toutes sortes et d'en reproduire une cartographie fidèle, ainsi que toute application liée à la mesure de distances ou d'objets visibles : largeur d'une route, hauteur d'une tour, estimation de la hauteur de l'aéronef à partir de la connaissance de la dimension d'un objet etc. La méthode d'investigation utilisée actuellement nécessite l'emploi d'un nombre relativement important de personnes pour collecter les informations sur le terrain, avec ce que cela comporte de subjectivité, vu que chacun juge selon lui-même. Selon le procédé de l'invention, la même personne juge, plus objectivement et plus rapidement, chaque secteur observé et collecte ainsi, avec une qualité supérieure, les informations avec l'assurance de connaître la forêt à aménager dans sa globailité et non plus selon des sondages ou des échantillonnages, parfois aléatoires. L'invention peut s'appliquer à d'autres formes d'observations dans d'au tres domaines d'activités que la foresterie dès l'instant que l'application fait appel au procédé et au dispositif mis en oeuvre, sans pour autant sortir de son cadre. REVENDICATIONS 1 - Procédé d'évaluation de densité de sujets à l'unité de surface en projection horizontale et du pourcentage de couverture du sol, de mesure de dimensions entre deux points ou de mensurations d'un objet, caractérisé en ce qu'on effectue une visée pour relever des informations que l'on traite à l'aide d'abaques de calcul dans lesquels interviennent, si besoin, un facteur de calcul, et une correction de pente du terrain observé. 20 - Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un plateau de visée en matériau transparent 4 contenant en son centre une surface permettant l'apposition ou la fixation d'un quadrillage 7 délimitant la surface de visée, protégée contre les reflets par une visière faciale et latérale en matériau translucide 6 solidaire, un appui front 1 réglable et démontable fixé à l'avant du plateau de visée et déterminant la longueur L séparant l'oeil de l'observateur de la surface de visée et l'angle caractéristique f, , un niveau à bulle 2 permettant le contrôle de l'horizontalité de la surface de visée. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le plateau de visée 4 doit être maintenu, par l'observateur ou bien assujetti à la structure de l'aéronef, dans l'espace selon une position horizontale, et immobile par rapport au sol, durant la visée. 40 - Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le quadrillage est étalonné à des pas différents, permettant une précision de mesure différente, ou l'observation à des hauteurs ou sous des angles différents. 50 - Dispositif selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé en ce que l'oeil de l'observateur peut être remplacé par un moyen photographique ou cinématographique permettant d'enregistrer une ou des images de la surface survolée, avec connaissance précise de la superficie visée.