ORFEO - 16 mars 2009 - PARIS
Vers une caractérisation géomorphologiquedu lit mineur de cours d’eau par images satellite T RHS :
cas de la Durance
D. Feurer, J.S. Bailly, C. Puech , Y. Le-Coarer, S. Reyes-Castillo, J. Damis, C. Delenne
GT5, Hydrologie
ORFEO - 16 mars 2009 - PARIS
Gestion de l’eau : conflits d’usages, de plus en plus forts
Directive cadre européenne sur l’eau :Ajoute aux besoins pour l’hydroéléctricité, l’agriculture et les usages récréatifs la protection des ecosystèmes (biologie, hydromorphologie)
Approche : mesure des paramètres physiques
Thématiques principales :
-Hydraulique (eau et transport solide)-Hydromorphologie-Hydroécologie (habitat-poisson)
Les campagnes de terrain sont chères et donc limité es à de petits linéairesApport de la télédétection pour caractériser l’ensemble de la rivière?
Contexte
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0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 50 100 150 200 250
Taile pixel (cm)
R²
R²_radiers_t30
R²_mouilles_t30
Les modèles sont de meilleure qualité pour des
tailles de pixel > 1m :lissage des effets locaux : vagues, ombres,
algues... [Carbonneau et al., 2005]
+ différences radiométriques entre images
Intérêt de l’imagerie
satellite THRS
Points d’apprentissage
Résultats précédents (Chaponnière, 2003)
Imagerie aérienne à très haute résolution (quelques centimètres)
Contexte :
Régressions couleur/profondeur
Approche :
Désagrégation du pixel, tailles allant de 2 centimètres à 3 mètres
Résultat
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Variables d’intérêt :-Profondeur (Z)
mais aussi :-Géométrie du lit (XY) : limites-Unités hydromorphologiques: “radiers”, “mouillles” …
Critères d’intérêt :-Moins bonne précision que les campagnes terrain
mais :-Reproductibilité, homogénéïté spatiale,-Rapidité / couverture spatiale,-Appui/complément aux mesures de terrain ?
Caractériser les unités hydromorphologiques des rivièrespeu profondes (< 2m) par imagerie satellite multispect rale THRS
Objectif de l’étude ORFEO
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• 45 km de la Durance – lit à fond de graviers
• Débit constant : 7 m3/s, centrales hydroéléctriques
• Crues morphogènes ~tous les 2-3 ans :déplacement et changement complet du lit mineur
20051990
Site d’étude
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Données utilisées
• Données terrain :– Unité hydromorphologiques sur les 45 km, 2005– 4000 points avec hauteur/vitesse sur une station
d’intérêt de 2 kilomètres de long, juillet 2006
• Données satellite :– 3 images Quickbird RVB+PIR, juin 2006
Multispectral : 4 bandes à 2,4mFusion P+XS : 4 bandes à 60cm
• Conditions d’expérimentationprofondeur de Secchi ~0.6m
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[Wasson, 2005]
riffle
riffle
riffle
riffle
poolpool
pool
Méthode – test en parallèle MS/P+XS
• Succession de traitements simples, appliqués aux images multispectrales et à la fusion P+XS:
– Délimitation du lit mineur– Extraction de l’axe des chenaux– Calcul des paramètres physiques
• largeur => coefficient de convergence• profondeur
– Classification en unités hydromorphologiquesen fonction de la profondeur, largeur, coefficient de convergence
MSP+XS
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Étape 1: Délimitation du lit mineur
• Traitements spectraux et spatiaux :– Définition d’une zone d’intérêt (en particulier pour éviter les confusions avec
les route– Seuillage d’histogramme sur le PIR, NDVI, NDWI
(adaptation de Carbonneau, 2006)– Seuillage sur la taille des objets
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m
Étape 2: Extraction de l’axe des chenaux
• Calcul à partir des lignes de rives• Basé sur la « squelletisation » des bordures
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m
Étape 3 : Calcul des paramètres physiques 1/2
3a : estimation de la largeur et de coefficient de convergence par calculs raster :
– distance euclidienne à l’axe du chenal– gradient longitudinal de la valeur de largeur déterminée– allocation euclidienne de la largeur et du gradient en chaque point de la rivière
largeur
convergence
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3b : estimation de la profondeur par modèles physiques (loi de Beer-Lambert) ρρρρ = ρρρρf - (ρρρρf - ρρρρ∞∞∞∞) . (1 -.e-2KZ)
– Utilisation de données terrain pour le calage
– Relations plus stables avec des ratios
Reflectance
ρρρρ
profondeur
ρ∞ρ∞ρ∞ρ∞
ρ∞ρ∞ρ∞ρ∞Turbidité croissante
Meilleure corrélation avec log (vert/rouge) [Leigleiter, 2005]
Extrapolation du modèle obtenu à l’ensemble des images
Étape 3 : Calcul des paramètres physiques 2/2
z
Fond
réfraction
atténuation
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• Variables• Profondeur
• Largeur
• Convergence
• Algorithmes• Calcul de clusters
Comparaison avec données 2005 : zones stables + mouvements des radiers
Étape 4 : Classification en unités hydromorphologiq ues
m
profondeur largeur convergence
radiers
mouilles
2005
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Présentation travaux complémentaires
Extrait présentation soutenance de thèse :Géomètrie 3D des lits de rivière par stéréophotogrammétrie
à travers l’eau
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Conclusions et perspectives
• Valorisation des travaux :– Mémoires d’étudiants :
• Reyes-Castillo S., 2007, Segmentation morphologique de rivière par imagerie satellite THRS, master of Ecology, Montpellier university
• Damis J., 2007, “Bathymétrie à partir d’images de télédétection sur rivière : Application à la Durance”,PolytechMaster STE, Montpellier university
– Intégration à la communauté « Remote sensing of rivers » à la conférence internationale European Geophysical Union
• Morphologic segmentation of rivers from satellite high spatial resolution multi-spectral images, Bailly, J.S.; Puech, C. ; Le Coarer, Y. ; Reyes-Castillo S.,EGU, “Rivers and Remote sensing” session, Vienna, 2008
• Performances comparison of bathymetry on rivers from various visible high resolution images, Damis, J.; Delenne, C.; Bailly, J.S.; Puech, C., EGU, “Rivers and Remote sensing” session, Vienna, 2008
• Rédaction d’article pour numéro spécial dans Earth Pr ocesses andLandforms
– Morphologic segmentation of rivers from satellite high spatial resolution multi-spectral images,Feurer, D., Bailly, J.S.; Puech, C. ; Le Coarer, Y., Viau, A.
• Résultats des travaux menés de front– THRS spatiale dans le cadre d’ORFEO / THRS aérienne : couleur/profondeur, stéréophotogrammétrie⇒ Complémentarité forte⇒ Intérêt du satellitaire pour optimiser et rationaliser les prises d’informations localisées (terrain,
télédétection aérienne)
• Perspectives– Rebouclage avec les utilisateurs finaux : ce que les informations tirées des images peuvent apporter
aux méthodes de caractérisation actuelles– Traitements sur des images à différentes dates : suivi de la dynamique
⇒ Assimilation des données dans les modèles hydrauliques, hydromorphologiques
– Nécessité de disposer d’acquisitions de terrain - coordonner les acquisitions terrain/image