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Le projet national "Observation de la Terre pour le développement durable des forêts" :

Résultats de recherche et applications au Québec

André Beaudoin

Les colloques du SCF-CFL 12 octobre 2006

VERSION PRÉLIMINAIRE

PLAN

1. Introduction

2. Le projet national OTDD

3. Méthodes et résultats au Québec

4. Conclusions

1. INTRODUCTION : Besoins nationaux

• Besoins grandissants en information sur les couverts forestiers

• SCF :– Inventaire Forestier National

– Comptabilisation du carbone forestier

– Engagements nationaux et internationaux

– Indicateurs d’aménagement forestier durable

– Audits internationaux (GFW, etc)

• Clients et partenaires divers: provincial, fédéral, universitaire, industriel…

• Grand public

1. INTRODUCTION : Besoins nordiques

• Connaissances et inventaires des forêts nordiques non-inventoriées

• Aide à l’aménagement à la limite attribuable de la forêt

• Calcul du bilan de carbone forestier et évolution du couvert vs changements climatiques

1. INTRODUCTION :Apport de l’imagerie satellitaire

• Imagerie satellitaire : ‘’photos’’ répétitives acquises sur de grands territoires

• Matrice de pixels + couleur(réflectances spectrales) :– visible– infra-rouge– micro-ondes

• Couverture géographique vs résolution spatiale : 1000 m 30 m 0,6 m

MIRMIR

PIRRouge

VertBleu

2. PROJET OTDD : en résumé

• Projet : Observation de la Terre pour le développementdurable des forêts (OTDD) du SCF

• But : système de surveillance des forêts du Canada partélédétection (Landsat)

• Objectifs : types de couvert, biomasse, changements; 1990-2000-2008-2012 :

• Partenaires :Agence spatiale canadienne; ministères fédérauxet provinciaux, universités

• Statut: Phase 1 (01-06) : production, R&DPhase 2 (06-07) : démonstration

PROCÉDURES AUTOMATISÉES

2. PROJET OTDD : Composantes, phase 1 (01-06)

COUVERTURE TERRESTRE

2000BIOMASSE

2000

CHANGEMENT DU COUVERT

production

Développement

PROCÉDURES AUTOMATISÉES

2. PROJET OTDD : Composantes OTDD, phase 2 (06-07)


2008BIOMASSE

2000

Démonstration

Mise à jour 2000-»2008Mise à jour

2000-»2008

CHANGEMENTDU COUVERT

2000-2008


2000

2. PROJET OTDD : Mandats du SCF-CFL

• Couverture terrestre : – Production pour le Québec

• Biomasse : – Développement/test de méthodes de cartographie pour

les zones inventoriées et non-inventoriées

• Changements : – Développement/test d’une méthode nationale pour la

détection et la cartographie des changements

2. PROJET OTDD : équipe du SCF-CFL

• Gestionnaire au Québec : André Beaudoin

• Équipe de production : Stephen Côté, Guy Simard, (couverture terrestre) Jonathan Boudreau, Philippe Villemaire,

Luc Guindon, Jean Beaubien

• Équipe de R&D : Luc Guindon, André Beaudoin,(biomasse, changements) Philippe Villemaire, Stephen Côté

• Partenaires SCF: – SCF-PFC (gestion nationale)– SCF-PFC, AFC, NoFC (M. Wulder, R. Hall,

J. Luther, D. Leckie, D. Goodenough)– Ecoleap (P. Bernier, H. Ung)

3. Méthodes et résultats au Québec

3.1 Cartographie de la couverture terrestre

3.2 Cartographie de la biomasse

3.3 Cartographie des changements

3.1 Couverture terrestre: images satellitaires

Ortho-images Landsat-7 ETM +(consortium RNCan/CITS) :

– Canada: + de 475– Québec: 95 dont 35 remplacées

• Classification d’image accentuée par généralisation progressive (Jean Beaubien, SCF-CFL)

1. Rehaussement d’un composécoloré Landsat-7

2. Image décimée

3. Classification non-superviséeskmeans (150 classes)

4. Réduction du nombre de classes à l’aide de filtres(~70 classes)

• Classification d’image accentuée par généralisation progressive (Jean Beaubien, SCF-CFL)

1. Rehaussement d’un composécoloré Landsat-7

2. Image décimée

3. Classification non-superviséeskmeans (150 classes)

4. Réduction du nombre de classes à l’aide de filtres(~70 classes)

3.1 Couverture terrestre : méthode (1)

5. Interprétation thématique en 48 classes par un analyste-expert

6. Agrégation en 22 classesde l’OTDD (normes de l’IFN)

3.1 Couverture terrestre : méthode (2)

48 classes

OTDD - 22 classes

• Production décentralisée par région • 95 % complété• Livraison fin octobre 2006

3.1 Couverture terrestre :statut de production

3.1 Couverture terrestre : Statut au Québec

www.saforah.org

3.1 Couverture terrestre :produit (1)


• Livraison par feuillet selon SNRC 1:250,000

• 122 feuillets numériques + métadonnées

• fin octobre 2006

• Livraison par feuillet selon SNRC 1:250,000

• 122 feuillets numériques + métadonnées

• fin octobre 2006


17/252001/08/24

17/262001/08/24

16/252002/08/28

16/262001/08/25

• Geotiff + palette couleurs

• Geotiff + palette couleurs

• Shapefile

• Métadonnées

• Shapefile

• Métadonnées

3.1 Couverture terrestre :comparaison et validation (1)

3.1 Couverture terrestre : comparaison et validation (2)

• Validation image à image par2 analystes-experts (relevés terrain, photos)

• Protocole national de validation

• Évaluation de la précision sur une grande région (A-T) : – 3000 photos aériennes

numériques de référence– Estimation de :

• Précision globale (cible: 80%)• Erreurs d’omission• Erreurs de commission

• Validation image à image par2 analystes-experts (relevés terrain, photos)

• Protocole national de validation

• Évaluation de la précision sur une grande région (A-T) : – 3000 photos aériennes

numériques de référence– Estimation de :

• Précision globale (cible: 80%)• Erreurs d’omission• Erreurs de commission

3.1 Couverture terrestre :utilisations

• Sondage envoyés à une vingtaine d’utilisateurs et compilation:

– Organisme/responsable– Utilisation – Résultats obtenus ou attendus – Forces – Limites– Impacts

• Quelques exemples…

État de la forêt

• Rapport sur l’état de la forêt en Abitibi-TémiscamingueChaire industrielle en aménagement forestier durable CRNSG/UQAT/UQAM / Prof. Osvaldo VALERIA, UQAT

• 4 indicateurs d’état de la forêt: % forêt productive - type - stades -densité• Évolution des indicateurs 1986-1995-2000-2005

Mrc_Val-d'Or 1986 1995 2000

Nom % MRC % MRC % MRCForêt productive 79.17 76.81 69.62Non-Forêt 8.25 10.22 18.22Eau 11.82 11.16 11.37

Cartographie des terres humides

• Comparaison/intégration OTDD à la cartographie ICTH du Canada Environnement Canada, Service canadien de la faune, région du Québec / Marcelle GRENIER

• Occupation du sol des unités écologiques du CERQ et des aires protégées MDDEP, Direction du patrimoine écologique et des parcs / Dr. Tingxian LI

Caractérisation écologique

Énergie éolienne et hydro-électrique

• Développement d’un système de caractérisation et prévision de la production éolienne

• Modélisation de la dynamique d’écoulement des bassins hydriques Institut de recherche d’Hydro-Québec / Alain Forcione

Estimation des stocks de carbone (1)

• Estimation des stocks de carbone du Québec par lidar NASA –GSFC / Dr Ross Nelson (coll. SCF-CFL et U. Laval)

Biomasse = f (Hauteur lidar) par strate type de couvert (C,F,M)

Estimation des stocks de carbone (2)

• Utilisations ministérielles:

– RNCAN/CIT, coll. MRNFQ/DGIG : TOPOLAN7 (projet-pilote)

– Environnement Canada, Service canadien de la faune, Québec : caractérisation des habitats fauniques

– MRNFQ/DIF : nouvelle cartographie éco-forestière au nord du 53ième

– MRNFQ/DCF : Planification des mesures d’urgence, Nord du Québec

• Industrie:

– Groupe Alta - Géomatique EMCO : Cartographie végétale de base pour divers clients

• Utilisations ministérielles:

– RNCAN/CIT, coll. MRNFQ/DGIG : TOPOLAN7 (projet-pilote)

– Environnement Canada, Service canadien de la faune, Québec : caractérisation des habitats fauniques

– MRNFQ/DIF : nouvelle cartographie éco-forestière au nord du 53ième

– MRNFQ/DCF : Planification des mesures d’urgence, Nord du Québec

• Industrie:

– Groupe Alta - Géomatique EMCO : Cartographie végétale de base pour divers clients

3.1 Couverture terrestre : Autres utilisations


• Universitaires:

– Centre d’Études Nordiques, Université Laval : détermination de sites dendrochronologiques dans les forêts anciennes du nord

– Université de Toronto : Étude de bassins-versants et modélisation hydrologique

– Centre d’Études Nordiques, Université du Québec à Rimouski : Étude entomologique dans les zones brûlées du nord du Québecpour l’optimisation de la récolte et de la biodiversité

• Universitaires:

– Centre d’Études Nordiques, Université Laval : détermination de sites dendrochronologiques dans les forêts anciennes du nord

– Université de Toronto : Étude de bassins-versants et modélisation hydrologique

– Centre d’Études Nordiques, Université du Québec à Rimouski : Étude entomologique dans les zones brûlées du nord du Québecpour l’optimisation de la récolte et de la biodiversité



3.1 Couverture terrestre : Forces et limites

• Forces:– Gratuité– Format matriciel facile d’usage – Résolution fine de 30 m – Couverture globale du Québec– Méthode constante– Précision la meilleure possible

• Limites pour certaines applications : – Classes pas assez détaillées– Précision de certaines classes insuffisantes– Résolution de 30 m – Format matriciel au lieu de vectoriel

3.1 Couverture terrestre : Impact

• Impact: – Réduction des coûts dans des projets de grande ampleur– Applicabilité de modèles variés pour tout le Québec – Synergie et valeur ajoutée en combinaison avec d’autres

données géospatiales

A RETENIR : 1ère couverture terrestre complète détaillée et gratuite

du Québec et du Canada forestier par imagerie satellitaire

Bon outil de caractérisation et de stratification régionale ou provinciale du territoire forestier québécois

3.2 Biomasse : méthodes et statut

• Méthode de base : couverture terrestre OTDD + table de conversion biomasse (coll. IFN)

• Méthodes améliorées :– Régions inventoriées : 5 méthodes développées et/ou testées

sur 5 régions pilotes – Régions non-inventoriées: nouvelle méthode intégrant

l’imagerie à moyenne et haute résolution (SCF-FL)

• Phase 1 (01-06): ensemble de méthodes développées, testées et publiées

• Phase 2 (06-07) : démonstration de l’opérationnalité des meilleures méthodes sur de plus vastes territoires (06-07)

• couverture terrestre + table de conversion biomasse (coll. IFN)

3.1 Biomasse : résultat, méthode de base

(résultat préliminaire)

• Régions-pilotes au Canada

3.2 Biomasse : régions pilotes (1)

Classification basée sur AVHRR, Jean Beaubien Source: CCT

3.2 Biomasse : région-pilote, Radisson

• Pessières noires à mousse et lichen,densité 10-70%

•Tourbières ombrotrophes

• Perturbations feux

• non-inventorié

Réservoir Robert-Bourassa

Réservoir Robert-Bourassa

Image Landsat

Image Quickbird

3.2 Biomasse : Méthodes région non-inventoriée

LOCAL

PLACETTE

RÉGIONAL

QuickBird (0,6m)

Landsat (30m)

Biomasse de l’arbreARBRE

Biomasse de la placette

Résolution : 30 m

Résolution : 30 m

3.2 Biomasse : estimation locale

(M.Sc Antoine Leboeuf, coll. U. Sherbrooke – SCF)

Image QuickBird 0,6mImage QuickBird 0,6m Image binaire d’ombre à 0,6 m+ fraction d’ombre dans placettes

Image binaire d’ombre à 0,6 m+ fraction d’ombre dans placettes

3.2 Biomasse : Résultats

QuickBird (0,6m)

Landsat (30m)

0

40

80

120

160

200

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80

Fraction d'ombre des arbres

Bio

mas

se p

lace

tte

(t/h

a)

(M.Sc A. Leboeuf, coll. U. Sherbrooke – SCF)

Équation de régression globale BIO = f(FO)

R2 = 0,78

1:1

0

20

40

60

80

100

120

140

0 20 40 60 80 100 120 140Biomasse placettes (t/ha)

Bio

mas

se e

stim

ée (t

/ha)

BIOknn BIOQB

SITE Nb placettes

RMSE (t/ha)

Biais (t/ha)

RMSE (t/ha)

Biais (t/ha)

CH 9 18.9 0.7 17.3 -2.5 RA 14 19.6 4.7 14.5 6.5 WA 9 10.1 2.0 14.4 7.3 ALL 32 17.2 2.8 15.3 4.2

• Méthode de base :– Détection des zones de changements par différence bi-

date d’un indice spectral performant – Classification non-supervisée dans les zones de

changements

• Phase 1 (01-06) : – Tests sur une dizaine de régions pilotes (3 au Québec) – Spécifications du produit et légende déterminés– Manuel de l’utilisateur (v1) – Articles scientifiques soumis

• Phase 2 (06-07) : – Démonstration pour mise-à-jour couverture terrestre 2007

3.3 Changements : méthodes et statut

Région pilote Nord de l’Abitibi

1994 1997 2000

Séquence temporelle images Landsat

3.3 Changements : exemple de résultats (1)

Feu 1976

Feu 1996

Changements bi-date d’un indice spectral

Coupes avant 1994

Coupes entre 1994

et 1997

Coupes entre 1997 et 2000

3.3 Changements : exemple de résultats (3)

Carto des changements, nord de l’Abitibi précision 90%

Régénération

FeuCoupesPré-com

4. Conclusion

• Besoins nombreux en information et connaissances forestières extensives et exhaustives

• Contexte favorable pour la télédétection traditionnelle (Landsat-7) et certaines nouvelles technologies (haute résolution, lidar, radar)

• Couverture des terres: • 1ère du genre détaillée et gratuite couvrant tout le Canada

forestier • Classification des types de couvert + densité avec

précision de 70-80%

4. Conclusion

• Biomasse: – Estimation avec une erreur relative acceptable (20-

25%) et un faible biais – Méthodes en cours de démonstration en vue de la

cartographie globale (2007 +)

• Changements: – Méthode robuste avec précision variable selon les

types de couverts et changements – Méthode de base en cours de démonstration pour

mise-à-jour opérationnelle OTDD (2007 +)

4. Conclusion produits existants et futurs

Produits gratuits www.saforah.org• Couverture terrestre : octobre 2006

• Changements et biomasse : 2007 +

4. Conclusion Utilisation des produits

• Produits utiles à différentes échelles, au niveau du peuplement jusqu’au paysage et la région :

• Cartes génériques des couverts végétaux • Indicateurs d’état de la forêt ou d’aménagement

forestier durable • Intrants pour des modèles basés sur les processus• Support pour l’estimation d’attributs reliés au carbone• Support pour la mise à jour cartographique

Remerciementscontributeurs ou utilisateurs OTDD

• Ministères fédéraux: – Agence spatiale canadienne– Ressources Naturelles Canada:

Centre Information Topographique – Sherbrooke; – Environnement Canada– Développement Économique Canada – Agriculture Canada

• Projets nationaux: Ecoleap (SCF); Fluxnet-Canada; Inventaire forestier national

• MRNF: Direction des inventaires forestiers, Direction de la conservation des forêts, Direction de la recherche forestière; Direction générale de l’information géographique

• Universités: Université de Sherbrooke, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Université Laval

• International : NASA-GSFC

Pour plus d’information:http://otdd.scf.rncan.gc.ca

Remerciements

QUESTIONS ?

Aux nombreuses équipes de terrain (2002-2006)

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