suivi des zones humides par télédétection satellitaire radar...c. cazals 1,2, p.-l. frison 1, s....

Titre journée - Arial - corps 14

10 juin 2016

Journée Technique

Avancées, apports et perspectives de la télédétection

pour la caractérisation physique des corridors fluviaux

1Université Paris-Est Marne-la-Vallée - IGN/MATIS 2Gisway 3Université de Rennes 1 4Télécom Bretagne 5Université de Rennes 2

Suivi des zones humides par

télédétection satellitaire radar

C. Cazals1,2, P.-L. Frison1, S. Rapinel3, A. Bonis3, G.

Mercier4, C. Mallet1, S. Corgne5, J.-P. Rudant1


Esti atio des du es d’i o datio e ilieu p ai ial

Télédétection radar

Co te te de l’ tude

Site d’ tude: Le Ma ais Poitevi

Do es et o e s is e œuv e

M thodologie de t aite e t et d’a al se des do es

• Interprétation et traitements radar

• Validation

Résultats et précision

Conclusions

Sources : Esa - http://www.esa.int/Our_Activities/Observing_the_Earth/Copernicus/Sentinel-1/Instrument Futura Science - http://www.futura-sciences.com/magazines/environnement/infos/dico/d/developpement-durable-zone-humide-6175/


Télédétection radar

•Capteur satellitaire actif du domaine des micro-ondes (1cm < λ < 75 cm) •A al se de l’ ho t odiffusio de l’o de pou caractériser les cibles au sol

RADARSAT-2 – 07/04/2016 Sentinel-2 – 07/04/2016

=> Toutes les a uisitio s so t e ploita les jou , uit, uages …

Baie de l’Aiguillo


Révolution Sentinel-1A: Données diffusées librement et gratuitement - https://scihub.copernicus.eu/ Répétitivité de 12 jours pour Sentinel-1A et Sentinel-1B (avril 2016) Une même zone couverte par plusieurs orbites (montante et descendante)

Jus u’à 3 images tous les 6 jou s

Caractéristiques des images : •Résolution sol : 5x20m (sl. rg x az) •Taille pixel : 10 x 10 m •Emprise : 250 x 200 km •Bande C (λ~6cm)

Source : ESA

Sentinel-1 et la télédétection radar


Télédétection radar Énergie enregistrée pour un pixel radar est sensible aux caractéristiques:

- surface: pente du terrain , rugosité sol, humidité (sol et végétation), structure géométrique des couverts végétaux

- o de : pola isatio , lo gueu d’o de …

Sources: http://www.crisp.nus.edu.sg/~research/tutorial/sar_int.htm

https://earth.esa.int/handbooks/asar/CNTR1-1-5.html

Bande P λ~75cm

Bande L λ~25cm

Bande C λ~6cm

Influence de la lo gueu d’o de

Influence de la polarisation Sentinel-1

VV VH


Contexte

Besoi de ieu o ait e l’h d o-morphologie et sa variation temporelle pour a a t ise les ha itats atu els et l’ tat ologi ue des asses d’eau.

Cas des pairies humides: - su fa es d’eau li e + v g tatio i o d e - volutio te po elle de l’i o datio Définitions claires ces milieux pas simple

volets de l’ tude : - cartographie : acquisition spatial régulière par radar - validation : donnée de sondes piézométriques et MNT

Source : Binicaise - http://binicaise.unblog.fr/2015/04/19/marais-poitevin-communal-du-lairoux/


Site d’ tude: Ma ais Poitevi

Emprise de la zone humide du Marais Poitevin image Sentinel-1 (11/04/2016) σ

VV σ

VH σ

VH-σ

VV

Zone humide (103 500 ha ): - topographie 1.5 et 3.5m - 40% surfaces agricoles en prairies -P iode d’i o datio : décembre – mai

Intérêt de traiter toute la zone de manière homogène quelles que soient les

conditions météorologiques.


Cartographie:

14 images Sentinel-1 du programme Copernicus de l’ESA: -Mo e s hu ai s: ois te ai , t aite e t, a al se …. -Moyens logiciels : libres (SNAP, Qgis, script Python/Gdal) -Coût utilisateur données & logiciels: 0€

Validation:

Mod le u i ue de te ai de l’IGN Litto D : Coût : 0€ pour utilisateur de service public ou recherche

11 sondes piézométriques - EPMP/UMR ECOBIO (Univ. rennes1/CNRS) Achat : 680 € /sonde piézométrique + 450 €/sonde atmosphérique +500€ matériel de relevage des données de sonde Installation : 1h de travail pour deux personnes /sonde Relevage des sondes : 1 visite/6mois sur chaque sonde

Données et éléments « logistiques »

Titre journée - Arial - corps 14 Source : Bourgeau-Chavez et. al. 2009

Interprétation des images radar

Prairie sèche

Végétation inondée ou sol engorgé

Eau Libre

Sentinel-1 - 11/04/2016

σVV

σVH

σVH

-σVV


Traitement des images radar

Détection eau libre

Série temporelle

radar

Masque zones

inondables

Détection eau libre + végétation

inondée dans le masque

Série temporelle

d’i o datio

M thode d’e t a tio : Seuillage+croissance des régions sur deux polarisations


Zone Non Inondée

Zone Inondée

Zones inondées (Radar)


Zone Non Inondée

Zone Inondée

Du e d’i o datio

Hypothèse : Continuité de l’i o datio e t e deu dates

inondées Écart temporel : 12 jours

Zones inondées (Radar)


Validation : Interpolation spatiale de mesures ponctuelles

MNT

Limites: hauteu d’eau pas ide ti ue da s toute la pa elle. précision altimétrique MNT ~20cm => conséquences sur zones de faible pente % des su fa es si ul es o t u e la geu i f ieu e à …

Intérêt : Do es pou ha u e de dates à l’heu e de l’a uisitio Validation avec données in situ de précisons intra-parcellaire et non obtenues par télédétection représentative de la réalité du terrain

Si ulatio d’u hauteu de appe d’eau de

Interpolation spatiale des mesures grâce au MNT


Esti atio de la ualit à l’ helle i t a-parcellaire

Classification

Omission Eau Libre

Eau végétation

Sec

Référence Simulation

MNT

Inondé 1538 515 2957 59 %

Non Inondé

10 439 49823 1 %

Commission 7 % 46 % 6 %

Co pa aiso des si ulatio s de iveau d’eau et des d te tio s pou pa elles et dates


Résultats et discussion

Détection par le radar de 40% des zones inondées avec (1/4) ou sans (3/4) végétation :

- superficie des zones en eau trop petites par rapport à la capacité de détection du radar (75% des zones <20m de large). - e iste e d’u tapis v g tal t op pais ui so t alo s o détectables.

Seule e t % de fausse ala e pou l’eau li e

Confusion entre les classes « Eau avec végétation, sol engorgé » et « Zone Non-Inondée » : limite entre engorgé et inondé pas franche

% des su fa es d’eau de plus de , ha

sont détectées


Conclusion La t l d te tio ada pe et d’esti e :

- la du e d’i o datio pou des su fa es i o d es de taille suffisa te > ha - à échelle moyenne (vastes étendues, 250 km de fauchée) - à haute fréquence temporelle (1image /12 jours) - à outs duits pou l’utilisateu

Méthode de validation : estimation (trop ?) fiable de la qualité des résultats. M thode d’esti atio de l’i o datio ui pe et a priori une comparaison intra et inter-annuelle => Bila d’ volutio possi les.


Perspectives Analyse plus poussée du taux de détection (haute résolution spatiale, polarisation) Etudie l’i flue e de l’a gle d’i ide e de l’o de ada afi d’i t g e plusieu s o ites jus u’à i ages / jou s Complémentarité optique Sentinel-2/ radar Sentinel-1 V ifie l’op atio alit de la thode au o -radaristes (collègues EPMP) Appli ue la thode à d’aut e o te tes de zo es hu ides ue elui des prairies humides

Titre journée - Arial - corps 14 C. Cazals ; S. Rapinel ; P.-L. Frison ; A. Bonis ; G. Mercier ; C. Mallet ; S. Corgne ; J.-P. Rudant ; Mapping and characterization of hydrological dynamics in a coastal marsh using high temporal resolution Sentinel-1A images, Remote Senesing, En révision

Boni, G.; Ferraris, L.; Pulvirenti, L.; Squicciarino, G.; Pierdicca, N.; Candela, L.; Pisani, A. R.; Zoffoli, S.; Onori, R.; Proietti, C.; Pagliara, P. A Prototype System for Flood Monitoring Based on Flood Forecast Combined with COSMO-SkyMed and Sentinel-1 Data. IEEE J. Sel. Topics Appl. Earth Observ. in Remote Sens. 2016, no.99, pp.1-12.

Cazals C.; Rapinel S. ; Frison P.-L. ; Bonis A. ; Mercier G.; Mallet C.; Corgne S.; Rudant J.-P.; Mapping and characterization of hydrological dynamics in a coastal marsh using high temporal resolution Sentinel-1A images, Remote Senesing, En révision.

Yan, K.; Di Baldassarre, G.; Solomatine, D.P.; Schumann G.J.P. A review of low-cost space-borne data for flood modelling: topography, flood extent and water level. Hydrol. Processes 2015, 29, 3368–3387.

Références


Données de télédétection: -14 images Sentinel-1 : dec.2014 – mai 2015 -Modèle numérique de terrain (Litto3D - IGN)

Données in situ: -11 sondes piézométriques (EPMP/Rennes 1)

Données spatiales et de terrain


Visite de terrain

Sentinel-2 – 07/04/2016 I.R. R. V. (IRC)

Sentinel-1 - 11/04/2016 σ

VV σ

VH σ

VV

MNT + terrain – 09/04/2016


Visite de terrain

Sentinel-2 – 04/04/2016 I.R. R. V. (IRC)

Sentinel-1 - 11/04/2016 σ

VV σ

VV σ

VV

MNT + terrain – 09/04/2016


Travaux sur la détectabilité des surfaces d’eau e fo tio de leu taille

D te tio des su fa es d’eau de plus de . ha à % Li ite : fo es allo g e des su fa es d’eau


Evolution des états de surface

Composition colorée:σ0VV σ0

VH σ0VH/VV


Interprétation des mécanismes

RADARSAT-2 – 10/04/2016

Source : Bourgeau-Chavez et. al. 2009

σ0 moyen

VV VH HH

-17 -25 -17

VV VH HH

-11 -17 -10

-11 -20 -12

VV VH HH

-14 -19 -12


Site d’ tude: Ma ais Poitevi

Emprise de la zone humide du Marais Poitevin sur fond de carte Google Map

suivi des zones humides par télédétection satellitaire radar...c. cazals 1,2, p.-l. frison 1, s....

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