Spatial et Littoral - Cerema Sud

Applications
satellitaires
et
LITORAL
Christelle BOSC, Laure CHANDELIER
Pôle Applications Satellitaires et
Télécommunications, DTerSO
© CNES 2012
Evènement CEREMA - Toulouse Space Show – Toulouse, le 1er juillet 2014
Amélie ROCHE
DTecEMF
LE BESOIN
DES INFORMATIONS GEOGRAPHIQUES
POUR LE LITORAL
CONTEXTE REGLEMENTAIRE
• Grenelle de la Mer
Besoin d'une vision nationale
- Erosion, submersion : gestion intégrée
- Impact des activités : manque de connaissances
Xynthia 2010, besoin d'une vision de l'évolution du trait de cote
Organisation du recul stratégique des biens et des activités (SN)
• Stratégie Nationale de Gestion
Intégrée du Trait de Cote
Connaissance TDC: localisation, observations pérennes
Catalogue sédimentaire
Identification des territoires à Risques d'érosion : indicateur
• PPRL
recul du trait de cote
submersion marine
déplacement des dunes
Besoin d'informations géographiques
- état initial
- suivi, analyse
• Plan d'applications satellitaire MEDDE
Chantier « Gestion durable du littoral »
A.6-Mettre en place un projet pilote pour la cartographie de référence du littoral
BESOINS
• Trait de cote
limite géographique entre le domaine marin et le domaine continental. 120 SHOM «laisse des plus hautes mers dans le cadre d'une marée astronomique de coefficient et dans des conditions météorologiques normales (pas de vent du large, pas de dépression atmosphérique susceptible d'élever le niveau de la mer) »
• En pratique : Des traits de cote et des indicateurs
Schorre
Limite de végétation
Eau / non eau
Pied de dune
Pied de falaise
Ouvrage
MOYENS TRADITIONNELS
ƒ Levés du trait de cote
Ressources
Photo/videos au sol
Scan
littoral
Aéroporté
Trait de
cote
Histolitt
(Bd Alti)
Litto 3D
(Lidar)
Levés terrain
• Limites
Mise à jour (2 ans histolitt, 5 ans litto3D,.. )
Couverture géographique : Hétérogénéité des levés (terrain, .. )
Définition du tdc (Histolitt)
Couteuse (temps humain, Lidar)
• Apport potentiel de l'imagerie satellitaire
…
Richesse de l'information radiométrique
Extraction semi automatique du trait de cote
ATTENTES DU SPATIAL
•
Vision nationale
•
Mise à jour rapide : suivi annuel
•
Homogénéisation des méthodes
LE SPATIAL
DES INFORMATIONS GEOGRAPHIQUES
POUR LE LITORAL ?
CONTEXTE SATELLITAIRE
A.6‐Mettre en place un projet pilote pour la cartographie de référence du littoral pour ‐ Suivre l’urbanisation du littoral et ‐ l’impact environnemental de la saturation estivale
‐ Suivre l’évolution du trait de côte, et l’effectivité du recul stratégique et de la défense contre la mer, ‐ Suivre les accès à l’espace littoral pour les cultures marines
‐ Suivre l’état de l’estran pour permettre le suivi du plan d’actions national de l’estran
‐ Suivre l’entretien du Domaine Public Maritime
‐ Suivre l’évolution des espèces invasives
‐ Recenser et suivre les points critiques vis‐à‐vis des menaces à court terme (altimétrie, érosion, état des ouvrages...) et les lieux présentant des risques d’inondation potentiellement importants
‐ Dans les départements d’outre‐mer, et notamment en Guyane, suivre la mise en œuvre du décret relatif aux servitudes littorales et la création d’un sentier du littoral
‐ Répondre aux objectifs d’établissement d’inventaires des espaces encore peu artificialisés et des espaces agricoles ‐ Cartographier les grands fonds du plateau continental étendu jusqu’au littoral (bande ‐10 mètres, +10m en Z. La caractéristique du littoral implique une approche dans les 3 dimensions
Projet pilote
Contexte
de l'étude
Apport de l'imagerie satellitaire pour le littoral (CETMEF)
●
●
Etat de l'art –
Trait de côte
–
Bathymétrie
–
Artificialisation du trait de côte
–
Habitats Démonstrateur
–
Trait de côte Projets collaboratifs
APSAT, Infolittoral, DORIS_Net… LE SPATIAL
DES INFORMATIONS GEOGRAPHIQUES
POUR LE LITORAL ?
Etat de l'art
Etat de l'art
•
2 kind of satellite altimetry
Source : http://smsc.cnes.fr/SWOT/Fr/
Différents capteurs
pour différentes applications
– Radar altimétrique : Jason 2 & 3, AltiKa,
Sentinel 3, SWOT...
– Radar actif / passif : Cosmo-skymed,
RadarSat2, TerraSAR-X, Sentinel 1A/B /
SMOS, SMAP, SMOS Next
Hauteur instantanée
Rugosité
Vitesse de courant de surface
Humidité des sols et salinité
des océans
Vents de surface
– Satellite optique : Landsat, Spot, Pléiades,
Sentinel 2
Cartographie des faciès
littoraux, trait de côte,...
Qualité de l'eau
Bathymétrie
Température de surface
Images Pléiades ­ Lorient
Source : http://smsc.cnes.fr/PLEIADES/Fr
– Satellite météo, Satellite gravimétrique
En bleu : satellites futurs
– Radiomètre imageur infrarouge : MODIS
– Satellite IRT : Thirsty
Etat de l'art
ATOUTS
•
Capacité de revisite : selon type d'orbite, de la fauchée, du
capteur, de la constellation, de la météo (entre 1 et 15 jours)
•
Résolution spectrale : possibilité de mesurer dans différentes
bandes spectrales
•
Résolution spatiale : accès à différentes échelles
•
Couverture : possibilité de grandes surfaces homogènes, sur
des zones éloignées
•
Gain de temps pour la mise à disposition des images
•
Automatisation de l'exploitation (classifications, …)
LIMITES
•
Contraintes météo
•
Haute répétitivité temporelle vs haute résolution spatiale
•
Nécessité d'appropriation des technologies
•
Coût, mais mutualisation et de projets de diffusion des images
et à comparer avec autres technologies
SPOT 4 - Pleiades
Etat de l'art
Trait de cote
• Par photo-interprétation : idem photographies aériennes
– Sous SIG : détection visuelle à l'écran de l'indicateur du
trait de côte choisi
– Pour le suivi : à renouveler dans le temps
– Éventuellement à accompagner de campagnes terrain et
de recommandations d'expert
– Possibilité de travailler en 3D si couple stéréoscopique
• Caractéristiques :
– Nécessite des interprètes expérimentés
– Précis et fiable
– Long et potentiellement coûteux
Numérisation des ouvrages portuaires d'après image Spot 5,à Gauche, Orthophographie littorale de la zone considérée à droite. Superposition du trait de côte photointerprété sur SPOT5 (ligne jaune)
Source : Norois, revues.org, Le Berre et al., 2005
Etat de l'art
Trait de cote
•
Extraction semi-automatique
– Limite zone immergée / zone émergée sur image optique (seuil, indice,
gradient, voire classification) ou radar (rugosité)
Evolution du trait de côte (contact terremer) en Guyane extrait à partir d'images Radar entre 2 dates (en bleu, juin 2000 sur image ERS, en rouge, mai 2001 sur Radarsat­HH) superposé à l'image Radarsat­HH de février 1997
(Baghdadi et al., 2004)
Extraction du trait de côte par classification SVM, regroupement en 2 classes, images Pléiades – Miquelon
(Lagnous, CETE SO ­ 2013)
Etat de l'art
Submersion
•
Extraction semi-automatique
Extraction du trait de côte par classification SVM, regroupement en 2 classes, images Pléiades – Miquelon
(Lagnous, CETE SO ­ 2013)
inondations Xynthia
produits disponibles du 2 au 10 mars 2010
Etat de l'art
Faciès littoraux
•
Extraction semi-automatique
– Via la cartographie des faciès littoraux
Fiabilité : 87 %
Cote sableuse
Résultat de la classification et données terrain de la
côte sableuse de la côte Aquitaine, images Formosat
( Lafon et al., 2010)
www.geotransfert.epoc.u­bordeaux1.fr
Cartographie des faciès
Etatintertidaux
de l'art– Bassin d’Arcachon
Faciès intertidaux
Images optiques HR
SPOT-5, Formosat-2
Lafon V., Marieu V., Butel R., Dehouck A. , Froidefond JM., Trut G. (2008). Cartographie des faciès bio-sédimentaires du Bassin
d’Arcachon à partir de l’imagerie FORMOSAT-2, 10è Journées Nationales Génie Cotier Génie Civil.
Etat de l'art
Faciès intertidaux
Etat de l'art
Faciès
Bathymétrie
intertidaux
SPOT XS1
Guerin, 2011
Etat de l'art
Sédiments
Faciès
intertidaux
Cartographie
dynamique du
trait de côte et
des petits fonds
opérationnel
depuis 2006
Suivi 2D et 3D des indicateurs
géomorphologiques du littoral
Gestionnaires du littoral
Utilisateurs :
Observatoire de la Côte
Aquitaine, Mairie de Biscarrosse,
Syndicat Intercommunal du
Bassin d'Arcachon.
Evolution du zéro hydrographique et
bilans sédimentaires surfaciques
entre 2005 et 2007 sur le littoral de
Biscarrosse.
Formosat, SPOT
Résolution : De 2 à 10 m
Livré sous format raster et SIG
Etat de l'art
Détection de zones
Facièsartificielles
intertidauxdu trait de côte
Images QuickBird (70cm)
From G. Nasser
(CNES/ACRI/Observatoire du littoral)
MEDINA KO Meeting – 10-12th October 2011 / Università Ca’ Foscari - Venezia
Etat de l'art
Détection de zones
Facièsartificielles
intertidauxdu trait de côte
Localisation des zones de mouillage
Segmentation de l’image : eau/continent
LE SPATIAL
DES INFORMATIONS GEOGRAPHIQUES
POUR LE LITORAL ?
Démonstrateur trait de côte
II. Extraction du trait de cote
ƒ Zone de travail : tombolo de Miquelon
ƒ Côte meuble (sable et galets), zone en érosion (environ 3 m / an)
II. Extraction du trait de cote
Données
• Orthoimages Pléiades :
– Canaux radiométriques : R,V,B,PIR
– Résolution : 50cm
– Précision géométrique : 1m
– Date : 1er mai 2012
– Geosud
• Levé terrain du trait de côte
– Réalisé par la DTAM 975
– Précision instrumentale : qq cm
– Interprétation in-situ
– Date : mai / juin 2012 (?)
II. Extraction du trait de cote
Méthodes
• Hypothèse : le trait de côte « passe » entre deux types de
faciès
• D'où :
– Etape 1 : cartographier les différents faciès à proximité du
trait de côté potentiel
– Etape 2 : extraire le trait de côte comme limite entre deux
ensembles de faciès (ceux au-dessus et ceux en-dessous
du trait de côte)
– Etape 3 : évaluation
• Utilisation d'outils libres
– Orfeo Toolbox
– QGIS
– GRASS
– Chaîne de traitement PCI AST
II. Extraction du trait de cote
Méthodes
Restriction
de la zone
de travail
Pleiades
Zone de travail réduite
Calcul et
ajout des
néocanaux
Classification
et posttraitement
Exemple d'indice : Résultat de la classification le NDVI
effectuée par la chaîne à 8 classes.
Trait de côte obtenu.
Évaluation
Évaluation visuelle du trait de côte.
Évaluation de la distance entre le trait de côte et les données de terrain.
II. Extraction du trait de cote
Résultats
F-score
20 – Eau
15 – Galets +
14 – Galets -
13 – Haut de plage
12 – Plage
11 – Bas de plage
3 – Végétation
N° classe
1 – Anthropisé
• Critères numériques de qualité de la
classification
0,000 1,000 0,855 0,586 0,911 0,773 0,672 1,000
1 – Antropisé
3 – Végétation
11 – Bas de plage
12 – Plage
13 – Haut de plage
14 –Galets 15 – Galets +
20 – Eau
20 – Eau
15 – Galets +
Légende nomenclature
chaîne 8 classes
14 –Galets -
13 – Haut de plage
12 – Plage
11 – Bas de plage
3 – Végétation
1 – Bâti
Classification SVM « chaîne 8 classes »
F-Score
0,00 22,15 0,00 0,00 77,85 0,00 0,00
0,00
0,00 100,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
0,00
0,00
0,00 84,45 0,40 7,59 4,50 2,78
0,28
0,00
0,00 0,01 87,98 11,90 0,04 0,07
0,00
0,00
0,00 3,72 9,14 87,14 0,00 0,00
0,00
0,00
0,00 0,22 2,28 0,46 78,27 18,77
0,00
0,00
0,00 3,50 0,54 0,09 29,15 66,73
0,00
0,00
0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 100,00
Classification SVM « chaîne 8 classes »
Matrice de confusion
Illustration des classes retenues
sur une zone de plage
II. Extraction du trait de cote
Résultats
dmoy=5,3m
En enlevant
gabions & crête
de berme
dmoy=2,2m
Mauvais
Moyen
Bon
Évaluation visuelle de la
classification à proximité du tdc
Type d'indicateurs utilisés pour le
levé du tdc
Distance
tdc extrait / levé terrain
II. Extraction du trait de cote
Zone indicateur végétation
Résultats végétation
Classification obtenue
Image Pléiades
Données terrain(en rouge) et trait de côte (en bleu) correspondants.
II. Extraction du trait de cote
Zone indicateur galet
Résultats Galets
Classification obtenue
Image Pléiades
Données terrain(en rouge) et trait de côte (en bleu) correspondants.
II. Extraction du trait de cote
Analyse
• Méthode
– relativement rapide à remettre en œuvre
– utilisant des logiciels libres
– intérêt de disposer d'une cartographie des faciès
• Classification :
– dans l'ensemble résultats intéressants
– moins performante sur certaines zones de transition
• Trait de côte :
– précision encourageante
– méthode d'extraction du trait de côte inadaptée
• Evaluation :
– pertinence du calcul de la qualité du tdc avec les levés terrain ?
différence de date, indicateurs plus ou moins francs
II. Extraction du trait de cote
Perspectives
●
Autre type de côte
●
MNT
●
2 dates
●
Nouveaux indicateurs
L'apport des technologies satellitaires
pour la cartographie du littoral
• Nombreuses applications
Trait de cote 3D, submersion, pression
anthropique, pollution..
• Atouts
Vision intégrée, mises à jour, information
• Démocratisation
– Accès aux images
Mutualisation
– Outils
Libres, formations
• Intérêt : 2 dates
MERCI DE VOTRE ATTENTION
Perspectives : travaux sur St Pierre
ƒ Intérêt : 2 dates
Orthoimage Pléiades 2012 (à gauche) et 2013 (à droite)
23/06/14
36
Perspectives : travaux sur St Pierre
ƒ Intérêt : 2 dates
23/06/14
37
Perspectives : travaux sur St Pierre
ƒ Intérêt : 2 dates
23/06/14
38
Perspectives : travaux sur St Pierre
ƒ Compatibilité géométrique
Î
Quelle précision relative entre les deux orthoimages ?
ƒ Compatibilité radiométrique
Î
Quels effets liées aux conditions de prises de vue (état de
l'atmosphère, de la mer) ?
Î
Quel impact de l'évolution du paysage « intra-annuel » ?
ƒ Rejouer la méthode mise en œuvre sur l'isthme de Miquelon et
évaluer l'évolution du trait de côte
23/06/14
39
FIN
23/06/14
40