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 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 Zone de travail : tombolo de Miquelon 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 Intérêt : 2 dates Orthoimage Pléiades 2012 (à gauche) et 2013 (à droite) 23/06/14 36 Perspectives : travaux sur St Pierre Intérêt : 2 dates 23/06/14 37 Perspectives : travaux sur St Pierre Intérêt : 2 dates 23/06/14 38 Perspectives : travaux sur St Pierre Compatibilité géométrique Î Quelle précision relative entre les deux orthoimages ? 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 » ? 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
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