La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

La présentation est en train de télécharger. S'il vous plaît, attendez

1 Télédétection radar appliquée au suivi des rizières Méthodes utilisant le rapport des intensités de rétrodiffusion Alexandre Bouvet Thèse encadrée par.

Présentations similaires


Présentation au sujet: "1 Télédétection radar appliquée au suivi des rizières Méthodes utilisant le rapport des intensités de rétrodiffusion Alexandre Bouvet Thèse encadrée par."— Transcription de la présentation:

1 1 Télédétection radar appliquée au suivi des rizières Méthodes utilisant le rapport des intensités de rétrodiffusion Alexandre Bouvet Thèse encadrée par Mme Thuy Le Toan et préparée au CESBIO 9 octobre 2009

2 2/ Première céréale mondiale pour lalimentation humaine Production mondiale : –en augmentation sur les dernières années, mais tend à fléchir –augmentation de la population mondiale jusquen 2050 Tensions Production par pays : –variations interannuelles (conditions météorologiques, subventions) Superficie cultivée non connue pour la saison et lannée en cours Riz et sécurité alimentaire Source : FAO Besoin doutils de suivi en temps réel de la production rizicole INTRODUCTION ?

3 3/42 Impact sur le changement climatique –Méthane : entre 7% et 19% des émissions mondiales (incertitude) –Superficie des zones inondées ? Durée dinondation ? Impact du changement climatique –Evolution des rendements ? –Déplacement de la zone de culture ? –Changement de pratiques agricoles nécessaires ? Riz et changement climatique Schneising et al., ACP, 2009 INTRODUCTION

4 4/42 Cartographie des rizières pour : –estimer en temps réel les surfaces cultivées à chaque saison –suivre lévolution interannuelle des surfaces –aider à calculer la production rizicole –aider à calculer les émissions de méthane Besoin de méthodes opérationnelles : –faciles à implémenter –fiables (méthodes robustes et disponibilité des données assurée) –avec une bonne couverture spatiale –peu onéreuses Apports de la télédétection spatiale INTRODUCTION

5 5/42 Riz inondé : 88% en surface, 96% en production Localisation : 53°N 40°S (90% en Asie) forte couverture nuageuse utilisation du radar (SAR) Caractéristiques des zones rizicoles Caractéristiques Culture traditionnelle Culture intensive Taille des champs (ha)0,1 1,5 à 10 Durée du cycle de culture (jours) Nombre de récoltes par an1 2-4 Rendement (t/ha)1,5-2,5 9 SPOT HRG Delta du Mékong, 18 février 2004 Récents changements des pratiques culturales Calendrier inter-champs décalé (tropiques) méthodes de classification usuelles non adaptées. INTRODUCTION

6 6/42 Introduction Bases physiques et méthodes Etude théorique de la performance des méthodes Sites détude et données La cartographie du riz à léchelle locale La cartographie du riz à léchelle régionale Conclusions & Perspectives Plan

7 7 Bases physiques et méthodes

8 8/42 1. Fréquence HorizontaleVerticale v ˆ h ˆ k ˆ h ˆ v ˆ k ˆ Les caractéristiques du signal radar 2. Polarisation3. Incidence Emission/Réception : HH, HV, VH, VV SARs disponibles dans lespace BASES PHYSIQUES ET METHODES θ v

9 9/42 Les mécanismes de rétrodiffusion Interaction surface-volume Diffusion de volume Réflexion spéculaire eau Interaction surface-volume Diffusion de volume La rétrodiffusion en HH et VV est dominée par linteraction surface-volume et croît avec la plante (forte dynamique saisonnière : + de 6dB) HH/VV est élevé en raison des tiges verticales qui atténuent londe polarisée verticalement Signatures uniques Bande C BASES PHYSIQUES ET METHODES

10 10/42 Choix de la bande de fréquence En bande L : diffraction de Bragg En bande X : faible couverture avec les instruments actuels (haute résolution), limité pour le rapport de polarisation bande C NomAgenceDatePolarisationRésolution (m)Fauchée (km)Incidence (°) ERS-1ESA VV ERS-2ESA1995-VV RADARSAT-1CSA1995-HH ENVISAT/ASARESA2002-mono, double RADARSAT-2CSA2007- mono, double, polarimétrique RISAT-1ISRO2010? mono, double, polarimétrique Sentinel-1ESA2011?double BASES PHYSIQUES ET METHODES Rosenqvist et al Wang et al NomAgenceDatePolarisationRésolution (m)Fauchée (km)Incidence (°) ERS-1ESA VV ERS-2ESA1995-VV RADARSAT-1CSA1995-HH ENVISAT/ASARESA2002-mono, double RADARSAT-2CSA2007- mono, double, polarimétrique RISAT-1ISRO2010? mono, double, polarimétrique Sentinel-1ESA2011?double

11 11/42 Approches pour cartographier les rizières (1) La rétrodiffusion en HH et VV croît dans le temps Utiliser le changement temporel (CT) des co-polarisations Méthodes développées par le passé avec ERS et Radarsat Le Toan et al Liew et al Ribbes et al. 1999Chen et McNairn 2006 Travaux proposés : adapter la méthode au mode « Wide-Swath » de linstrument ASAR adapter la méthode aux cycles de croissance courts BASES PHYSIQUES ET METHODES

12 12/42 HH/VV est élevé Utiliser le rapport de polarisation (RP) des co-polarisations Non implémentable sur les premiers SAR spatiaux (une seule polarisation) Dans les deux approches (changement temporel et rapport de polarisation), un rapport dintensité intervient. Approches pour cartographier les rizières (2) Travaux proposés : développer une méthode applicable au mode « Alternating Polarisation » de linstrument ASAR dENVISAT (disponible depuis 2002) BASES PHYSIQUES ET METHODES

13 13 Etude théorique de la performance des méthodes Bouvet A., Le Toan T., Floury N., Macklin T. "An end-to-end error model for classification methods based on temporal change or polarization ratio of SAR intensities en révision finale à IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing le 21 septembre 2009

14 14/42 Rapport dintensité : r =I 2 /I 1 (CT ou RP) Deux classes A et B : et (r A

15 15/42 Pertinence de lapproche ? Quelle est la valeur optimale de r t ? Quelle est la robustesse de la méthode ? Influence des paramètres du système SAR (nombre de vues, erreurs détalonnage, durée entre orbites,…) ? Besoin dun modèle derreur explicite Approche ETUDE THEORIQUE DE LA PERFORMANCE DES METHODES

16 16/42 PE dépend de 4 paramètres : – Δr dB =(r B ) dB -(r A ) dB, la séparabilité des classes – L, le nombre de vues – p(B), la probabilité a priori de la classe B – d, le biais entre le seuil de classification retenu (r t ) et r 0. Erreur de classification avec ETUDE THEORIQUE DE LA PERFORMANCE DES METHODES Δr=6dB L=8 p(B)=0,5 d=1 PE=8,9%

17 17/42 Effet des paramètres du système SAR Fréquence dobservation f (jours) Durée du cycle de culture c (jours) Probabilité dErreur PE p(B) d Nombre de vues initial L i Déséquilibre de gain entre canaux g (RP) Stabilité radiométrique s (CT) Rapport dambiguité a Proportion de riz dans la scène p(riz) ΔrΔr En bleu : paramètres du système satellite En vert : paramètres du traitement des données En rouge : paramètres de la scène Taille moyenne des champs F Taille de pixel initiale R L Nombre de vues équivalent L e Cross-talk δ ETUDE THEORIQUE DE LA PERFORMANCE DES METHODES Approche générique applicable à plusieurs thèmes

18 18/42 Durée entre deux orbites Cycle de croissance du riz : c jours ( jours) Durée entre deux orbites consécutives : f jours ( jours) Paramètre Δr pour nimporte quelle combinaison (f,c) : La fréquence de revisite est un paramètre critique, surtout pour la méthode du changement temporel. RP CT c=120 jours ASAR Sentinel-1 ETUDE THEORIQUE DE LA PERFORMANCE DES METHODES ASAR Δr (dB) 2%7%35%

19 19/42 Le modèle derreur permet de prévoir les performances de la méthode en fonction des paramètres de la scène et du système SAR Pour ASAR : –paramètres adaptés pour la cartographie des rizières –la durée entre deux orbites consécutives reste cependant élevée (35 jours) besoin de stratégies dacquisition des données et de méthodes adaptées Sentinel-1 (lancement prévu par lESA en 2011) est prometteur. Conclusions sur le rapport dintensité ETUDE THEORIQUE DE LA PERFORMANCE DES METHODES

20 20 Sites détude et données

21 21/42 Province de Jiangsu : 1 saison de riz: –repiquage en juin, récolte en octobre. –cycle denviron 120 jours. Site de Jiangsu, Chine 2è province en production 3è province en surface cultivée SITES DETUDE ET DONNEES

22 22/42 Delta du Mékong : plus de la moitié du riz vietnamien, 3% de la production mondiale. Calendrier cultural : jusquà 3 saisons de riz Site du Delta du Mékong, Vietnam SaisonSemis/RepiquageRécolte 1 hiver-printemps novembre-décembrefévrier-avrilsaison sèche 2 été-automne avril-début juinjuillet-début aoûtsaison humide 3a automne-hiver aoûtnovembre-décembresaison humide 3b "mua" septembre-novembredécembre-marssaison humide Provinces intérieures : 1-2-(3a) Provinces côtières : 2-(3b) SITES DETUDE ET DONNEES

23 23/42 Données APPWSM PolarisationsHH et VVHH Taille de pixel12,5m75m Largeur de fauchée105 km405 km Angle dincidence19,2°-26,7°17°-42° Nombre de vues radial17 Nombre de vues azimutal23 ENVISAT ASAR APP pour le rapport de polarisationWSM pour le changement temporel SITES DETUDE ET DONNEES Données acquises en 2007 :

24 24 Cartographie à léchelle locale Bouvet A., Le Toan T., Lam Dao N. "Monitoring of the rice cropping system in the Mekong delta using ENVISAT/ASAR dual polarization data" IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 47 n°2, pp , février 2009

25 25/42 Représentation des histogrammes des deux classes sur le comté de Cho Moi. Développement de la méthode Calcul de r A, r B, Δr et r 0 à chaque date CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE Analyse statistique SIG

26 26/42 Développement de la méthode Filtrage multi-canal des images : M : nombre dimages N : taille de la fenêtre L : nombre de vues initial CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE Réduction du speckle Image originale Image filtrée

27 27/42 Rapport sur une série de données : Intérêt : –Les champs ne sont pas tous à leur rapport de polarisation maximal en même temps –Les champs sont parfois asséchés pour quelques jours en milieu de saison Seuil par défaut possible : 3dB Développement de la méthode CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE Utilisation dune série temporelle

28 28/42 Bleu=HH, Jaune=VV 34km*38km 6 septembre 2004 Comté de Hongze, Province de Jiangsu Jaune=riz, Rouge=bâti, Noir=autre Image ASAR APPCarte des rizières Résultat en Chine CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE Cartographie utilisant APP à une seule date

29 29/42 Collecte déchantillons denviron 1km x 1km Précision : 86-88% Validation en Chine CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE

30 30/42 Résultat au Vietnam Saison 1Saison 2 Saison 3aSaison 3b Cho MoiRiz Non-riz CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE 60 km

31 31/42 Validation au Vietnam (milliers d'ha) PrintempsAutomneHiverTotal APP 224,3294,85524,1 Statistiques 230,6282,77,3520,6 Différence -6,312,1-2,33,5 Différence en % -2,7%4,3%-31,5%0,67% 89,9% des pixels en commun sur Cho Moi Sur la province dAn Giang Carte issue dAPP SIG CARTOGRAPHIE A LECHELLE LOCALE

32 32 Cartographie à léchelle régionale Bouvet A., Le Toan T. "Use of ENVISAT/ASAR wide-swath data for timely rice fields mapping in the Mekong river delta" soumis à Remote Sensing of Environment le 8 juin 2009 évaluation le 30 juillet 2009, deuxième soumission prévue en octobre 2009

33 33/42 Cartographie à large échelle : WSM Fréquence dacquisition sur une même orbite : tous les 35 jours. insuffisant pour le changement temporel nécessité daugmenter la fréquence dobservation en utilisant plusieurs orbites Effet de lincidence : rétrodiffusion variable, mais dynamique saisonnière toujours forte CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Développement de la méthode Utilisation des données ENVISAT/ASAR

34 34/42 Orbite images Orbite images Orbite 32 6 images Orbite images Orbite images Orbite 32 4 images Toutes orbites 9 images Images originales WSM Images du changement temporel Images du changement temporel max Développement de la méthode CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Synthèses multi-orbites

35 35/42 CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Cartes des rizières tous les 35 jours Développement de la méthode Pour chaque province, les dates des 3 saisons diffèrent légèrement. changement temporel max > 3dB

36 36/42 Utilisation de profils annuels de NDVI issus de SPOT-VGT pour sélectionner les dates correspondant à chaque saison pour chaque province. Images CTM CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Développement de la méthode Sélection des dates par province

37 37/42 Orbite images Orbite images Orbite 32 6 images Orbite images Orbite images Orbite 32 4 images Toutes orbites 9 images Toutes orbites 3 images > 3dB VGT-S10 36 images Dates à retenir pour chaque province et chaque saison Cartes des rizières aux 3 saisons Images originales WSM Images du changement temporel Images originales VGT Profils NDVI CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Développement de la méthode Schéma récapitulatif Images du changement temporel max Images du changement temporel saisonnier

38 38/42 R²=0.92 Résultats et validation CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Tien Giang An Giang km² (275 km x 260 km)

39 39/42 Comparaison APP-WSM plus robuste plus de détails couverture réduite après ENVISAT ? APPWSM grande couverture continuité avec futurs systèmes grande sensibilité à la fréquence dobservation CARTOGRAPHIE A LECHELLE REGIONALE Accord entre les méthodes : Saison 2 : 81% Saison 3 : 89%

40 40 Conclusions & perspectives

41 41/42 Conclusions Méthodes génériques utilisant le rapport dintensité : - Evaluation de la performance en fonction des paramètres du système et de la scène Résultats sur le riz : - Méthodes simples non supervisées (seuil par défaut) -Validation sur deux régions - En cours dimplémentation au Vietnam et en Chine CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES

42 42/42 Perspectives Utilisation de Sentinel-1 : solution du problème actuel avec ASAR sur la fréquence dacquisition des données. Complémentarité radar et autres capteurs Vers des projets effectifs pour la production du riz (modèles de rendement) et les émissions de méthane (modèles biogéochimiques) CONCLUSIONS ET PERSPECTIVES Merci


Télécharger ppt "1 Télédétection radar appliquée au suivi des rizières Méthodes utilisant le rapport des intensités de rétrodiffusion Alexandre Bouvet Thèse encadrée par."

Présentations similaires


Annonces Google