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UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, 19.10.2006 Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 1 Etude-pilote sur la commune.

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1 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 1 Etude-pilote sur la commune de Vernier CARTOGRAPHIE A HAUTE RESOLUTION DE LA COUVERTURE DU SOL Concepts et méthodologie

2 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 2 Plan de lexposé 1.Mise en perspective du projet 2.Quelques définitions: couverture vs occupation 3.Cadre politico-juridique 4.Données disponibles 5.Approche 6.Méthodologie et produits 7.Validation 8.Cartes-métiers 9.Mise en œuvre 10.Conclusions 11.Recommandations et perspectives 1.Mise en perspective du projet 2.Quelques définitions: couverture vs occupation 3.Cadre politico-juridique 4.Données disponibles 5.Approche 6.Méthodologie et produits 7.Validation 8.Cartes-métiers 9.Mise en œuvre 10.Conclusions 11.Recommandations et perspectives

3 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 3 Mise à jour périodique Mise à jour permanente Couverture du sol Bâtiments Bassins Domaineroutier Analyse spectrale MNT/MNS Orthophoto Cours deau Modèle hydrologique 1. Mise en perspective

4 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 4 Couverture vs utilisation 2. Définitions Couverture: description bio-physique de la surface terrestre la couverture du sol influence l'échange de masse et d'énergie entre la surface et l'atmosphère (énergie, dioxyde de carbone et autres gaz à effet de serre) et donc influence la température et le climat. La couverture du sol est aussi un facteur déterminant de l'utilisation et de la gestion du territoire. Utilisation ou occupation du sol: usage qu'on fait du sol, par exemple les loisirs, l'habitat de la faune ou l'agriculture. Structurel! Fonctionnel! Les propriétés mesurées par la télédétection se rapportent à la couverture du sol, à partir de laquelle l'utilisation du sol peut être déduite à l'aide de données auxiliaires ou de connaissances préalables. Traduction

5 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 5 2. Définitions Représentation de la couverture du sol Interprétation visuelle / un point par hectare, extrapolé en pixels de 100 m Statistique de la superficie OFStat

6 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 6 Représentation de la couverture du sol Etiquettage thématique dobjets vectoriels polygonaux Couverture du sol selon OTEMO CORINE Land Cover 2. Définitions

7 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 7 OTEMO 3. Cadre politico-juridique Section 2 Couche dinformation «couverture du sol» Bâtiments Surfaces à revêtement dur Surfaces vertes Eaux Surfaces boisées Surfaces sans végétation Stratégie de la mensuration officielle pour les années 2004 à 2007 Infrastructure nationale des données géographiques Couverture du sol à traiter en priorité = importance pour les SIT Nouvelles méthodes de levers Rentabilité et efficacité Une certaine liberté pour les cantons (« extensions cantonales »)

8 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 8 3. Cadre politico-juridique Situation à Genève Petite taille Richesse des données: orthophotos numériques, MNA, vecteur routier Esprit dinnovation (DCMO, SITG) Partenariat DCMO – UNIGE / PNUE-GRID Etude-pilote sur une commune: Vernier

9 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 9 4. Données disponibles Au sol Aériennes = images Vecteurs SITG Vecteur Domaine routier (<> graphe!) Orthophotos numériques, résolution 16 cm 25 cm, 4 canaux (B, V, R, PIR) Modèle numérique de hauteur, résolution 1 m

10 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Données disponibles Orthophotos numériques 4 canaux Nature / Problèmes Végétation stressée (août) Mosaïquage: géométrique et radiométrique Déport des bâtiments et arbres Bandes spectrales se recouvrant Diachronisme des vecteurs

11 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 11 Déports =Objets parasites ! 4. Données disponibles

12 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 12 ETM 1 ETM 2 ETM 3 SPOT Panchromatique Landsat TM Recouvrement = redondance spectrale ! 4. Données disponibles Orthophotos

13 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 13 Concept Les images numériques à très haute résolution sont caractérisées par une résolution sub-métrique ainsi que par un contenu très riche en information. Les méthodes danalyses dimage traditionnelles basées sur un étiquettage thématique pixel par pixel ne sont plus satisfaisantes : laccroissement de la résolution (information) rend difficile le processus de classification. 5. Approche nouvelle approche danalyse orientée « objet »

14 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Approche Extraction multi-sources dobjets polygonaux représentant la couverture du sol Segmentation (délimitation des objets) suivie dune classification (étiquettage thématique) Information utilisée Spectrale (couleur + PIR) Hauteur (MNH) Morphologie Texture Contexte Vectorielle Logiciel eCognition

15 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 15 Caractéristiques du logiciel eCognition Concept Cognition: linformation sémantique nécessaire pour linterprétation dune image nest pas représentée dans des pixels isolés, mais plutôt dans des objets possédant une signification particulière ainsi que leur relations mutuelles Le logiciel agit donc comme la perception humaine (couleur, forme, taille, texture et contexte) avantage : approche intuitive. Utilisation de toutes les sources dinformation disponibles, leur résolution pouvant être hétérogène. Exemple : orthophotos (25 cm), MNA (1 m) et couches vectorielles. 5. Approche

16 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Approche Thème ordre 1Thème ordre 2 SourcePrécision BATIMENTS Selon DestinationVecteur SITG AgricolesSerres, tunnelsVecteur UTED Autres bâtiments agricoles SURFACES A REVETEMENT DUR Domaine routierDiverses sous-classesV.SITG Chemin de ferV. SITG AéroportV. SITG+orthophoto BassinPiscineV. SITG+orthophoto STEPV. SITG+orthophoto Autre surface à revêt. dur SURFACES VERTES Pré, champ, pâturageOrthophoto Culture intensiveVigneV. SITG+orthophoto Culture maraîchèreV. SITG+orthophoto Autre culture intensiveV. SITG+orthophoto JardinJardin individuel / collectifV. SITG+orthophoto Autres surfaces vertesVergerOrthophoto+MNH Parc publicOrthophoto TalusOrthophoto+MNH CimetièreV. SITG+orthophoto Extension cantonale des objets de couverture du sol (OTEMO)

17 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 17 Thème ordre 1Thème ordre 2 SourcePrécision EAUX Eau stagnanteLacVect. SITG EtangOrthophoto MaraisOrthophoto Cours deauCours naturelV.SITG+orthophoto Cours canaliséV.SITG+orthophoto RoselièreOrthophoto SURFACES BOISEES Forêt dense(Feuillu / conifère / mixte)Orthophoto+MNH Autre surface boiséePépinièreOrthophoto+MNH Haies, bosquetsOrthophoto+MNH Arbres isolésOrthophoto+MNH SURFACES SANS VEGETATION RocherOrthophoto Eboulis, sable, gravierOrthophoto GravièreGravière exploitéeV.SITG+orthophoto Gravière remblayéeV.SITG+orthophoto Autres surfaces sans végétationDéchargeOrthophoto Extension cantonale des objets de couverture du sol (OTEMO) (suite) 5. Approche

18 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 18 Nouveau concept: Couverture du sol à deux hauteurs Couverture du sol Haute: CCSH Couverture du sol Sol: CCSS 5. Approche

19 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Méthodologie et produits

20 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 20 Préparation des données Mosaïquage des orthophotos (R-V-B-PIR), réduction de la résolution à 25 cm puis découpage à la taille de la commune Mise à jour des vecteurs SITG, en particulier les zones en construction Modèle numérique de hauteur (MNH) : MNS - MNT - = 6. Méthodologie et produits 1

21 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 21 A.Segmentation Technique dextraction dobjets par regroupement de pixels ayant des formes et des couleurs homogènes. Le processus dunion sarrête : 1. lorsque le seuil de léchelle spécifiée par lutilisateur a été atteint 2. Lorsque la forme et la couleur des objets avoisinants ne sont plus similaires Extraction de linformation 6. Méthodologie et produits 2 Etape primordiale: le résultat affectera la qualité de la classification B. Classificationétiquettage thématique

22 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 22 Critères de segmentation Pour trouver une segmentation adaptée à limage, des essais sont effectués en variant les paramètres suivants: 1.Le poids des couches 2.Léchelle (= résolution) 3.La couleur et la forme 4.La compaction et la sinuosité Méthodologie et produits 2

23 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 23 Couleur et forme Priorité forme Priorité couleur 6. Méthodologie et produits 2

24 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 24 2 Résultat segmentation 6. Méthodologie et produits

25 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 25 B.Classification 1. Classification automatique ou brut 2. Reclassification dobjets (carte CCSH2) 3. Correction manuelle (carte CCSH3) 4. Subdivision des classes en sous-thèmes (CCSH4) 5. Classification automatique pour la couverture au sol (CCSSol) 2 Classification 6. Méthodologie et produits

26 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 26 Classification 1.Définition des thèmes (classes) à cartographier : elles peuvent être structurées dans une forme hiérarchique. (exemple : végétation arbre + pré) 2.Sélection des caractéristiques pour chacune des classes : critères spectraux, texturaux, morphologiques, contextuels, vectoriels et de hauteur (exemple : végétation NDVI) 3.Définition des valeurs seuils pour chaque classe (exemple : végétation NDVI >= 0.11) Le processus de classification nécessite une phase dexpérimentation en variant ces paramètres pour obtenir une bonne discrimination entre les différentes classes. 6. Méthodologie et produits 2

27 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 27 Définition des thèmes CCSH1 Les thèmes distingués sont : 1.Déport bâtiment 2.Arbre 3.Surface verte 4.Bâtiments (garage, villa, immeuble) 5.Rhône 6.Piscine 7.Surface dure (bitume + terre à vif) La distinction des classes seffectue par dichotomies successives : la structure est hiérarchique. Lordre est le suivant : déports, ombre, végétation, bâtiments, eaux et surfaces dures. 6. Méthodologie et produits 2

28 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Méthodologie et produits Sélection des caractéristiques pour chaque thèmes 2

29 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 29 Sélection des caractéristiques pour chaque thèmes La discrimination des classes seffectue par un choix approprié de un ou plusieurs critères (spectraux, texturaux, MNH, etc) 6. Méthodologie et produits 2

30 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 30 Définition des valeurs seuils (critères dappartenance) Les objets seront classés comme arbre si: 1.la texture dhomogénéité bande V est inférieure à et 2.le MNH est supérieur à 1.65 m Les objets végétation qui ne coincident pas à ces critères dappartenance seront classifiés comme surface verte. Exemple: discrimination de la végétation: arbre - pré 6. Méthodologie et produits 2

31 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 31 Classification automatique: carte CCSH1 6. Méthodologie et produits 2

32 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 32 Bonne discrimination végétation – surface dure / terre nue Bonne séparation arbre – surface verte 6. Méthodologie et produits

33 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Reclassification: carte CCSH2 (problème décalage ortho – MNH) Sélection dobjets à faible rapport surface / périmètre: jaune: arbre bleu: surface dure rouge: surface verte 6. Méthodologie et produits 3 CCSH1 CCSH2

34 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 34 Correction manuelle: carte CCSH3 (mauvaise classification) Talus dautoroute et de chemin de fer Signal spectral faux fauchage tardif 6. Méthodologie et produits 4 CCSH2 CCSH3

35 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 35 Déports bâtiments + zones situées à lombre Signal spectral faible confusion Correction manuelle: carte CCSH3 (mauvaise segmentation) 6. Méthodologie et produits CCSH2 CCSH3 3

36 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 36 Sudivision des classes en sous-thèmes: carte CCSH4 1. Nouvelle segmentation et classification pour la classe arbre: Arbres: MNH > 5 m Arbustes: MNH 2 m Haies, buissons: MNH < 2 m 2.Recoupage par vecteurs parcellaire et routiers 1.Jardins collectifs (surfaces perméables et imperméables) 2.Surfaces dures: domaine public (routes principales, secondaires, communales et chemin de fer) domaine privé (cimetières, surface semi-perméable et surface imperméable sur parcelles privées) 3.Surfaces vertes: activités agricoles (cultures intensives, vignobles et pâturages) activités de loisirs (gazons, terrains de sport naturels ou artificiels et roselières) Fractionnement des 10 classes obtenus en CCSH3 en 28 classes 6. Méthodologie et produits 4

37 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 37 CCSH3 10 classes CCSH4 28 classes 6. Méthodologie et produits

38 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 38 Distinction du domaine routier + jardins collectifs Zone péri-urbaine 6. Méthodologie et produits CCSH3 10 classes CCSH4 28 classes

39 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 39 Discrimination des activités agricoles: pâturages et cultures intensives Zone mixte (ville-campagne) 6. Méthodologie et produits CCSH3 10 classes CCSH4 28 classes

40 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 40 Classification automatique au sol: carte CCSSol Les thèmes sont identiques que pour la version haute (CCSH4) sauf: ajout de la classe rivière ajout de la classe avants-toits (bâtiment+tampon – bâtiment) classe arbre et arbuste regroupé sous surface forestière Pour la couverture au sol, lordre dattribution des thèmes est inverse à celui de la couverture haute: 1. Domaine routier 2. Fondations des bâtiments + pourtour, piscines 3. Végétation et surface à revêtement dure autre que domaine routier Cet ordre respecte la succession des thèmes vus depuis le sol 6. Méthodologie et produits 5

41 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 41 Comparaison carte « hauteur » et « sol » Lemprise du domaine routier est maximale : domaine public bien défini 6. Méthodologie et produits 5

42 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 42 Comparaison carte « hauteur » et « sol » Touts les bâtiments sont représentés Critique: lemprise des surfaces à revêtement dure chez les particuliers est inconnue 6. Méthodologie et produits 5

43 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Validation CCSH2 CCSH3 Correction manuelle

44 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Cartes-métier En reclassant les thèmes de la couverture du sol, on obtient des cartes dérivées:

45 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 45 Carte dérivée de la perméabilité du sol pour la commune de Vernier tirée de la CCSH3 8. Cartes-métier

46 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Mise en oeuvre Version optimale de niveau 4, avec CCSSol, reviendrait à 6.0 personne*jour par km 2. Par km2

47 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 47 Imputation en personne*jour pour le Canton selon le niveau de qualité Pour lensemble du Canton Elaboration par tuile de 3 x 3 km Compatibilisation le long des sutures Assemblage et découpage des tuiles communes 9. Mise en oeuvre

48 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Conclusions Produits Données Combinaison orthophotos + MNH + vecteurs = information OK pour la Csol Déports et décalage spectraux: surmontés par la méthode! Concept Couv Sol tri-dimensionnelle Cartographie sur deux hauteurs Légende modulable et compatible OTEMO, GEOSTAT et CORINE Cartes-métiers par recodage des objets Méthodes Approche objet indispensable eCognition Nombreux critères possibles pour segmentation et classification Edition manuelle possible Sauvegarde des procédures reproductibilité Fiabilité (Kappa) = 95% Méta-information sur chaque objet Mise en œuvre optimisant qualité / coût

49 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol Recommandations Othophotos: saison! Bandes spectrales! Au sol! Objets problématiques rattachés aux voisins Formalisation / justification des critères de segmentation / classification Examiner attentivement la « dégradation » de la résolution des orthophotos

50 UTED / UNIGE GRID / PNUE DCMO Séance dinformation SITG, Cartographie à Haute Résolution de la couverture du sol 50 Merci de votre attention


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