Identification du bâti à partir d'images satellitaires à très hautes résolutions spatiales

Résumé: L'urbanisation est un phénomène croissant qui touche l'ensemble du globe et qui a comme conséquence l'étalement des surfaces urbanisées. L'ampleur et la rapidité de cet étalement posent partout des problèmes socio-économiques et environnementaux. Pour réduire au maximum ces problèmes, les aménageurs ont besoin de données spatiales à intégrer aux outils de gestion et de planification. Dans ce contexte général, l'apparition des images satellitaires à Très Haute Résolution Spatiale (THRS) suscitent de fortes attentes. Ces images conjuguent en effet des résolutions spatiales fines, à des coûts raisonnables d'acquisition et à des courtes périodes de revisites. Les méthodes d'interprétation actuelles apparaissent cependant inadaptées à ces nouvelles images. À partir de cette problématique, l'objectif de notre recherche est identifié comme l'élaboration d'une méthode d'extraction semi-automatique des bâtiments à partir d'images THRS. Pour atteindre cet objectif, nous avons déterminé plusieurs étapes. Chacune d'elles est associée à un chapitre de cette thèse. Le premier chapitre expose le contexte général de notre recherche et conduit à l'identification de notre objectif. Nous présentons tout d'abord un bref historique de l'urbanisation avant de nous concentrer sur le phénomène d'étalement et sur les problèmes qu'il engendre. Nous nous intéressons ensuite à ce que la géographie peut apporter pour diminuer ces problèmes. Les positionnements conceptuels, théoriques et méthodologiques de l'analyse géographique des villes sont suivis d'une présentation des principaux outils de gestion et de planification urbaine. Il ressort un besoin croissant en données spatiales à intégrer à ces outils, besoin à partir duquel nous identifions notre objectif. Dans le second chapitre, nous vérifions la faisabilité de notre objectif à travers l'analyse des caractéristiques techniques des images puis des perturbations subies par le signal. La capacité des images à représenter fidèlement les objets urbains est ensuite abordée à travers les notions de qualité et d'interprétabilité des images. Les résultats confirment l'intérêt de l'utilisation des images satellitaires THRS pour l'analyse des objets urbains. Le troisième chapitre présente les phases préliminaires à l'élaboration de notre méthode d'extraction des bâtiments. Nous évaluons tout d'abord la qualité (géométrique et radiométrique) de l'image Ikonos support d'étude. Une revue des méthodes existantes fait ensuite ressortir une limite commune : la délimitation précise des bâtiments. Ce constat nous conduit à évaluer la qualité des méthodes de segmentation puis à réorienter nos choix méthodologiques. Le quatrième chapitre présente ce qui constitue le coeur de notre travail, à savoir le développement d'une méthode d'extraction du bâti. Après une formalisation rigoureuse des objectifs, nous présentons les principes théoriques de notre approche qui s'appuie sur une définition texturale des bâtiments. Le processus d'identification est basé sur la prise en compte conjointe, à l'aide d'un paramètre unique, de la variance du bâtiment et de celle de son entourage proche. Des informations additionnelles (présence d'ombre et de végétation) sont ensuite intégrées dans le but de diminuer les erreurs de commission. Le cinquième chapitre présente les résultats. Il montre la capacité de la méthode à identifier les bâtiments malgré certaines limites d'applicabilité, en particulier dans le cas des grands bâtiments et/ou dans les milieux hétérogènes. Des pistes d'améliorations sont proposées ainsi que des perspectives d'applications. Il ressort de ce travail que le principal apport tient dans l'originalité de l'approche théorique qui ouvre de nouvelles pistes de réflexion pour les travaux futurs.||Abstract: Urbanisation still remains one of the main problems worldwide. The extent and rapidity of the urban growth induce a number of socio-economic and environmental conflicts everywhere. In order to reduce these problems, urban planners need to integrate spatial information in planning tools. Actually high expectations are made on Very High Spatial Resolution imagery (VHSR). These high-spatial resolution images are available at a reasonable price and due to short revisit periods, they offer a high degree of actuality. However, interpretation methods seem not to be adapted to this new type of images. The aim of our study is to develop a new method for semi-automatic building extraction with VHSR. The different steps performed to achieve our objective are each presented in a chapter. In the first chapter, the general context of our research is described with the definition of our objective. After a short historical review of urbanisation, we focus on urban growth and associated problems. In the following we discuss the possible contributions of geography to reduce these problems. After discussing concepts, theories and methodologies of geographical analysis in urban areas, we present existing general urban planning tools. Finally, we show the special interest of our study that is due to a growing need to integrate spatial information in these decision support tools. In the second chapter we verify the possibility of reaching our objective by analysing the technical characteristics of the images, the noise and the distortions which affect the images. Quality and interpretability of the studied image is analysed in order to show the capacity of these image to represent urban objects as close to reality as possible. The results confirm the potential of VHSR Imagery for urban objects analysis. The third chapter deal with the preliminary steps necessary for the elaboration of our method of building extraction. First, we evaluate the quality of the Sherbrooke Ikonos image (geometric and radiometric quality), the basic image of our analysis. A review of existing methods clearly show a common limit: the detection of building boundaries. Consequently, we evaluate the efficiency of several segmentation methods that finally induces a change in our methodological approach. The fourth chapter contains the central part of our work, which consists in the development of a building extraction method. After strict formalisation of our, objectives, we present the theoretical principles of our approach based on textural buildings definition. In the identification process we use only one parameter that accounts at the same time for the variance of the building and the variance of its immediate surroundings. In the following, additional information (shadow and vegetation) is integrated to reduce commission errors. The last chapter exposes the results. They clearly show the capacity of our method for building identification. However, they show some limitations of application, especially on large size buildings and/or in heterogeneous areas. We also propose possible applications such as analysis of suburban buildings or detection of natural disaster damages. The main outcome of this work is the originality of our theoretical approach that encourages new reflections for future research

Fréquentation et usages littoraux dans la Réserve Naturelle Marine de La Réunion: Élaboration d'un suivi pour l'analyse des dynamiques spatio-temporelles et apports de l'outil à la gestion et la recherche interdisciplinaire

Coral reefs are amongst the richest and more emblematic ecosystems of the world. These hotspots of biodiversity provide many services to Human societies, bringing leisure and economic added values. In many areas, especially developing countries, these ecosystems are submitted to both climate change (rise of sea temperature and level, acidification) and human coastal pressures (urbanisation, resources exploitation). In this context, an increasing number of Marine Protected Areas is settled on coral reefs environments in order to ensure their conservation and to mitigate local pressures. Hence, one of MPAs Managers' missions is to bring ecological and social data together to build integrated indicators of effectiveness. In Reunion Island, a MPA called the Marine reserve of La Réunion was settled in 2007 along a densely urbanised and populated fringing reef coast. In order to better evaluate its MPA effectiveness, the manager requires the integration of social stakes to the management plan. A uses monitoring protocol was developed in this purpose using an ultra light aircraft and a camera. Data on 15 different recreational and non-recreational uses were acquired between 2010 and 2013, flying 48 times a year, and entered into a Geographic Information System. A huge resulting database allowed the building of an initial knowledge of the spatio-temporal distribution of uses within the Reserve. It also enabled the analysis of the uses' evolution regarding various factors of variations (amenities, facilities, shark attacks, tourism, etc.). Finally, we assessed the contribution to management efficiency using social indicators (governance, pressure indicators), and to interdisciplinary research in bringing ecologic and uses data together. This thesis brings a brand new information about coastal human activity and spatio-temporal dynamics of direct pressures on reef. This tool, designed to be reproducible and cost-optimized, enables the production of a set of indicators. Its integration to the management plan exclusively depends on the strategic choices of the manager.Les récifs coralliens figurent parmi les biomes côtiers les plus emblématiques de la planète. Ces points chauds de la biodiversité mondiale sont convoités par les sociétés humaines pour leurs qualités paysagères et leur plus-value économique. Exposés au même titre que de nombreux écosystèmes côtiers aux changements climatiques (élévation de la température, acidification des océans), ils sont de toutes parts soumis à une anthropisation littorale mal maitrisée (urbanisation, surexploitation des ressources). Dans ce contexte, de plus en plus d' Aires Marines Protégées (AMP) s'établissent sur des écosystèmes anthropisés, les amenant à intégrer l'Homme au coeur de la gestion. À La Réunion où l'urbanisation littorale est dense et où le paysage des usages littoraux ne cesse de s’étoffer, une Réserve Naturelle Marine (RNMR) a été établie en 2007 sur un récif frangeant. L’évaluation de l’efficacité de cette AMP par son gestionnaire doit se faire par le biais d'un ensemble d'indicateurs écologiques et socio-économiques. C’est en vue d’apporter des connaissances sur la fréquentation et les usages pratiqués au sein de la RNMR que cette thèse a été initiée. Elaboré sur la base d'un suivi en ULM, un protocole a été reproduit chaque année entre 2010 et 2013 et a permis la constitution d'une base de données spatialisée, dont l'exploitation a produit trois types de résultats: i) une connaissance initiale de la répartition spatio-temporelle des usages au sein de la RNMR; ii) une compréhension de l'évolution des dynamiques spatio-temporelles à la lumière des facteurs de variations identifiés (aménagements, aménités, crise requin, tourisme, etc.), et iii) une contribution à la gestion par le développement d'indicateurs sociaux (gouvernance, pressions), et à la recherche interdisciplinaire par une confrontation des données de fréquentation et des données écologiques du milieu. La réflexion menée dans le cadre de cette thèse apporte un éclairage nouveau sur les usages et la fréquentation des littoraux coralliens à La Réunion, et leur traduction en termes de pression anthropique directe. Pensé pour être reproductible et optimisé en termes de coût, cet outil permet la production d’un ensemble d’indicateurs dont l’intégration au plan de gestion dépend exclusivement des choix stratégiques du gestionnaire

Capital sociotechnique et Innovation : le cas du réseau QualiREG

This research aims to study the role of the information system in the development of innovation in a network with heterogeneous actors. We mobilize the concept of sociotechnical capital which translates the participation of Information Systems in the development of the social capital during innovation process. The study uses an exploratory approach and aims to formulate theoretical propositions by using the Actor-Network Theory (ANT). A unique case study is carried out at QualiREG, a scientific and technical network gathering the actors of the food-processing industry security and quality of the regions of the south-west Indian Ocean. The network is composed of actors who distinguish themselves on multiple levels: area of research, status (researchers, technicians, civil servants, and entrepreneurs), geographical origin, culture, etc. QualiREG is also a network where innovation is present in a recurrent manner and on multiple levels. A mixed methodology combining qualitative and quantitative data is used in order to apprehend in depth the information circulation mechanisms inside the network. Results of these two approaches are lastly triangulated. They describe the constitution of social capital in QualiREG network, the obstacles and limits associated to this phenomenon and the role of Information System. The development of social capital is made possible by a “millefeuille” of media composed of face-to-face meetings and multiple Information and Communication Technologies. Thus, the social capital developed during innovation is a sociotechnical capital which represents a type of value generated by the innovation process.Cette recherche traite du rôle du Système d'Information dans le développement de l'innovation au sein d'un réseau d'acteurs hétérogènes. La notion de capital sociotechnique est mobilisée. Elle traduit la participation des dispositifs techniques et sociaux du SI dans le développement de capital social au cours de l'innovation. L'étude se place dans une démarche exploratoire et vise à formuler des propositions théoriques par le recours à l'Actor-Network Theory (ANT). Une étude de cas unique est réalisée à QualiREG, un réseau scientifique et technique réunissant les acteurs de la sécurité et de la qualité agroalimentaire des régions du sud-ouest de l'Océan Indien. Cette structure, où l'innovation est présente à de multiples niveaux, rassemble des acteurs différents du point de vue de leurs domaines de recherche, statuts, fonctions, origines géographiques, cultures, etc. Une méthodologie mixte combinant données qualitatives et quantitatives est mobilisée dans le but d'appréhender en profondeur les mécanismes de circulation de l'information au sein du réseau. Les résultats des deux approches sont ensuite triangulés. Ils décrivent la constitution de capital social dans le réseau QualiREG, les freins et frontières associés à ce phénomène et le rôle du SI dans sa constitution. Le développement du capital social est supporté par un millefeuille de médias composé de rencontres en face à face et de plusieurs Technologies de l'Information et de la Communication (TIC). En ce sens, le capital social développé au cours de l'innovation est donc un capital sociotechnique qui représente une forme de valeur générée par le réseau

Le risque tsunami en France : contributions méthodologiques pour une évaluation intégrée par scénarios de risque.

The existing approaches for the assessment of the tsunami risk mostly consist in assessing the hazard and the various vulnerabilities independently, in a segmented way. The various specialists involved in evaluating the risk components (geophysicists, modelers, geographers, economists, sociologists, etc.) work at different scales, speak their own language. Civil defense operationals somehow try to draw solutions for crisis management. The approach proposed in this thesis is to combine all of the above mentioned components to provide for an integrated tsunami risk assessment. It presents methods for the assessment of: (1) the history of the hazard and its modeling, based on various scenarios (hazard scenarios), (2) the human and structural stakes through a dynamic approach (vulnerabilities scenarios), and (3) the capacity of institutions in charge of civil defense to provide appropriate response (crisis management scenarios). The combination of these hypothetical situations provides a spatial assessment of potential damages under specific circumstances. The approach developed in this thesis is applied to three sites of important stakes, in continental France (Antibes) as in Overseas territories (La Réunion and Mayotte), and provides a method for a comprehensive assessment of tsunami risk. It provides operationals with tools and solutions for crisis management (selection of tsunami-shelters, modeling of evacuation times, etc.), as well as recommendations to limit the impact of future events (awareness and preparedness). This thesis makes the connection between hard sciences, social sciences and risk managers through an integrated and applied approach of risk assessment.Bien souvent segmentées, les approches visant à évaluer le risque tsunami se contentent tantôt d'évaluer l'aléa, tantôt d'estimer les enjeux et leurs vulnérabilités, ce bien souvent de manière disciplinaire. Les différents spécialistes des composantes du risque (géophysiciens, modélisateurs, géographes, économistes, sociologues, etc.) travaillent à des échelles différentes, parlent un langage qui leur est propre. Les opérationnels de la sécurité civile tentent tant bien que mal d'y puiser des solutions de gestion de crise. La démarche proposée dans cette thèse consiste à fédérer l'ensemble de ces composantes pour une évaluation intégrée du risque tsunami. Elle présente des méthodes relatives à l'évaluation : (1) de l'historique de l'aléa et sa modélisation selon différents scénarios probables, (2) des enjeux humains et structurelles suivant les dynamiques spatio-temporelles de la fréquentation humaine des lieux exposés à l'aléa (scénarios d'enjeux), et (3) des capacités de réponse des institutions en charge de la sécurité civile. La confrontation des scénarios d'enjeux et de gestion de crise aux scénarios d'aléas permet une évaluation des dommages potentiels dans des conjonctures spécifiques. La démarche, appliquée à trois sites exposés à forts enjeux, en métropole (Antibes) comme en Outre-mer (La Réunion et Mayotte), apporte ainsi une méthode d'évaluation complète du risque tsunami. Elle fournit aux opérationnels des outils et des solutions de gestion de crise (sélection de zones refuge, modélisation des temps d'évacuation etc.), et des recommandations pour limiter les impacts de futurs événements (préparation et information des populations). Elle fait le lien entre sciences dures, sciences sociales et gestionnaires du risque à travers une approche intégrée et appliquée de l'évaluation du risque

La construction socio-spatiale de l’innovation en ville moyenne face aux objectifs de compétitivité et d’attractivité des politiques d’aménagement : les cas des agglomérations d’Albi (Midi-Pyrénées), Alès (Languedoc-Roussillon), Fougères et Quimper (Bretagne)

Several common ideas turn around the concept of « Medium-Sized Cities ». Too small to influence their economic environment, their industrial patterns wouldn’t be able to reach the standards of post-fordism based on a constant innovation process. As a consequence, concentrating public R&D investments in Metropolitan Areas would ensure and comfort economic growth. Studying the social and spatial levels linked to technopolitan projects hold in the cities of Albi (Tarn), Alès (Gard), Fougères (Ille-et-Vilaine) and Quimper (Finistère), we come to the conclusion Medium-Sized Cities are, on a long term perspective, adapting themselves to the contemporary economic regime based on a constant innovation process through growth coalition process linked between local authorities and scientific institutions.Les travaux contemporains portant sur les dynamiques territoriales du développement économique soulignent le rôle structurant des grandes villes et métropoles, qui seraient les seules entités urbaines à même de faire face à la recomposition des échelles territoriales de la performance économique. Dans ce contexte, les villes moyennes seraient amenées à repenser leurs stratégies de développement autour de la spécialisation sectorielle ou de leur attractivité résidentielle. À ce titre, les acteurs publics de l’aménagement des agglomérations d’Albi (Tarn), d’Alès (Gard), de Quimper (Finistère) et de Fougères (Ille-et-Vilaine), en partenariat avec les institutions scientifiques locales, portent des projets technopolitains à même de soutenir et de conforter le développement d’entreprises innovantes qui accompagnent la montée en gamme des bases productives locales de ces mêmes agglomérations. L’étude de la trajectoire sur le temps long de l’activité économique et des institutions scientifiques locales couplée à l’analyse de ces projets nous montre que les villes moyennes sont en capacité d’orienter et de coordonner des systèmes productifs aux horizons dépassant la simple desserte locale. Les ressorts relationnels de ces déterminants et de l’innovation sont au centre de ce travai

Facteurs environnementaux et santé oculaire : essai de géographie ophtalmologique

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal