Cartographie de paramètres forestiers par fusion évidentielle de données géospatiales multi-sources application aux peuplements forestiers en régénération et feuillus matures du Sud du Québec

Foresters are faced with difficulties to obtain sub-polygon information with the mapping methods available nowadays. The main objective of this work consisted in the development of new methods able to improve the map accuracy of regenerating forest stands and mature forest stands in the South of Québec, Canada. The Dempster-Shafer Theory (DST) and the Dezert-Smarandache Theory (DSmT) showed their ability to integrate multiple heterogenous data sources to go further than the classical classification procedures like the maximum likelihood or the spectral unmixing, in terms of map accuracy. Improvement on the ability to map regenerating stands, passed from 82.7% with the maximum likelihood method to 91.1% with the Free DSm model with a total transfer of the mass of the"Union" class to the"Intersection" class (+ 8.4%). For the mature stands, the improvement passed from 63.8% with the K nearest neighbour to 79.5% with the DST according to a classical belief structuration and the hybrid decision rule for which the conflict threshold was fixed at 10% (+ 15.7%). Our results with DST and a bayesian belief structuration showed the difficulty to model the uncertainty in the fusion process. This is probably due to the lack of scientific knowledge about the influence of the biophysical and climatic parameters on the mapped forest stands and to the necessity to model specifically the uncertainty for each source. Our work showed concrete improvement when mapping forest stands with DST which is encouraging to continue explorating the fundamental principle of the proposed hybrid decision rule. This means a particular focus on the difference between the fused masses of each potential class after the fusion, to choose the best hypothesis

Exploration de la fusion des informations pour améliorer la fiabilité locale d'une carte forestière

Sur la carte forestière traditionnelle du Québec, les frontières entre les peuplements sont représentées par des lignes, les estimations du volume ligneux proviennent de regroupements des échantillons de terrain (p-e) et sont assignées aux strates forestières, qui sont considérées comme homogènes pour les attributs cartographiés. L’objectif général de cette recherche est d’explorer comment la complémentarité de différentes méthodes peuvent permettre de mieux caractériser les frontières entre les peuplements, les strates forestières et les estimations du volume ligneux et ce, en fusionnant les informations de la carte et des p-e. Le contraste et le contexte spatial des frontières sont quantifiés, tout comme le contexte des peuplements. Ces aspects sont complémentaires et ils permettent de détecter les secteurs du territoire où l’identification des frontières serait plus facile. Il existe une relation statistiquement significative entre le contraste des variables examinées et la probabilité d’existence d’une frontière. D’autres frontières sont identifiées à partir des p-e. Elles correspondent aux groupes de p-e semblables ainsi qu’aux discontinuités spatiales des variables. Les deux types de frontières coïncident lorsque les différences par rapport au voisinage sont intenses. Quant aux estimations du volume ligneux, les modèles de régression arborescente forment des groupes de p-e dont la variabilité est inférieure à celle des groupes définis par la méthode actuelle utilisée au Québec. Les strates forestières auxquelles ces estimations sont associées sont caractérisées en fonction de la concordance carte/p-e, aux échelles locale et du voisinage. Pour certaines strates, la concordance locale est élevée, tandis que celle du voisinage est faible et vice-versa. La concordance locale peut être attribuée au degré d’homogénéité interne des strates et à la représentativité des p-e, tandis que la concordance avec le voisinage rend compte de l’incertitude positionnelle des p-e, des frontières et/ou des conditions structurales de ces dernières. Finalement, la fusion des frontières cartographiques et de terrain peut se faire sur le plan des connaissances, étant données les différences de résolution spatiale et du degré de généralisation des deux cartes. De façon générale, les méthodes employées dans cette thèse permettent de mieux caractériser la carte forestière et ses éléments améliorant l’estimation locale du volume ligneux.In the traditional forest maps in Quebec, sharp lines represent stand boundaries, forest strata are considered equally concordant in relation to field/cartographic attributes and the woody volume estimations issue from successive regrouping of field plots. The general objective of this research is to explore how different methods can be combined to characterize stand boundaries, forest strata and woody volume estimations, from geomatic and ecological points of view, by map and field information fusion. In order to qualify boundaries, their contrast and spatial contexts are quantified. The integration of these aspects allows the detection of forest sectors where boundary identification could be easiest. A significant relationship exists among the contrast of examined variables with the existence probability of boundaries. Other boundaries are identified from the field plots. These ones correspond to homogeneous plot clusters and to strong spatial discontinuities in the field variables. The two boundary types coincide spatially when neighbourhood differences are intense. The woody volume boundaries are, in this scale, spatially dependent on forest and topographic boundaries. Regression trees are used for grouping field plots considering minimum volume variability. The most effective tree model is associated with field variables. The groups formed with this method present less spatial variability in comparison with the plot groups presently used in Quebec. The forest strata are qualified by their accord map/plot level. For many forest strata the local accord is high while the neighbourhood accord is low. The local accord is attributed to internal strata homogeneity and/or the fact that plots poorly represent the forest stratum. The neighbourhood accord is associated with positional uncertainty of field samples, of boundaries or both. Finally, in order to permit cartographic and field boundary fusion at the element level, the resolution of heterogeneity between field and forest map data must be addressed first. The spatial resolution and semantic ecological significance of cartographic units are the most important of these heterogeneities