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

L'AIS : une donnée pour l'analyse des activités en mer

4 pages, session "Mer et littoral"International audienceCette contribution présente des éléments méthodologiques pour la description des activités humaines en mer dans une perspective d'aide à la gestion. Différentes procédures, combinant l'exploitation de bases de données spatio-temporelles issue de données AIS archivées à des analyses spatiales au sein d'un SIG, sont testées afin de caractériser le transport maritime en Mer d'Iroise (Bretagne, France) sur les plans spatiaux, temporels et quantitatifs au cours d'une année

Urbanization, agriculture and spatio-temporal dynamics of the anthropization of forest ecosystems in Haiti

En Haïti, le paysage naturel connaît de nombreuses transformations incluant la destruction des écosystèmes forestiers liés à une synergie des activités anthropiques, notamment de l’agriculture et de l’urbanisation exacerbées par la croissance démographique galopante dans un contexte socioéconomique précaire. Le présent travail a été initié en vue de cartographier et de quantifier les dynamiques spatio-temporelles de l’anthropisation du paysage naturel en zone urbaine et périurbaine de (Port-au-Prince et du Cap-Haitien), en zone rurale (commune de Vallières) et au sein des aires protégées (Parcs Nationaux Naturels de la Forêt des Pins/unité 2 (PNN-FP2), de La-Visite (PNN-LV), du Macaya (PNN-M) en Haïti. Les approches cartographiques et du gradient urbain-rural, appuyées sur des outils d’analyse de l’écologie du paysage, ont été développée à partir des images satellitaires Landsat acquises entre 1973 et 2021. Les résultats obtenus ont montré que le paysage est dynamique en zone urbaine et périurbaine des villes d’Haïti. En effet, au niveau de l’agglomération de Port-au-Prince, la capitale d’Haïti, la surface de la zone urbaine a septuplé alors que celle de la zone périurbaine a quintuplé au détriment de la zone rurale adjacente. Dans cette ville, la dynamique de composition du paysage est caractérisée par une rapide progression du bâti en zone urbaine, périurbaine et des champs en zone rurale par opposition à la régression de la végétation plus accentuée en zone périurbaine. Une tendance similaire a été notée dans la ville de Cap-Haitien où une réduction de la surface de la végétation naturelle, nettement plus marquée en zone périurbaine, a été notée au profit du bâti et des champs. L’expansion agricole menace également la préservation de la végétation ligneuse au niveau de la zone rurale adjacente. Au niveau des zones rurales éloignées des villes, l’étude de cas sur la commune de Vallières et de ses trois sections communales révèle qu’en 35 ans la superficie des forêts a régressé à travers le morcellement des grandes taches initiales par opposition à la dynamique progressive des zones agricoles et des surfaces dénudées. La dégradation accentuée de la couverture végétale au profit des zones agricoles a mené inéluctablement à la création de zones dénudées qui se varient d’une section communale à une autre (les zones dénudées couvrent environ 3,94% du paysage de Corosse, 6,88 à Trois-Palmistes en 2019 et jusqu’à 9% du paysage à Grosse Roche). Suite à une saturation foncière dans les zones rurales habitées, les activités anthropiques étendent leur emprise jusqu’au niveau des aires protégées d’Haïti. Ainsi, au sein du PNN-FP2, PNN-LV et du PNN-M, nos résultats soulignent que les activités anthropiques illicites ont entrainé une dynamique paysagère matérialisée par des pertes du couvert forestier entre 1985 à 2018 au profit des zones agricoles notamment. Les taux annuels de déforestation sont également importants et ont varié selon les parcs (1,8% dans le PNN-FP2, 1,2% dans le PNN-LV et 1,4% dans le PNN-M). La régression de la couverture forestière est sous-tendue, au niveau des aires protégées étudiées, par la dissection et la fragmentation de ses taches par opposition à la création et la fusion des taches de classes anthropiques (champs, bâtis, sols nus, etc.). En définitive, cette étude a mis en évidence la forte dynamique des paysages naturels en milieu urbain, périurbain et rural d’Haïti. Ces mutations, dues aux activités anthropiques, vont compromettre dangereusement l’avenir de ces paysages naturels dont dépend la survie des populations locales. Cette étude justifie le besoin urgent de développer une politique rationnelle de conservation et d’aménagement des paysages naturels d’Haïti soutenue par des mesures de développement socio-économique contextualisées.11. Sustainable cities and communitie

Pour un outil de contrôle des ambiances urbaines patrimoniales dans les projets de réhabilitation urbaine des tissus anciens en Algérie

Les sites érigés en secteurs sauvegardés, à l’image de la Casbah d’Alger, reflètent tous une prise de conscience affirmée des pouvoirs publics de la valeur patrimoniale des tissus anciens et de la nécessité d’adopter une assise législative et règlementaire qui contrôle les interventions. Cependant, le principal instrument mobilisé, en l’occurrence le PPSMVSS n’opère que sur le cadre physique et matériel négligeant la composante sensible et immatérielle, à une ère où la réflexion autour des projets de transformation de l’environnement urbain implique de plus en plus explicitement l’ensemble des modalités sensorielles. Notre recherche prend alors son ancrage d’un double constat. D’une part, une attitude cloisonnée de la gestion du patrimoine : des interventions strictement physiques sur le patrimoine urbain et des actions ponctuelles de patrimonialisation de pratiques immatérielles. D’autre part, la négligence de la substance humaine dans la planification des opérations de réhabilitation urbaine et la dissociation du citoyen du processus de prise de décision. A notre sens, l’ambiance patrimoniale peut constituer une vision holistique qui prend en charge le patrimoine dans ses deux versants tangibles et intangibles. Ainsi, croisé au concept d’appropriation, l’ambiance deviendra le terrain de révélation des interactions des habitants avec les lieux anciens. Ceci nous oriente vers le principal objectif d’implémenter, dans le cadre du contexte algérien, un dispositif de contrôle des ambiances patrimoniales qui accompagnerait les transformations opérées sur les tissus urbains anciens, en mesure d’évaluer l’incidence de ces opérations sur les dimensions matérielles et immatérielles (sociales, sensorielles et symboliques) ,et cela, dans le souci de prévenir les déperditions des valeurs multiples de ces tissus reconnues par l’ensemble des acteurs notamment l’Habitant-Usager-Citoyen. Le résultat principal qui découle de cette recherche démontre qu’une prise en charge du patrimoine axée sur la dimension physique conduit à la perte de la dimension sensible du lieu et à l’exclusion systématique de ses usagers, car c’est l’interaction entre les dimensions matérielles et immatérielles des ambiances qui rehausse ou au contraire abaisse l’appropriation envers le patrimoine. Ainsi, la prise en considération simultanée des dimensions tangible et intangible du patrimoine -reconnues par les habitants- devrait devenir la priorité des instruments de sauvegarde

Architecture et cartographie à la lumière du numérique : naissance du Système d’information géographique du Canada

Le sujet principal de cette thèse est le développement du Système d’information géographique du Canada à partir de 1962, permettant de combiner des informations statistiques et des documents cartographiques, spécifiquement dans le but d’aider à la prise de décision dans la planification du territoire. La recherche revisite le contexte politique et économique menant au développement du premier système de ce type autour du programme gouvernemental pour l’inventaire des terres du Canada, le Canada Land Inventory (CLI), issu de la Loi sur la remise en valeur et l’aménagement des terres agricoles (ARDA) puis de sa modification pour inclure tout l’aménagement rural, établissant des relations entre des sociétés privées (Spartan Air Services, Canada et IBM Canada) et des chercheurs universitaires. La recherche présente des documents de la Bibliothèque et Archives Canada. C’est la nature cartographique de ce système développé au Canada et le transfert de cartes dessinées à la main dans un format numérique, par l’entremise du système binaire, qui fournissent de nouvelles idées sur des changements importants concernant la théorie de la représentation conventionnelle. Par le biais de lectures attentives de ces instruments de transcription automatique et non automatique développés à la fin des années 1950 et au début des années 1960, et, plus précisément, par le développement d’un dispositif spécialement conçu pour ce système, le Special Cartographic Scanner, la thèse traite de la transition depuis des cartes dessinées manuellement à des bases de données manipulables : elle examine la nature des informations cartographiques en termes du point, de la ligne, de la surface, de l’échelle et du cadrage, bouleversant certaines notions de la projection conventionnelle dans la représentation, par l’entremise de la procédure de numérisation, du développement d’une nouvelle technique de séquençage des fichiers, de l’introduction d’un système de coordonnées de référence, de régions de données traitables, de leurs superpositions. La thèse démontre que les notions de position, de ligne et de cadre dans la représentation traditionnelle ont changé, au profit du point numérique et de la sélection. Dans une volonté de relier la cartographie numérique à la conception en architecture, la thèse exemplifie la transition de la représentation développée depuis la Renaissance autour de l’œil, à l’usage d’instruments de télédétection et dans des images générées par des ordinateurs, et de la recherche de patterns, influençant l’approche dans la prise de décision et la conception, par la capacité du système à générer de nouvelles connaissances par la superposition et la combinaison d’éléments ponctuels. La thèse situe le Système d’information géographique du Canada dans le contexte de la cybernétique et des théories de l’information, pour le positionner dans la théorie de la concrétisation des objets techniques du philosophe Gilbert Simondon, puis à sa théorie des points-clefs, auxquels sont rattachés les objets techniques dans le territoire, considéré comme subjectif et une production esthétique.The main topic of this thesis is the development of the Canada Geographic Information System (CGIS) initiated in 1962, an integrated computer system capable of combining national statistical information and cartographic documents, specifically intended for decision-making in regional planning. The text revisits the political and economic context leading to the development of the first system of this type, arising from the Canada Land Inventory (CLI), a government program stemming from the Agricultural Rehabilitation and Development Act (ARDA), which was expanded to include all rural development. It establishes relations between the CLI and private companies (Spartan Air Services, Canada and IBM Canada) and scholars. This research presents material from the Library and Archives Canada. It is the cartographic nature of this system developed in Canada, and the transfer of hand-drawn cartographic documents into a digital format through the binary system, which provides renewed insights into important changes concerning conventional representation theory. Through close examination of these automatic and non-automatic transcription devices developed in the 1950s and 1960s, and more precisely, through the development of a device specifically designed for this system, the Special Cartographic Scanner, this text deals with the transition from hand-drawn maps to manipulable digital databases. This thesis examines the nature of cartographic information in terms of point, line, surface, scale and frame, disrupting certain conventions of representation and drawing, through digitising procedures, as well as a new technique of sequencing files, the introduction of the world’s coordinate system, regions of processable data, and their overlay. This thesis demonstrates that notions of position, line and frame in conventional representation have changed for the benefit of a digital point and selection. In an effort to link digital cartography to architectural design, this thesis exemplifies the transition from representations based on the human eye, developed since the Renaissance, to the use of remote sensing devices and computer-generated imageries, pattern recognition, influencing decision-making and design, with the system’s capacity to generate new knowledge with the overlay and combination processes of point elements. This thesis situates the Canada Geographic Information System within the context of Cybernetics and Information theories, and in turn positions it within philosopher Gilbert Simondon’s theory of concretization of technical objects and of his key points theory, linking technical objects to the territory, considered as subjective and aesthetic productions