Télédétection de la trame verte arborée en haute résolution par morphologie mathématique

International audienceCet article pointe d'abord les causes et/es enjeux des verrous cartographiques dans !a mise en oeuvre de la politique de la trame verte et bleue (TVB). Une connaissance de l'emprise précise de la trame verte arborée par les acteurs locaux apparaît incontournable. Nous proposons ensuite une méthode de télédétection associée à des algorithmes de morphologie mathématique pour extraire la trame verte arborée à l'échelle métrique à partir d'une image à très haute résolution spatiale. La méthode proposée est une séquence de quatre étapes : 1) analyse en composantes principales (ACP), 2) segmentation par la transformation chapeau haut de forme, 3) élimination du bruit morphologique, 4) restauration des contours arborés par dilatation géodésique. Enfin, une discussion sur les perspectives en termes de conséquences sur les méthodologies de télédétection et sur les politiques publiques environnementales termine l'article

Kalideos OSR MiPy : un observatoire pour la recherche et la démonstration des applications de la télédétection à la gestion des territoires

International audienceCes dernières années, le CESBIO a mis en place un Observatoire Spatial Régional 'OSR' : un dispositif d'observation couplant mesures de terrain et télédétection dans le sud-ouest de la France. L'OSR se base sur des acquisitions mensuelles de données satellitaires à résolution décamétrique depuis 2002 et sur des sites expérimentaux lourdement instrumentés (mesures en continu de flux d'eau et de carbone) à partir de 2004. Ce dispositif a été reconnu service d'observation par l'INSU/CNRS en 2007 et site KALIDEOS par le CNES fin 2009 : 'KALIDEOS OSR MiPy'. Le site atelier correspond à une emprise d'image SPOT, soit environ 50x50 km et couvre une grande diversité de milieux (pédologie, topographie), d'occupation et d'utilisation des sols, de pratiques et de modalités de gestion (agricole, forestière...) et de conditions climatiques (fort gradient de déficits hydriques estivaux). Pour la télédétection, ce site a servi la préparation de SMOS, et il soutient maintenant en priorité à la préparation des missions VENμS et Sentinel-2. Les aspects radar, imagerie thermique et les approches multi-capteurs se développent depuis peu. Le traitement du signal, la physique de la mesure et l'amélioration de la qualité des données constituent le premier axe de recherche. Au niveau thématique, le CESBIO a pour priorité les suivis et les modélisations des agrosystèmes de grandes cultures. L'implication récente d'autres partenaires scientifiques ou gestionnaires a permis d'initier des travaux sur d'autres aspects, comme la biodiversité, l'aménagement du territoire, le suivi de l'extension urbaine, les risques environnementaux, la santé des forêts, l'enfrichement, la diversité et la productivité des prairies. La valorisation des 10 années d'archives 2002-2011 débute et semble très pertinente pour la caractérisation en haute et en basse résolution des conséquences d'années climatiques atypiques (2003, 2011) sur les éco-agro-systèmes. L'extrapolation des résultats obtenus sur ce site atelier à toute la région Midi-Pyrénées ou à la chaine des Pyrénées est aussi initiée

Agro-hydrology and multi temporal high resolution remote sensing: toward an explicit spatial processes calibration

The recent and forthcoming availability of high resolution satellite image series offers new opportunities in agro-hydrological research and modeling. We investigated the perspective offered by improving the crop growth dynamic simulation using the distributed agro-hydrological model, Topography based Nitrogen transfer and Transforma­ tion (TNT2), using LAI map series derived from 105 Formosat-2 (F2) images during the period 2006-2010. The TNT2 model (Beaujouan et al., 2002), calibrated with dis­ charge and in-stream nitrate fluxes for the period 1985-2001, was tested on the 2006-201O dataset (climate, land use, agricultural practices, discharge and nitrate fluxes at the outlet). A priori agricultural practices obtained from an extensive field survey such as seeding date, crop cultivar,and fertilizer amount were used as input variables.Con­tinuous values of LAI as a function of cumulative daily temperature were obtained at the crop field level by fitting a double logistic equation against discrete satellite-derived LAI. Model predictions of LAI dynamics with a priori input parameters showed an temporal shift with observed LAI profiles irregularly distributed in space (between field crops) and time (between years). By re-setting seeding date at the crop field level, we proposed an optimization method to minimize efficiently this temporal shift and better fit the crop growth against the spatial observations as well as crop production. This optimization of simulated LAI has a negligible impact on water budget at the catchment scale (1 mm yr-1 in average) but a noticeable impact on in-stream nitrogen fluxes(around 12%) which is of interest considering nitrate stream contamination issues and TNT2 model objectives. This study demonstrates the contribution of forthcoming high spatial and temporal resolution products of Sentinel-2 satellite mission in improving agro-hydrological modeling by constraining the spatial representation of crop productivity

Detection of "Flavescence dorée" Grapevine Disease Using Unmanned Aerial Vehicle (UAV) Multispectral Imagery

Flavescence dorée is a grapevine disease affecting European vineyards which has severe economic consequences and containing its spread is therefore considered as a major challenge for viticulture. Flavescence dorée is subject to mandatory pest control including removal of the infected vines and, in this context, automatic detection of Flavescence dorée symptomatic vines by unmanned aerial vehicle (UAV) remote sensing could constitute a key diagnosis instrument for growers. The objective of this paper is to evaluate the feasibility of discriminating the Flavescence dorée symptoms in red and white cultivars from healthy vine vegetation using UAV multispectral imagery. Exhaustive ground truth data and UAV multispectral imagery (visible and near-infrared domain) have been acquired in September 2015 over four selected vineyards in Southwest France. Spectral signatures of healthy and symptomatic plants were studied with a set of 20 variables computed from the UAV images (spectral bands, vegetation indices and biophysical parameters) using univariate and multivariate classification approaches. Best results were achieved with red cultivars (both using univariate and multivariate approaches). For white cultivars, results were not satisfactory either for the univariate or the multivariate. Nevertheless, external accuracy assessment show that despite problems of Flavescence dorée and healthy pixel misclassification, an operational Flavescence dorée mapping technique using UAV-based imagery can still be proposed

Agrometerological study of semi-arid areas : an experiment for analysing the potential of time series of FORMOSAT-2 images (Tensift-Marrakech plain)

Earth Observing Systems designed to provide both high spatial resolution (10m) and high capacity of time revisit (a few days) offer strong opportunities for the management of agricultural water resources. The FORMOSAT-2 satellite is the first and only satellite with the ability to provide daily high-resolution images over a particular area with constant viewing angles. As part of the SudMed project, one of the first time series of FORMOSAT-2 images has been acquired over the semi-arid Tensift-Marrakech plain. Along with these acquisitions, an experimental data set has been collected to monitor land-cover/land-use, soil characteristics, vegetation dynamics and surface fluxes. This paper presents a first analysis of the potential of these data for agrometerological study of semi-arid areas

Discrete anisotropic radiative transfer (DART 5) for modeling airborne and satellite spectroradiometer and LIDAR acquisitions of natural and urban landscapes

International audienceSatellite and airborne optical sensors are increasingly used by scientists, and policy makers, and managers for studying and managing forests, agriculture crops, and urban areas. Their data acquired with given instrumental specifications (spectral resolution, viewing direction, sensor field-of-view, etc.) and for a specific experimental configuration (surface and atmosphere conditions, sun direction, etc.) are commonly translated into qualitative and quantitative Earth surface parameters. However, atmosphere properties and Earth surface 3D architecture often confound their interpretation. Radiative transfer models capable of simulating the Earth and atmosphere complexity are, therefore, ideal tools for linking remotely sensed data to the surface parameters. Still, many existing models are oversimplifying the Earth-atmosphere system interactions and their parameterization of sensor specifications is often neglected or poorly considered. The Discrete Anisotropic Radiative Transfer (DART) model is one of the most comprehensive physically based 3D models simulating the Earth-atmosphere radiation interaction from visible to thermal infrared wavelengths. It has been developed since 1992. It models optical signals at the entrance of imaging radiometers and laser scanners on board of satellites and airplanes, as well as the 3D radiative budget, of urban and natural landscapes for any experimental configuration and instrumental specification. It is freely distributed for research and teaching activities. This paper presents DART physical bases and its latest functionality for simulating imaging spectroscopy of natural and urban landscapes with atmosphere, including the perspective projection of airborne acquisitions and LIght Detection And Ranging (LIDAR) waveform and photon counting signals

Building a Data Set over 12 Globally Distributed Sites to Support the Development of Agriculture Monitoring Applications with Sentinel-2

Developing better agricultural monitoring capabilities based on Earth Observation data is critical for strengthening food production information and market transparency. The Sentinel-2 mission has the optimal capacity for regional to global agriculture monitoring in terms of resolution (10–20 meter), revisit frequency (five days) and coverage (global). In this context, the European Space Agency launched in 2014 the “Sentinel­2 for Agriculture” project, which aims to prepare the exploitation of Sentinel-2 data for agriculture monitoring through the development of open source processing chains for relevant products. The project generated an unprecedented data set, made of “Sentinel-2 like” time series and in situ data acquired in 2013 over 12 globally distributed sites. Earth Observation time series were mostly built on the SPOT4 (Take 5) data set, which was specifically designed to simulate Sentinel-2. They also included Landsat 8 and RapidEye imagery as complementary data sources. Images were pre-processed to Level 2A and the quality of the resulting time series was assessed. In situ data about cropland, crop type and biophysical variables were shared by site managers, most of them belonging to the “Joint Experiment for Crop Assessment and Monitoring” network. This data set allowed testing and comparing across sites the methodologies that will be at the core of the future “Sentinel­2 for Agriculture” system.Instituto de Clima y AguaFil: Bontemps, Sophie. Université Catholique de Louvain. Earth and Life Institute; BélgicaFil: Arias, Marcela. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Cara, Cosmin. CS Romania S.A.; RumaniaFil: Dedieu, Gérard. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Guzzonato, Eric. CS Systèmes d’Information; FranciaFil: Hagolle, Olivier. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Inglada, Jordi. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Matton, Nicolas. Université Catholique de Louvain. Earth and Life Institute; BélgicaFil: Morin, David. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Popescu, Ramona. CS Romania S.A.; RumaniaFil: Rabaute, Thierry. CS Systèmes d’Information; FranciaFil: Savinaud, Mickael. CS Systèmes d’Information; FranciaFil: Sepulcre, Guadalupe. Université Catholique de Louvain. Earth and Life Institute; BélgicaFil: Valero, Silvia. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Ahmad, Ijaz. Pakistan Space and Upper Atmosphere Research Commission. Space Applications Research Complex. National Agriculture Information Center Directorate; PakistánFil: Bégué, Agnès. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développerment; FranciaFil: Wu, Bingfang. Chinese Academy of Sciences. Institute of Remote Sensing and Digital Earth; República de ChinaFil: De Abelleyra, Diego. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Clima y Agua; ArgentinaFil: Diarra, Alhousseine. Université Cadi Ayyad. Faculté des Sciences Semlalia; MarruecosFil: Dupuy, Stéphane. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développerment; FranciaFil: French, Andrew. United States Department of Agriculture. Agricultural Research Service. Arid Land Agricultural Research Center; ArgentinaFil: Akhtar, Ibrar ul Hassan. Pakistan Space and Upper Atmosphere Research Commission. Space Applications Research Complex. National Agriculture Information Center Directorate; PakistánFil: Kussul, Nataliia. National Academy of Sciences of Ukraine. Space Research Institute and State Space Agency of Ukraine; UcraniaFil: Lebourgeois, Valentine. Centre de Coopération Internationale en Recherche Agronomique pour le Développerment; FranciaFil: Le Page, Michel. Université Cadi Ayyad. Faculté des Sciences Semlalia. Laboratoire Mixte International TREMA; Marruecos. Universite de Toulose - Le Mirail. Centre d’Etudes Spatiales de la BIOsphère; FranciaFil: Newby, Terrence. Agricultural Research Council; SudáfricaFil: Savin, Igor. V.V. Dokuchaev Soil Science Institute; RusiaFil: Verón, Santiago Ramón. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria (INTA). Instituto de Clima y Agua; ArgentinaFil: Koetz, Benjamin. European Space Agency. European Space Research Institute; ItaliaFil: Defourny, Pierre. Université Catholique de Louvain. Earth and Life Institute; Bélgic

The ESCOBA-biosphere Project : aims and examples of achievements. / Le projet ESCOBA-Biosphère : objectifs et exemples de résultats

This article is an attempt to synthesize the results of the first years of ESCOBA-Biosphere project. ESCOBA consists of three coordinated projects : ESCOBA-Atmosphere, ESCOBA-Terrestrial Biosphere and ESCOBA-Ocean, supported by the «Environment Programme» of the European Commission. The long-term objective of this project for research on the global carbon cycle is the quantitative description, modeling and forecasting of the interaction between the carbon pools on land and in the sea with the physical climate system. The objective of the terrestrial biosphere component is to forecast interactions between terrestrial biosphere and climate with respect to the carbon cycle. Different types of models have been developed for estimating C02 fluxes and carbon balance (sources and sinks). We briefly present these models as well as models dealing with chemical rock and soil erosion and biomass energy. Examples of results are presented. These examples show that models are able to describe the main contribution of land biosphere to the global carbon cycle. However, further improvement and validation of the models are needed in order to increase their ability to predict the evolution of carbon pools in the future. These improvements and validation should rely on a combination, over several years, of ground experiments, measurements of atmospheric concentration of trace gases and satellites data.Le projet ESCOBA-Biosphere : objectifs et exemples de résultats Dans cet article, nous tentons de présenter de manière synthétique les résultats obtenus durant les premières années du projet ESCOBA-Biosphere. ESCOBA se compose des trois projets coordonnés ESCOBA-Atmosphere, ESCOBA-Terrestrial Biosphere and ESCOBA-Ocean, financés par le programme «Environment » de la Commission Européenne. L'objectif à long terme de ce projet de recherche sur le cycle global du carbone est la description, la modélisation et la prévision quantitatives des interactions entre le système climatique physique et les réservoirs de carbone terrestres et océaniques. L'objectif de la composante consacrée à la biosphère continentale est de prévoir les interactions entre la biosphère et le climat qui intéressent le cycle du carbone. Divers types de modèles ont été développés pour estimer les flux de C02 et le bilan de carbone (puits et sources). Nous présentons brièvement ces modèles ainsi que les modèles traitant de l'énergie de la biomasse et de l'érosion des sols et des roches. Des exemples de résultats sont décrits. Ces exemples montrent que les modèles permettent de décrire la contribution principale de la biosphère continentale au cycle global du carbone. Cependant, des améliorations et des validations supplémentaires de ces modèles doivent être réalisées afin d'accroître leur capacité à prédire les évolutions futures des réservoirs de carbone. Ces améliorations et validations devraient reposer sur la combinaison, sur plusieurs années, d'expériences de terrain, de mesures de concentrations en gaz traces de l'atmosphère et de données satellitales.Dedieu Gérard. The ESCOBA-biosphere Project : aims and examples of achievements. / Le projet ESCOBA-Biosphère : objectifs et exemples de résultats. In: Sciences Géologiques. Bulletin, tome 50, n°1-4, 1997. The global carbon cycle in the terrestrial biosphere, sous la direction de Gérard Dedieu et Jean-Luc Probst. pp. 7-31

Assimilation de données satellitales dans un modèle de croissance de la végétation et de bilan d'énergie (application à des zones semi-arides)

L'objectif de notre étude est de développer des méthodologies permettant d'intégrer un modèle de processus de surface et des mesures satellitales pour reproduire l'évolution de la croissance de la végétation et les bilans d'eau et d'énergie en zone semi-aride. L'approche de cette étude est basée sur le couplage entre un modèle de flux de surface incluant un fonctionnement dynamique de la végétation et des observations satelittales dans les domaines visible et thermique à moyenne résolution spatiale et à haute répétitivité temporelle. Le couplage avec les observations satelittales est réalisé en appliquant deux méthodes d'assimilation. Une première méthode dite de calibration consiste à appliquer une minimisation de la différence entre les variables simulées et observées sur une simulation globale par ajustement des paramètres d'entrée du modèle couplé. Une seconde méthode est une méthode d'assimilation séquentielle qui consiste à actualiser les variables de sortie du modèle en tenant compte des erreurs associées au modèle et aux observations, à chaque fois qu'une observation est disponible. La succession des phases de calibration et d'assimilation séquentielle dans le domaine visible permet d'obtenir de bonnes estimations des variabilités spatiales et interannuelles d'indice foliaire et des bilans d'eau et d'énergie aux échelles locales. Dans le domaine thermique des mesures au sol de température radiative ont aussi servi à l'étalonnage du modèle couplé. Au niveau spatial, l'utilisation de la température de surface issue du capteur AVHRR demande des études approfondies pour éliminer certains problèmes comme l'hétérogénéité saptiale. Les développements de techniques d'assimilation d'observations satelittales dans les modèles de processus de surface sont des outils nouveaux et intéressants pour un meilleur contrôle des trajectoires des modèles aux échelles régionales.TOULOUSE-ENSEEIHT (315552331) / SudocMEUDON-Observatoire (920482302) / SudocSudocFranceF