Modelling full waveform Lidar data on forest structures at plot level : a sensitivity analysis of forest and sensor main characteristics on full-waveform simulated data

[Departement_IRSTEA]Territoires [TR1_IRSTEA]SYNERGIE [Axe_IRSTEA]TETIS-ATTOSSilviLaser, La Grande Motte, FRA, 28-/09/2015 - 30/09/2015International audienceA new approach for LIDAR altimetry mission for biomass applications (tree height measurement) is explored based on low emitted laser energy at high repetition frequency. Low energy approach drastical ly reduces the laser induced risks. Altimetry performances meet preliminary science requirements . The proposed instrument design is compatible with a space mission

Projet Lidar / Forêts

Au cours de cette année charnière entre les projets ExFOLIO (2005-2011) et STEM-LEAF (début en 2013), dont l'objectif est de mener des études contribuant au développement d'un système lidar spatial, deux types d'action ont été menées: 1- Un travail de capitalisation des outils informatiques développés à l'UMR TETIS dans le cadre des projets lidar 2- l'analyse des formes d'onde ICESat sur un environnement forestier complexe (île de Mayotte avec des couverts forestiers de densité variable en zone de relief)

Dynamique d’un signal Lidar en forêt : approches simplifiées pour estimer le taux de pénétration du signal lidar dans la végétation.

L'objectif de cette étude est de fournir des éléments sur la dynamique du signal lidar en présence de couverts forestiers. On cherche en particulier à évaluer par des approches simplifiées le taux de pénétration du signal en forêt pour mieux estimer quelle sera la contribution du signal sol au signal enregistré par le capteur. Pour cette étude trois approches ont été retenues. La première s’appuie sur un modèle de transfert radiatif simple utilisant en entrée le LAI et un coefficient d’extinction afin de quantifier l’intensité du signal rétrodiffusé par le sol et de proposer des valeurs de référence pour caractériser les trois couches du modèle utilisé par Astrium, en particulier en forêt tropicale. Cette approche a permis de confirmer que le modèle utilisé par Atrium était peu adapté à la calibration d’un système lidar spatial. La seconde approche vise à décrire la dynamique de l’ensemble du signal lidar rétrodiffusé en simulant le signal retour d’un système à large empreinte par agrégation de données lidar topographique à petites empreintes (empreintes de 25 cm de diamètre). Les premiers résultats confirment l’intérêt de développer ce type de modèle pour décrire le comportement d’un signal lidar dans des végétations de type varié. Enfin, la troisième approche est basée sur l’analyse de jeux de données Icesat sur des zones tropicales. L’objectif est d’avoir des informations sur la qualité de la dynamique du signal avec les spécifications choisies pour construire le système Icesat. L’analyse de ces données expérimentales peut être porteuse de quelques enseignements pour le dimensionnement d’un nouveau capteur ; on espère a minima pouvoir constater l’adéquation ou l’inadéquation des caractéristiques du système Glas embarqué sur Icesat pour enregistrer un signal contenant un retour sol identifiable (en dehors de considérations sur la précision de la mesure des hauteurs)

ALIVE : atouts d'un LIdar spatial Végétation et complémentarité optique/lidar/radar pour le suivi des Ecosystèmes forestiers et l'estimation de la biomasse continentale

Le projet ALIVE a été soumis en réponse à l'appel à idées du CNES destiné à préparer le séminaire de prospective du CNES qui se tiendra en 2014. Soutenu par une équipe de 13 scientifiques français et des scientifiques de 14 organismes de recherche de divers pays étrangers, le projet présente dans un premiers temps les enjeux de la gestion durable des forêts, l’importance des données de télédétection spatiales , et en particulier des mesures de structure en 3D de la végétation pour parvenir à relever le défi de la gestion durable des écosystèmes forestiers. Dans un second temps les idées que l’équipe de chercheurs soutenant ce projet souhaitent porter sont détaillées à savoir : (1) l’intérêt d’une mission lidar spatiale, en raison de son potentiel inégalé à décrire finement la structure verticale de la végétation, pour apporter une partie des informations requises pour la gestion durable des forêts ; (2) le fait que plusieurs solutions instrumentales, incluant un lidar et proposées au présent appel à idées, sont à même d’apporter ces mesures présentant un intérêt majeur pour la communauté scientifique ; (3) le fait que l’atteinte des objectifs visés en termes de précision pour la cartographie de la biomasse aérienne continentale, variable identifiée par le GCOS (Global Climate Observing System) comme l’une des 9 50 variables climatiques essentielles, nécessitera certainement de faire appel à la complémentarité entre différents systèmes de mesure par télédétection optique, lidar et radar ; dans ce contexte la combinaison de données acquises par un Lidar et le système radar bande P de la mission BIOMASS, en cours d’étude par l’ESA, est une solution particulièrement intéressante à explorer. Au travers de cette proposition un objectif visé est de commencer à fédérer une communauté scientifique intéressée par le fonctionnement des écosystèmes forestiers et par la quantification de la biomasse aérienne forestière

Observation des forêts en 3D. Utilisation de données Lidar pour l'estimation de la ressource forestière et d'indicateurs de biodiversité

International audienceAméliorer la connaissance et la description fidèle des écosystèmes forestiers est un prérequis indispensable pour parvenir à relever le défi de la gestion durable des forêts. L’organisation spatiale de la végétation joue un rôle fondamental dans le fonctionnement de ces écosystèmes. L’utilisation d’un système Lidar en milieu forestier permet de caractériser la structure en 3D de la végétation, ainsi que la topographie du terrain sous le couvert. L’objectif de cette intervention est de présenter des méthodes développées à l’Irstea et à l’Université de Sherbrooke pour analyser les données Lidar et en déduire des indicateurs de structure ou des paramètres biophysiques au niveau des arbres ou à l’échelle des peuplements. Ces approches nous permettent d’évaluer la ressource forestière en termes de volume de bois, de biomasse et de densité (e.g. surface terrière, profil vertical de végétation ou taux de couvert) sur des peuplements de complexité variable. Les capacités du Lidar sont aussi évaluées pour l’étude du lien entre la structure de la végétation forestière et la biodiversité, afin d’identifier des pratiques sylvicoles favorables à la biodiversité. Des systèmes Lidar terrestre et aérien sont utilisés et leur complémentarité est évaluée pour des études limitées aux massifs forestiers ou à l’échelle d’une région. Des projets de Lidars spatiaux sont aussi à l’étude en France dans le but de caractériser la ressource forestière à l’échelle mondiale et de permettre d’améliorer la quantification des stocks et flux de carbone des écosystèmes forestiers. Ces informations sont nécessaires aux modèles utilisés pour prédire l’évolution du climat à moyen et long terme et renforcer le rôle des forêts dans la régulation de ce changement global

Preliminary studies for a vegetation radar/lidar space mission in France

International audienceThis paper gives an overview of French studies realized in the frame of the CNES (French Space Agency) working group on spaceborne lidar missions. These studies include (1) the development of forest scenery and radiative transfer models for the simulation of lidar waveforms under forest cover, (2) preliminary instrumental studies to ensure the feasibility of the scientific requirements and (3) evaluation and improvement of inversion methods to retrieve forest parameters from large footprint lidar data

Preliminary studies for a vegetation ladar/lidar space mission in france

International audienc

Waveform simulations and analysis of Lidar data for the development of a space-based vegetation lidar system

International audienceAdequate management of forest resources is recognized as a solution to strengthen the action of forests as a carbon sink and mitigate climate change. As forests also play a key role for energy supply and biodiversity conservation, sustainable management of forest ecosystems is critical for the future of mankind. Acquiring consistent and extensive data from space to monitor forest environments is a technological challenge we have to face to increase our knowledge on forest ecosystem functioning and to address the challenge of forest sustainable management. By its ability to measure the vertical structure of land cover, airborne lidar technology is highly qualified for forest applications but developing spaceborne systems remains a challenge that several space agencies are trying to meet. In France, CNES (French space agency) has supported scientific projects with the aim of studying the potential of a vegetation lidar and defining appropriate instrument specifications. The aim of this presentation is to give an overview of some of these studies and their main recent outcomes. These studies include: 1) the development and the validation of a platform to simulate Lidar signal on forest environment, 2) the use of the platform to study the sensitivity of Lidar signal to some system characteristics, e;g., pulse energy, footprint diameter, 3) analysis of both simulated and experimental data to improve processing algorithms used to retrieve forest parameters, 4) exploration of the potential of low emitted laser energy at high repetition frequency for a vegetation Lidar mission. This research effort led CNES to move towards a new phase the vegetation Lidar mission LEAF, along with a high resolution hyperspectral mission, for in-depth experimental studies

Recherches et études technologiques en France pour le développement d'une mission spatiale lidar pour le suivi de la végétation

International audiencePrésentation des activités menées par l'UMR TETIS et ses partenaires dans le cadre des projets amonts soutenus par le CNES pour le développement d'une mission lidar spatiale végétation