Sentinel-1 InSAR coherence to detect floodwater in urban areas: Houston and hurricane harvey as a test case

This paper presents an automatic algorithm for mapping floods. Its main characteristic is that it can detect not only inundated bare soils, but also floodwater in urban areas. The synthetic aperture radar (SAR) observations of the flood that hit the city of Houston (Texas) following the landfall of Hurricane Harvey in 2017 are used to apply and validate the algorithm. The latter consists of a two-step approach that first uses the SAR data to identify buildings and then takes advantage of the Interferometric SAR coherence feature to detect the presence of floodwater in urbanized areas. The preliminary detection of buildings is a pre-requisite for focusing the analysis on the most risk-prone areas. Data provided by the Sentinel-1 mission acquired in both Strip Map and Interferometric Wide Swath modes were used, with a geometric resolution of 5 m and 20 m, respectively. Furthermore, the coherence-based algorithm takes full advantage of the Sentinel-1 mission's six-day repeat cycle, thereby providing an unprecedented possibility to develop an automatic, high-frequency algorithm for detecting floodwater in urban areas. The results for the Houston case study have been qualitatively evaluated through very-high-resolution optical images acquired almost simultaneously with SAR, crowdsourcing points derived by photointerpretation from Digital Globe and Federal Emergency Management Agency's (FEMA) inundation model over the area. For the first time the comparison with independent data shows that the proposed approach can map flooded urban areas with high accuracy using SAR data from the Sentinel-1 satellite mission

A change detection approach to flood mapping in urban areas using TerraSAR-X

Very high-resolution Synthetic Aperture Radar sensors represent an alternative to aerial photography for delineating floods in built-up environments where flood risk is highest. However, even with currently available SAR image resolutions of 3 m and higher, signal returns from man-made structures hamper the accurate mapping of flooded areas. Enhanced image processing algorithms and a better exploitation of image archives are required to facilitate the use of microwave remote sensing data for monitoring flood dynamics in urban areas. In this study a hybrid methodology combining radiometric thresholding, region growing and change detection is introduced as an approach enabling the automated, objective and reliable flood extent extraction from very high-resolution urban SAR images. The method is based on the calibration of a statistical distribution of “open water” backscatter values inferred from SAR images of floods. SAR images acquired during dry conditions enable the identification of areas i) that are not “visible” to the sensor (i.e. regions affected by ‘layover’ and ‘shadow’) and ii) that systematically behave as specular reflectors (e.g. smooth tarmac, permanent water bodies). Change detection with respect to a pre- or post flood reference image thereby reduces over-detection of inundated areas. A case study of the July 2007 Severn River flood (UK) observed by the very high-resolution SAR sensor on board TerraSAR-X as well as airborne photography highlights advantages and limitations of the proposed method. We conclude that even though the fully automated SAR-based flood mapping technique overcomes some limitations of previous methods, further technological and methodological improvements are necessary for SAR-based flood detection in urban areas to match the flood mapping capability of high quality aerial photography

Assimilation of probabilistic flood maps from SAR data into a coupled hydrologic–hydraulic forecasting model: a proof of concept

Coupled hydrologic and hydraulic models represent powerful tools for simulating streamflow and water levels along the riverbed and in the floodplain. However, input data, model parameters, initial conditions, and model structure represent sources of uncertainty that affect the reliability and accuracy of flood forecasts. Assimilation of satellitebased synthetic aperture radar (SAR) observations into a flood forecasting model is generally used to reduce such uncertainties. In this context, we have evaluated how sequential assimilation of flood extent derived from SAR data can help improve flood forecasts. In particular, we carried out twin experiments based on a synthetically generated dataset with controlled uncertainty. To this end, two assimilation methods are explored and compared: the sequential importance sampling method (standard method) and its enhanced method where a tempering coefficient is used to inflate the posterior probability (adapted method) and reduce degeneracy. The experimental results show that the assimilation of SAR probabilistic flood maps significantly improves the predictions of streamflow and water elevation, thereby confirming the effectiveness of the data assimilation framework. In addition, the assimilation method significantly reduces the spatially averaged root mean square error of water levels with respect to the case without assimilation. The critical success index of predicted flood extent maps is significantly increased by the assimilation. While the standard method proves to be more accurate in estimating the water levels and streamflow at the assimilation time step, the adapted method enables a more persistent improvement of the forecasts. However, although the use of a tempering coefficient reduces the degeneracy problem, the accuracy of model simulation is lower than that of the standard method at the assimilation time step

Simulation du comportement thermique en régime permanent d'un moteur asynchrone à refroidissement extérieur. Etude par éléments finis

The steady state thermal modelling of an 4 kW asynchronous motor is realized. A design has been made thanks to the Flux2D finite element magnetic calculus software converted into a resolution tool of the heat equation. This last is used to simulate the heat flux in fluid and solid areas. A 3D study is effected thanks to two 2D studies. The first concerns a radial view (perpendicular to the mechanical axis) whereas the second is effected for an axial view (parallel to the mechanical axis). Thermal conductivities of the materials and thermal contact resistances of the motor are determined through two different tests creating different overheatings. The first is made with a sinewave supply and pre-determine the thermophysical parameters. The second effected with direct current supplies at the rotor and the stator is used to validate these last parameters.
On réalise l'étude du comportement thermique en régime permanent d'un moteur asynchrone de 4 kW. Le logiciel de calculs magnétiques par éléments finis flux2D est converti en un outil de résolution de l'équation de la chaleur. Cette dernière équation sert à simuler les transferts thermiques tant dans les domaines fluides que solides. Une pseudo-étude tridimensionnelle est réalisée par le biais de deux études bidimensionnelles : la première effectuée suivant un plan radial (plan perpendiculaire à l'axe du moteur) et la seconde suivant un plan axial (plan parallèle à l'axe). Les conductivités des matériaux et des résistances thermiques de contact composant le moteur sont déterminées à l'aide de deux types d'essais qui induisent des échauffements différents. Le premier est réalisé avec une alimentation sinusoïdale et sert à prédéterminer les paramètres thermophysiques. Le second est effectué avec des alimentations à courant continu tant au stator qu'au rotor et a pour rôle la validation de ces paramètres

Réduction de l'équifinalité dans la modelisation hydraulique d'inondations à l'aide d'images satellite RADAR

This paper presents an example of a two-steps equifinality reduction approach during a calibration process of a hydrodynamic 1D model, using satellite radar images as ancillary data. The study area concerns 25 km of the Mosel river between Thionville and Berg-sur-Moselle (France) for the flood event from 02/25 to 03/05/1997. Remote sensing datum is a RADARSAT satellite image acquired on 02/28/1997

Imagerie spatiale et inondation de plaine. Une méthode de détermination des niveaux d'eau par mise en cohérence d'informations incertaines

National audienceLes images de télédétection pendant les phases d'inondations sont de plus en plus nombreuses, mais sont peu utilisées pour aider aux modélisations hydrauliques. On présente une utilisation multidisciplinaire - télédétection, hydraulique, intelligence artificielle - pour estimer des niveaux d'eau sur la plaine au moment de la prise de vue : d'une part les informations incertaines issues de l'imagerie sont contraintes par le fonctionnement hydraulique. D'autre part la résolution numérique résout le système de contraintes. Les résultats montrent que la contrainte imposée par l'hydraulique resserre fortement les estimations incertaines issues de l'image et conduit à des estimations de niveau suffisamment précises pour être utiles aux modèles hydrauliques

Caractérisation spatiale de l'aléa inondation à partir d'images satellites RADAR

Dans le cadre de la gestion du risque d'inondation, la caractérisation spatiale de l'aléa est une problématique récurrente pour laquelle les techniques de télédétection, en particulier satellitales, peuvent s'avérer très utiles. L'objectif général de notre étude est d'évaluer les apports de l'utilisation de ces données et, en particulier, de développer des méthodes de valorisation des images satellites RADAR d'inondations pour la cartographie de l'aléa. Elle vise à terme l'aide à la modélisation hydraulique par évaluation de hauteurs et de volumes d'eau. Les satellites RADAR ont la capacité d'acquérir des images de jour comme de nuit quelles que soient les conditions d'ennuagement. Cependant la « donnée RADAR » est imparfaite, voire incomplète et ne permet à elle seule qu'une cartographie incertaine d'un champ d'inondation. Ainsi, pour évaluer puis lever une partie des incertitudes et améliorer la précision de la cartographie, nous proposons une démarche en plusieurs étapes : 1) la cartographie d'une inondation à partir d'images RADAR avec l'évaluation des précisions, incertitudes et limites, 2) l'évaluation des niveaux d'eau dans la plaine inondée par fusion avec des données topographiques issues d'un modèle numérique de terrain à haute résolution spatiale : détection des zones aux limites informatives, estimations locales des niveaux d'eau puis mise en cohérence hydraulique

Caractérisation spatiale d'aléa inondation à partir d'images satellites RADAR

Dans le cadre de la gestion du risque d'inondation, la caractérisation spatiale de l'aléa est une problématique récurrente pour laquelle les techniques de télédétection, en particulier satellitales, peuvent s'avérer très utiles. L'objectif général de notre étude est d'évaluer les apports de l'utilisation de ces données et, en particulier, de développer des méthodes de valorisation des images satellites RADAR d'inondations pour la caractérisation spatiale de l'aléa. A terme, notre étude vise l'aide à la modélisation hydraulique par évaluation de hauteurs et de volumes d'eau. La méthode que nous proposons s'articule en trois étapes principales : 1) cartographie de l'extension des eaux à partir d'images RADAR et extraction des limites informatives, 2) estimation primaire de niveaux d'eau par fusion entre les limites informatives et un MNT, 3) réduction des incertitudes d'évaluation des niveaux d'eau par introduction de concepts de cohérence hydraulique

Parasitisme digestif des petits ruminants dans les Antilles françaises

58 ref. 7 tablesNational audienceThe Nematode Haemonchus contortus, the Cestode Moniezia sp. and the protozoa Eimerics spp. are the main digestive parasites of small ruminants in the Caribbean. Models of infective third stage larvae (L3) of Haemonchus contortus and Trichostrongylus colubriformis have been established to use simulation to estimate the infestation risk according to season, irrigation practice, herbage mass and pasture management. The faunistic diversity is low: 10 species of worm in Guadeloupe. The prevalence of Haemonchus sp. and Trichostrongylus spp. range hom 80 to 100%. Incidences of these worms are higher than 60% per month. The main sources of variation in infestation risk are irrigation, climate and susceptibility of animals. The strongylosis is responsible for more than 80% of the mortality rate before weaning,which raises to 40% Resistance of Haemonchus contortus strains to anthelmintics (benzimidazoles) are common in Guadeloupe and Martinique. All the studies on farms confirmed that digestive strongylosis is the main disease of small ruminants in the Lesser Antilles. The research carried out by the Animal Production Research Unit of INRA to improve animal breeding and husbandry in pasture (type of forage, stocking rate recommendations, mixed grazing, etc...) took into account the importance of strongylosis to small ruminants production. The genetic resistance of creole goats to digestive strongles and the possible use of feeding supplements are being studied for integration in a plan to control these parasitic diseases.Les parasitoses digestives, pathologie majeure des petits ruminants de la zone Caraïbe, sont dues essentiellement à une espèce de Nématode, Haemonchus contortus et, dans une moindre mesure, à une espèce de Cestode, Moniezia sp., et un ensemble de protozoaires du genre Eimeria . Des études en station expérimentale et en fermes ont permis de définir les dynamiques des larves infestantes d’Haemonchus contortus et de Trichostrongylus colubriformis sur le pâturage. Les risques d’infestation parasitaire ont été ensuite quantifiés par des modélisations et des simulations selon la saison, l’irrigation, la biomasse herbacée sur le pâturage et le mode de gestion du pâturage. En Guadeloupe, la diversité faunistique des populations vermineuses est faible : 10 espèces. Les prévalences d’Haemonchus sp. et Trichostrongylus spp. varient entre 80 et 100 %. Les incidences dépassent très fréquemment 60 % par mois pour ces genres. Les facteurs relatifs à l’eau (irrigation, régions sèches ou humides) ou à la réceptivité des hôtes (âge par exemple) sont les principales sources de variation du risque d’infestation parasitaire par les strongles digestifs. Plus des trois quarts de la mortalité avant le sevrage (soit 40 %) sont liés pour tout ou partie aux strongles gastro-intestinaux. L’utilisation fréquente des anthelminthiques a induit l’apparition de résistances d’Haemonchus contortus aux benzimidazoles dans toute la Guadeloupe et la Martinique. Les études en fermes ont confirmé que les strongyloses gastro-intestinales sont la pathologie dominante des petits ruminants des petites Antilles. Les recherches pour améliorer les techniques d’élevage au pâturage menées à l’Unité de Recherches Zootechniques de l’INRA (rotation, pâturage mixte avec les bovins) tiennent compte des répercussions des strongyloses sur les productions. Des études sont menées sur la résistance génétique aux strongles digestifs chez les caprins Créoles et l’intérêt de complémentations alimentaires dans des plans de lutte intégrée contre ces parasitoses