14 resultados para Remote sensing image
em Université de Montréal, Canada
Resumo:
RSUM - Les images satellitales multispectrales, notamment celles haute rsolution spatiale (plus fine que 30 m au sol), reprsentent une source dinformation inestimable pour la prise de dcision dans divers domaines lis la gestion des ressources naturelles, la prservation de lenvironnement ou lamnagement et la gestion des centres urbains. Les chelles dtude peuvent aller du local (rsolutions plus fines que 5 m) des chelles rgionales (rsolutions plus grossires que 5 m). Ces images caractrisent la variation de la rflectance des objets dans le spectre qui est linformation cl pour un grand nombre dapplications de ces donnes. Or, les mesures des capteurs satellitaux sont aussi affectes par des facteurs parasites lis aux conditions dclairement et dobservation, latmosphre, la topographie et aux proprits des capteurs. Deux questions nous ont proccup dans cette recherche. Quelle est la meilleure approche pour restituer les rflectances au sol partir des valeurs numriques enregistres par les capteurs tenant compte des ces facteurs parasites ? Cette restitution est-elle la condition sine qua non pour extraire une information fiable des images en fonction des problmatiques propres aux diffrents domaines dapplication des images (cartographie du territoire, monitoring de lenvironnement, suivi des changements du paysage, inventaires des ressources, etc.) ? Les recherches effectues les 30 dernires annes ont abouti une srie de techniques de correction des donnes des effets des facteurs parasites dont certaines permettent de restituer les rflectances au sol. Plusieurs questions sont cependant encore en suspens et dautres ncessitent des approfondissements afin, dune part damliorer la prcision des rsultats et dautre part, de rendre ces techniques plus versatiles en les adaptant un plus large ventail de conditions dacquisition des donnes. Nous pouvons en mentionner quelques unes : - Comment prendre en compte des caractristiques atmosphriques (notamment des particules darosol) adaptes des conditions locales et rgionales et ne pas se fier des modles par dfaut qui indiquent des tendances spatiotemporelles long terme mais sajustent mal des observations instantanes et restreintes spatialement ? - Comment tenir compte des effets de contamination du signal provenant de lobjet vis par le capteur par les signaux provenant des objets environnant (effet dadjacence) ? ce phnomne devient trs important pour des images de rsolution plus fine que 5 m; - Quels sont les effets des angles de vise des capteurs hors nadir qui sont de plus en plus prsents puisquils offrent une meilleure rsolution temporelle et la possibilit dobtenir des couples dimages stroscopiques ? - Comment augmenter lefficacit des techniques de traitement et danalyse automatique des images multispectrales des terrains accidents et montagneux tenant compte des effets multiples du relief topographique sur le signal capt distance ? Dautre part, malgr les nombreuses dmonstrations par des chercheurs que linformation extraite des images satellitales peut tre altre cause des tous ces facteurs parasites, force est de constater aujourdhui que les corrections radiomtriques demeurent peu utilises sur une base routinire tel quest le cas pour les corrections gomtriques. Pour ces dernires, les logiciels commerciaux de tldtection possdent des algorithmes versatiles, puissants et la porte des utilisateurs. Les algorithmes des corrections radiomtriques, lorsquils sont proposs, demeurent des botes noires peu flexibles ncessitant la plupart de temps des utilisateurs experts en la matire. Les objectifs que nous nous sommes fixs dans cette recherche sont les suivants : 1) Dvelopper un logiciel de restitution des rflectances au sol tenant compte des questions poses ci-haut. Ce logiciel devait tre suffisamment modulaire pour pouvoir le bonifier, lamliorer et ladapter diverses problmatiques dapplication dimages satellitales; et 2) Appliquer ce logiciel dans diffrents contextes (urbain, agricole, forestier) et analyser les rsultats obtenus afin dvaluer le gain en prcision de linformation extraite par des images satellitales transformes en images des rflectances au sol et par consquent la ncessit doprer ainsi peu importe la problmatique de lapplication. Ainsi, travers cette recherche, nous avons ralis un outil de restitution de la rflectance au sol (la nouvelle version du logiciel REFLECT). Ce logiciel est bas sur la formulation (et les routines) du code 6S (Seconde Simulation du Signal Satellitaire dans le Spectre Solaire) et sur la mthode des cibles obscures pour lestimation de lpaisseur optique des arosols (aerosol optical depth, AOD), qui est le facteur le plus difficile corriger. Des amliorations substantielles ont t apportes aux modles existants. Ces amliorations concernent essentiellement les proprits des arosols (intgration dun modle plus rcent, amlioration de la recherche des cibles obscures pour lestimation de lAOD), la prise en compte de leffet dadjacence laide dun modle de rflexion spculaire, la prise en compte de la majorit des capteurs multispectraux haute rsolution (Landsat TM et ETM+, tous les HR de SPOT 1 5, EO-1 ALI et ASTER) et trs haute rsolution (QuickBird et Ikonos) utiliss actuellement et la correction des effets topographiques laide dun modle qui spare les composantes directe et diffuse du rayonnement solaire et qui sadapte galement la canope forestire. Les travaux de validation ont montr que la restitution de la rflectance au sol par REFLECT se fait avec une prcision de lordre de 0.01 units de rflectance (pour les bandes spectrales du visible, PIR et MIR), mme dans le cas dune surface topographie variable. Ce logiciel a permis de montrer, travers des simulations de rflectances apparentes quel point les facteurs parasites influant les valeurs numriques des images pouvaient modifier le signal utile qui est la rflectance au sol (erreurs de 10 plus de 50%). REFLECT a galement t utilis pour voir limportance de lutilisation des rflectances au sol plutt que les valeurs numriques brutes pour diverses applications courantes de la tldtection dans les domaines des classifications, du suivi des changements, de lagriculture et de la foresterie. Dans la majorit des applications (suivi des changements par images multi-dates, utilisation dindices de vgtation, estimation de paramtres biophysiques, ), la correction des images est une opration cruciale pour obtenir des rsultats fiables. Dun point de vue informatique, le logiciel REFLECT se prsente comme une srie de menus simples dutilisation correspondant aux diffrentes tapes de saisie des intrants de la scne, calcul des transmittances gazeuses, estimation de lAOD par la mthode des cibles obscures et enfin, lapplication des corrections radiomtriques limage, notamment par loption rapide qui permet de traiter une image de 5000 par 5000 pixels en 15 minutes environ. Cette recherche ouvre une srie de pistes pour dautres amliorations des modles et mthodes lis au domaine des corrections radiomtriques, notamment en ce qui concerne lintgration de la FDRB (fonction de distribution de la rflectance bidirectionnelle) dans la formulation, la prise en compte des nuages translucides laide de la modlisation de la diffusion non slective et lautomatisation de la mthode des pentes quivalentes propose pour les corrections topographiques.
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La texture est un lment cl pour linterprtation des images de tldtection fine rsolution spatiale. Lintgration de linformation texturale dans un processus de classification automatise des images se fait habituellement via des images de texture, souvent cres par le calcul de matrices de co-occurrences (MCO) des niveaux de gris. Une MCO est un histogramme des frquences doccurrence des paires de valeurs de pixels prsentes dans les fentres locales, associes tous les pixels de limage utilise; une paire de pixels tant dfinie selon un pas et une orientation donns. Les MCO permettent le calcul de plus dune dizaine de paramtres dcrivant, de diverses manires, la distribution des frquences, crant ainsi autant dimages texturales distinctes. Lapproche de mesure des textures par MCO a t applique principalement sur des images de tldtection monochromes (ex. images panchromatiques, images radar monofrquence et monopolarisation). En imagerie multispectrale, une unique bande spectrale, parmi celles disponibles, est habituellement choisie pour gnrer des images de texture. La question que nous avons pose dans cette recherche concerne justement cette utilisation restreinte de linformation texturale dans le cas des images multispectrales. En fait, leffet visuel dune texture est cr, non seulement par lagencement particulier dobjets/pixels de brillance diffrente, mais aussi de couleur diffrente. Plusieurs faons sont proposes dans la littrature pour introduire cette ide de la texture plusieurs dimensions. Parmi celles-ci, deux en particulier nous ont intresss dans cette recherche. La premire faon fait appel aux MCO calcules bande par bande spectrale et la seconde utilise les MCO gnralises impliquant deux bandes spectrales la fois. Dans ce dernier cas, le procd consiste en le calcul des frquences doccurrence des paires de valeurs dans deux bandes spectrales diffrentes. Cela permet, en un seul traitement, la prise en compte dans une large mesure de la couleur des lments de texture. Ces deux approches font partie des techniques dites intgratives. Pour les distinguer, nous les avons appeles dans cet ouvrage respectivement textures grises et textures couleurs . Notre recherche se prsente donc comme une analyse comparative des possibilits offertes par lapplication de ces deux types de signatures texturales dans le cas spcifique dune cartographie automatise des occupations de sol partir dune image multispectrale. Une signature texturale dun objet ou dune classe dobjets, par analogie aux signatures spectrales, est constitue dune srie de paramtres de texture mesurs sur une bande spectrale la fois (textures grises) ou une paire de bandes spectrales la fois (textures couleurs). Cette recherche visait non seulement comparer les deux approches intgratives, mais aussi identifier la composition des signatures texturales des classes doccupation du sol favorisant leur diffrentiation : type de paramtres de texture / taille de la fentre de calcul / bandes spectrales ou combinaisons de bandes spectrales. Pour ce faire, nous avons choisi un site lintrieur du territoire de la Communaut Mtropolitaine de Montral (Longueuil) compos dune mosaque doccupations du sol, caractristique dune zone semi urbaine (rsidentiel, industriel/commercial, boiss, agriculture, plans deau). Une image du satellite SPOT-5 (4 bandes spectrales) de 10 m de rsolution spatiale a t utilise dans cette recherche. Puisquune infinit dimages de texture peuvent tre cres en faisant varier les paramtres de calcul des MCO et afin de mieux circonscrire notre problme nous avons dcid, en tenant compte des tudes publies dans ce domaine : a) de faire varier la fentre de calcul de 3*3 pixels 21*21 pixels tout en fixant le pas et lorientation pour former les paires de pixels (1,1), c'est--dire un pas dun pixel et une orientation de 135; b) de limiter les analyses des MCO huit paramtres de texture (contraste, corrlation, cart-type, nergie, entropie, homognit, moyenne, probabilit maximale), qui sont tous calculables par la mthode rapide de Unser, une approximation des matrices de co-occurrences, c) de former les deux signatures texturales par le mme nombre dlments choisis daprs une analyse de la sparabilit (distance de Bhattacharya) des classes doccupation du sol; et d) danalyser les rsultats de classification (matrices de confusion, exactitudes, coefficients Kappa) par maximum de vraisemblance pour conclure sur le potentiel des deux approches intgratives; les classes doccupation du sol reconnatre taient : rsidentielle basse et haute densit, commerciale/industrielle, agricole, boiss, surfaces gazonnes (incluant les golfs) et plans deau. Nos principales conclusions sont les suivantes a) lexception de la probabilit maximale, tous les autres paramtres de texture sont utiles dans la formation des signatures texturales; moyenne et cart type sont les plus utiles dans la formation des textures grises tandis que contraste et corrlation, dans le cas des textures couleurs, b) lexactitude globale de la classification atteint un score acceptable (85%) seulement dans le cas des signatures texturales couleurs; cest une amlioration importante par rapport aux classifications bases uniquement sur les signatures spectrales des classes doccupation du sol dont le score est souvent situ aux alentours de 75%; ce score est atteint avec des fentres de calcul aux alentours de11*11 15*15 pixels; c) Les signatures texturales couleurs offrant des scores suprieurs ceux obtenus avec les signatures grises de 5% 10%; et ce avec des petites fentres de calcul (5*5, 7*7 et occasionnellement 9*9) d) Pour plusieurs classes doccupation du sol prises individuellement, lexactitude dpasse les 90% pour les deux types de signatures texturales; e) une seule classe est mieux sparable du reste par les textures grises, celle de lagricole; f) les classes crant beaucoup de confusions, ce qui explique en grande partie le score global de la classification de 85%, sont les deux classes du rsidentiel (haute et basse densit). En conclusion, nous pouvons dire que lapproche intgrative par textures couleurs dune image multispectrale de 10 m de rsolution spatiale offre un plus grand potentiel pour la cartographie des occupations du sol que lapproche intgrative par textures grises. Pour plusieurs classes doccupations du sol un gain apprciable en temps de calcul des paramtres de texture peut tre obtenu par lutilisation des petites fentres de traitement. Des amliorations importantes sont escomptes pour atteindre des exactitudes de classification de 90% et plus par lutilisation des fentres de calcul de taille variable adaptes chaque type doccupation du sol. Une mthode de classification hirarchique pourrait tre alors utilise afin de sparer les classes recherches une la fois par rapport au reste au lieu dune classification globale o lintgration des paramtres calculs avec des fentres de taille variable conduirait invitablement des confusions entre classes.
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Le Ministre des Ressources Naturelles et de la Faune (MRNF) a mandat la compagnie de gomatique SYNETIX inc. de Montral et le laboratoire de tldtection de lUniversit de Montral dans le but de dvelopper une application ddie la dtection automatique et la mise jour du rseau routier des cartes topographiques lchelle 1 : 20 000 partir de limagerie optique haute rsolution spatiale. cette fin, les mandataires ont entrepris ladaptation du progiciel SIGMA0 quils avaient conjointement dvelopp pour la mise jour cartographique partir dimages satellitales de rsolution denviron 5 mtres. Le produit driv de SIGMA0 fut un module nomm SIGMA-ROUTES dont le principe de dtection des routes repose sur le balayage dun filtre le long des vecteurs routiers de la cartographie existante. Les rponses du filtre sur des images couleurs trs haute rsolution dune grande complexit radiomtrique (photographies ariennes) conduisent lassignation dtiquettes selon ltat intact, suspect, disparu ou nouveau aux segments routiers reprs. Lobjectif gnral de ce projet est dvaluer la justesse de lassignation des statuts ou tats en quantifiant le rendement sur la base des distances totales dtectes en conformit avec la rfrence ainsi quen procdant une analyse spatiale des incohrences. La squence des essais cible dabord leffet de la rsolution sur le taux de conformit et dans un second temps, les gains escompts par une succession de traitements de rehaussement destine rendre ces images plus propices lextraction du rseau routier. La dmarche globale implique dabord la caractrisation dun site dessai dans la rgion de Sherbrooke comportant 40 km de routes de diverses catgories allant du sentier bois au large collecteur sur une superficie de 2,8 km2. Une carte de vrit terrain des voies de communication nous a permis dtablir des donnes de rfrence issues dune dtection visuelle laquelle sont confronts les rsultats de dtection de SIGMA-ROUTES. Nos rsultats confirment que la complexit radiomtrique des images haute rsolution en milieu urbain bnficie des prtraitements telles que la segmentation et la compensation dhistogramme uniformisant les surfaces routires. On constate aussi que les performances prsentent une hypersensibilit aux variations de rsolution alors que le passage entre nos trois rsolutions (84, 168 et 210 cm) altre le taux de dtection de pratiquement 15% sur les distances totales en concordance avec la rfrence et segmente spatialement de longs vecteurs intacts en plusieurs portions alternant entre les statuts intact, suspect et disparu. La dtection des routes existantes en conformit avec la rfrence a atteint 78% avec notre plus efficace combinaison de rsolution et de prtraitements dimages. Des problmes chroniques de dtection ont t reprs dont la prsence de plusieurs segments sans assignation et ignors du processus. Il y a aussi une surestimation de fausses dtections assignes suspectes alors quelles devraient tre identifies intactes. Nous estimons, sur la base des mesures linaires et des analyses spatiales des dtections que lassignation du statut intact devrait atteindre 90% de conformit avec la rfrence aprs divers ajustements lalgorithme. La dtection des nouvelles routes fut un chec sans gard la rsolution ou au rehaussement dimage. La recherche des nouveaux segments qui sappuie sur le reprage de points potentiels de dbut de nouvelles routes en connexion avec les routes existantes gnre un emballement de fausses dtections navigant entre les entits non-routires. En lien avec ces incohrences, nous avons isol de nombreuses fausses dtections de nouvelles routes gnres paralllement aux routes pralablement assignes intactes. Finalement, nous suggrons une procdure mettant profit certaines images rehausses tout en intgrant lintervention humaine quelques phases charnires du processus.
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Lrosion olienne est un problme environnemental parmi les plus svres dans les rgions arides, semi-arides et les rgions sches sub-humides de la plante. Lrosion des sols acclre par le vent provoque des dommages la fois localement et rgionalement. Sur le plan local, elle cause la baisse des nutriments par la mobilisation des particules les plus fines et de la matire organique. Cette mobilisation est une des causes de perte de fertilit des sols avec comme consquence, une chute de la productivit agricole et une rduction de la profondeur de la partie arable. Sur le plan rgional, les temptes de poussires souleves par le vent ont un impact non ngligeable sur la sant des populations, et la dposition des particules affecte les quipements hydrauliques tels que les canaux ciel ouvert ainsi que les infrastructures notamment de transport. Dans les rgions o les sols sont frquemment soumis lrosion olienne, les besoins pour des tudes qui visent caractriser spatialement les sols selon leur degr de vulnrabilit sont grands. On na qu penser aux autorits administratives qui doivent dcider des mesures prendre pour prserver et conserver les potentialits agropdologiques des sols, souvent avec des ressources financires modestes mises leur disposition. Or, dans certaines de ces rgions, comme notre territoire dtude, la rgion de This au Sngal, ces tudes font dfaut. En effet, les quelques tudes effectues dans cette rgion ou dans des contextes gographiques similaires ont un caractre plutt local et les approches suivies (modles de pertes des sols) ncessitent un nombre substantiel de donnes pour saisir la variabilit spatiale de la dynamique des facteurs qui interviennent dans le processus de lrosion olienne. La disponibilit de ces donnes est particulirement problmatique dans les pays en voie de dveloppement, cause de la pauvret en infrastructures et des problmes de ressources pour le monitoring continu des variables environnementales. Lapproche mise de lavant dans cette recherche vise combler cette lacune en recourant principalement limagerie satellitale, et plus particulirement celle provenant des satellites Landsat-5 et Landsat-7. Les images Landsat couvrent la presque totalit de la zone optique du spectre exploitable par tldtection (visible, proche infrarouge, infrarouge moyen et thermique) des rsolutions relativement fines (quelques dizaines de mtres). Elles permettant ainsi dtudier la distribution spatiale des niveaux de vulnrabilit des sols avec un niveau de dtails beaucoup plus fin que celui obtenu avec des images souvent utilises dans des tudes environnementales telles que AVHRR de la srie de satellites NOAA (rsolution kilomtrique). De plus, larchive complet des images Landsat-5 et Landsat-7 couvrant une priode de plus de 20 ans est aujourdhui facilement accessible. Parmi les paramtres utiliss dans les modles drosion olienne, nous avons identifis ceux qui sont estimables par limagerie satellitale soit directement (exemple, fraction du couvert vgtal) soit indirectement (exemple, caractrisation des sols par leur niveau drodabilit). En exploitant aussi le peu de donnes disponibles dans la rgion (donnes climatiques, carte morphopdologique) nous avons labor une base de donnes dcrivant ltat des lieux dans la priode de 1988 2002 et ce, selon les deux saisons caractristiques de la rgion : la saison des pluies et la saison sche. Ces donnes par date dacquisition des images Landsat utilises ont t considres comme des intrants (critres) dans un modle empirique que nous avons labor en modulant limpact de chacun des critres (poids et scores). laide de ce modle, nous avons cr des cartes montrant les degrs de vulnrabilit dans la rgion ltude, et ce par date dacquisition des images Landsat. Suite une srie de tests pour valider la cohrence interne du modle, nous avons analys nos cartes afin de conclure sur la dynamique du processus pendant la priode dtude. Nos principales conclusions sont les suivantes : 1) le modle labor montre une bonne cohrence interne et est sensible aux variations spatiotemporelles des facteurs pris en considration 2); tel quattendu, parmi les facteurs utiliss pour expliquer la vulnrabilit des sols, la vgtation vivante et lrodabilit sont les plus importants ; 3) ces deux facteurs prsentent une variation importante intra et inter-saisonnire de sorte quil est difficile de dgager des tendances long terme bien que certaines parties du territoire (Nord et Est) aient des indices de vulnrabilit forts, peu importe la saison ; 4) lanalyse diachronique des cartes des indices de vulnrabilit confirme le caractre saisonnier des niveaux de vulnrabilit dans la mesure o les superficies occupes par les faibles niveaux de vulnrabilit augmentent en saison des pluies, donc lorsque lhumidit surfacique et la vgtation active notamment sont importantes, et dcroissent en saison sche ; 5) la susceptibilit, cest--dire limpact du vent sur la vulnrabilit est dautant plus forte que la vitesse du vent est leve et que la vulnrabilit est forte. Sur les zones o la vulnrabilit est faible, les vitesses de vent leves ont moins dimpact. Dans notre tude, nous avons aussi inclus une analyse comparative entre les facteurs extraits des images Landsat et celles des images hyperspectrales du satellite exprimental HYPERION. Bien que la rsolution spatiale de ces images soit similaire celle de Landsat, les rsultats obtenus partir des images HYPERION rvlent un niveau de dtail suprieur grce la rsolution spectrale de ce capteur permettant de mieux choisir les bandes spectrales qui ragissent le plus avec le facteur tudi. Cette tude comparative dmontre que dans un futur rapproch, lamlioration de laccessibilit ce type dimages permettra de raffiner davantage le calcul de lindice de vulnrabilit par notre modle. En attendant cette possibilit, on peut de contenter de limagerie Landsat qui offre un support dinformations permettant tout de mme dvaluer le niveau de fragilisation des sols par laction du vent et par la dynamique des caractristiques des facteurs telles que la couverture vgtale aussi bien vivante que snescente.
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De nos jours les cartes dutilisation/occupation du sol (USOS) une chelle rgionale sont habituellement gnres partir dimages satellitales de rsolution modre (entre 10 m et 30 m). Le National Land Cover Database aux tats-Unis et le programme CORINE (Coordination of information on the environment) Land Cover en Europe, tous deux fonds sur les images LANDSAT, en sont des exemples reprsentatifs. Cependant ces cartes deviennent rapidement obsoltes, spcialement en environnement dynamique comme les megacits et les territoires mtropolitains. Pour nombre dapplications, une mise jour de ces cartes sur une base annuelle est requise. Depuis 2007, le USGS donne accs gratuitement des images LANDSAT ortho-rectifies. Des images archives (depuis 1984) et des images acquises rcemment sont disponibles. Sans aucun doute, une telle disponibilit dimages stimulera la recherche sur des mthodes et techniques rapides et efficaces pour un monitoring continue des changements des USOS partir dimages rsolution moyenne. Cette recherche visait valuer le potentiel de telles images satellitales de rsolution moyenne pour obtenir de linformation sur les changements des USOS une chelle rgionale dans le cas de la Communaut Mtropolitaine de Montral (CMM), une mtropole nord-amricaine typique. Les tudes prcdentes ont dmontr que les rsultats de dtection automatique des changements dpendent de plusieurs facteurs tels : 1) les caractristiques des images (rsolution spatiale, bandes spectrales, etc.); 2) la mthode mme utilise pour la dtection automatique des changements; et 3) la complexit du milieu tudi. Dans le cas du milieu tudi, lexception du centre-ville et des artres commerciales, les utilisations du sol (industriel, commercial, rsidentiel, etc.) sont bien dlimites. Ainsi cette tude sest concentre aux autres facteurs pouvant affecter les rsultats, nommment, les caractristiques des images et les mthodes de dtection des changements. Nous avons utilis des images TM/ETM+ de LANDSAT 30 m de rsolution spatiale et avec six bandes spectrales ainsi que des images VNIR-ASTER 15 m de rsolution spatiale et avec trois bandes spectrales afin dvaluer limpact des caractristiques des images sur les rsultats de dtection des changements. En ce qui a trait la mthode de dtection des changements, nous avons dcid de comparer deux types de techniques automatiques : (1) techniques fournissant des informations principalement sur la localisation des changements et (2)techniques fournissant des informations la fois sur la localisation des changements et sur les types de changement (classes de- ). Les principales conclusions de cette recherche sont les suivantes : Les techniques de dtection de changement telles les diffrences dimage ou lanalyse des vecteurs de changements appliqus aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image exacte des lieux o un changement est survenu dune faon rapide et efficace. Elles peuvent donc tre intgres dans un systme de monitoring continu des fins dvaluation rapide du volume des changements. Les cartes des changements peuvent aussi servir de guide pour lacquisition dimages de haute rsolution spatiale si lidentification dtaille du type de changement est ncessaire. Les techniques de dtection de changement telles lanalyse en composantes principales et la comparaison post-classification appliques aux images multi-temporelles LANDSAT fournissent une image relativement exacte de classes de- mais un niveau thmatique trs gnral (par exemple, bti espace vert et vice-versa, boiss sol nu et vice-versa, etc.). Les images ASTER-VNIR avec une meilleure rsolution spatiale mais avec moins de bandes spectrales que LANDSAT noffrent pas un niveau thmatique plus dtaill (par exemple, boiss espace commercial ou industriel). Les rsultats indiquent que la recherche future sur la dtection des changements en milieu urbain devrait se concentrer aux changements du couvert vgtal puisque les images rsolution moyenne sont trs sensibles aux changements de ce type de couvert. Les cartes indiquant la localisation et le type des changements du couvert vgtal sont en soi trs utiles pour des applications comme le monitoring environnemental ou lhydrologie urbaine. Elles peuvent aussi servir comme des indicateurs des changements de lutilisation du sol. De techniques telles lanalyse des vecteurs de changement ou les indices de vgtation son employes cette fin.
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Une estimation des quantits de carbone organique dissous dans les millions de lacs boraux est ncessaire pour amliorer notre connaissance du cycle global du carbone. Les teneurs en carbone organique dissous sont corrles avec les quantits de matire organique dissoute colore qui est visible depuis lespace. Cependant, les capteurs actuels offrent une radiomtrie et une rsolution spatiale qui sont limites par rapport la taille et lopacit des lacs boraux. Landsat 8, lanc en fvrier 2013, offrira une radiomtrie et une rsolution spatiale amliores, et produira une couverture grande chelle des rgions borales. Les limnologistes ont accumul des annes de campagnes de terrain dans les rgions borales pour lesquelles une image Landsat 8 sera disponible. Pourtant, la possibilit de combiner des donnes de terrain existantes avec une image satellite rcente n'a pas encore t value. En outre, les diffrentes stratgies envisageables pour slectionner et combiner des mesures rptes au cours du temps, sur le terrain et depuis le satellite, n'ont pas t values. Cette tude prsente les possibilits et les limites dutiliser des donnes de terrain existantes avec des images satellites rcentes pour dvelopper des modles de prdiction du carbone organique dissous. Les mthodes se basent sur des donnes de terrain recueillies au Qubec dans 53 lacs boraux et 10 images satellites acquises par le capteur prototype de Landsat 8. Les dlais entre les campagnes de terrain et les images satellites varient de 1 mois 6 ans. Le modle de prdiction obtenu se compare favorablement avec un modle bas sur des campagnes de terrain synchronises avec les images satellite. Lajout de mesures rptes sur le terrain, sur le satellite, et les corrections atmosphriques des images, namliorent pas la qualit du modle de prdiction. Deux images dapplication montrent des distributions diffrentes de teneurs en carbone organique dissous et de volumes, mais les quantits de carbone organique dissous par surface de paysage restent de mme ordre pour les deux sites. Des travaux additionnels pour intgrer les sdiments dans lestimation sont ncessaires pour amliorer le bilan du carbone des rgions borales.
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Le nerprun bourdaine (Rhamnus frangula L.) est une espce exotique qui envahit plusieurs rgions du sud du Qubec, et plus particulirement la rgion administrative de l'Estrie. Actuellement, on connat encore peu l'cologie de l'espce dans le contexte qubcois et il nexiste pas de portrait densemble de sa distribution dans les forts tempres de cette rgion. Dans ce contexte, le premier objectif du projet tait de cartographier par tldtection la distribution du nerprun bourdaine dans deux secteurs de l'Estrie. Un second objectif tait d'valuer les variables environnementales dterminantes pour expliquer le recouvrement de nerprun bourdaine. La phnologie du nerprun bourdaine diffre de celle de la plupart des espces indignes arborescentes puisque ses feuilles tombent plus tard en automne. Cette caractristique a permis de cartographier, par dmixage spectral, la probabilit d'occurrence du nerprun bourdaine grce une srie temporelle d'images du capteur OLI de Landsat 8. Le recouvrement du nerprun bourdaine a t calcul dans 119 placettes sur le terrain. La cartographie rsultante a montr un accord de 69% avec les donnes terrain. Une image SPOT-7, dont la rsolution spatiale est plus fine, a ensuite t utilise, mais na pas permis d'amliorer la cartographie, puisque la date dacquisition de limage ntait pas optimale d un manque de disponibilit. Concernant le second objectif de la recherche, la variable la plus significative pour expliquer la prsence de nerprun bourdaine tait la densit du peuplement, ce qui suggre que louverture de la couverture forestire pourrait favoriser lenvahissement. Nanmoins, les rsultats tendent dmontrer que le nerprun bourdaine est une espce gnraliste qui sadapte bien plusieurs conditions environnementales.
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Les fichiers video (d'animation) sont dans un format Windows Media (.wmv)
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Ce travail sinscrit dans le cadre dun programme de recherches appuy par le Conseil de recherches en sciences humaines du Canada.
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La pollution microbienne des eaux rcratives peut engendrer un risque pour la sant des populations exposes. La contamination fcale de ces eaux reprsente une composante importante de ce risque, notamment par la prsence possible dagents pathognes et par lexposition des micro-organismes rsistants aux antimicrobiens. Les sources de pollution fcale sont multiples et incluent entre autres les activits agricoles et les productions animales. Ce projet visait donc mieux comprendre les facteurs influenant la qualit microbiologique des eaux rcratives du Qubec mridional, en ciblant le rle possible des activits agricoles, ainsi qu` proposer et valuer de nouvelles sources de donnes pouvant contribuer lidentification de ces facteurs. Dans un premier temps, une valuation de la prsence dEscherichia coli rsistants aux antimicrobiens dans les eaux rcratives ltude a t effectue. la lumire des rsultats de cette premire tude, ces eaux reprsenteraient une source de micro-organismes rsistants aux antimicrobiens pour les personnes pratiquant des activits aquatiques, mais limpact en sant publique dune telle exposition demeure dterminer. Les dterminants agroenvironnementaux associs la prsence de micro-organismes rsistants aux antimicrobiens ont par la suite t explors. Les rsultats de ce chapitre suggrent que les activits agricoles, et plus spcifiquement lpandage de fumier liquide, seraient relies la contamination des eaux rcratives par des bactries rsistantes aux antimicrobiens. Le chapitre suivant visait identifier des dterminants agroenvironnementaux temps-indpendants dimportance associs la contamination fcale des eaux ltude. Diffrentes variables, regroupes en trois classes (activits agricoles, humaines et caractristiques gohydrologiques), ont t explores travers un modle de rgression logistique multivari. Il en est ressorti que les eaux rcratives ayant des sites de productions de ruminants proximit, et en particulier lintrieur dun rayon de 2 km, possdaient un risque plus lev de contamination fcale. Une association positive a galement t note entre le niveau de contamination fcale et le fait que les plages soient situes lintrieur dune zone urbaine. Cette composante nous permet donc de conclure quen regard la sant publique, les eaux rcratives pourraient tre contamines par des sources de pollution fcale tant animales quhumaines, et que celles-ci pourraient reprsenter un risque pour la sant des utilisateurs. Pour terminer, un modle de rgression logistique construit laide de donnes issues de la tldtection et mettant en association un groupe de dterminants agroenvironnementaux et la contamination fcale des eaux rcratives a t mis au point. Ce chapitre visait valuer lutilit de telles donnes dans lidentification de ces dterminants, de mme qu` discuter des avantages et contraintes associes leur emploi dans le contexte de la surveillance de la qualit microbiologique des eaux rcratives. travers cette tude, des associations positives ont t mises en vidence entre le niveau de contamination fcale des eaux et la superficie des terres agricoles adjacentes, de mme quavec la prsence de surfaces impermables. Les donnes issues des images dobservation de la Terre pourraient donc constituer une valeur ajoute pour les programmes de suivi de la qualit microbiologique de ces eaux en permettant une surveillance des dterminants y tant associs.
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Le Qubec est une immense province lintrieur de laquelle existe une grande diversit de conditions bioclimatiques et o les perturbations anthropiques et naturelles du couvert vgtal sont nombreuses. lchelle provinciale, ces multiples facteurs interagissent pour sculpter la composition et la distribution des paysages. Les objectifs gnraux de cette recherche visaient explorer et comprendre la distribution spatiale des patrons des paysages du Qubec, de mme qu caractriser les patrons observs partir dimages satellitaires. Pour ce faire, les patrons des paysages ont t quantifis avec un ensemble complet dindices calculs partir dune cartographie de la couverture vgtale. Plusieurs approches ont t dveloppes et appliques pour interprter les valeurs dindices sur de vastes tendues et pour cartographier la distribution des patrons des paysages qubcois. Les rsultats ont rvl que les patrons de la vgtation prdits par le Ministre des Ressources naturelles du Qubec divergent des patrons de la couverture vgtale observe. Ce mmoire dresse un portrait des paysages qubcois et les synthtise de manire innovatrice, en plus de dmontrer le potentiel dutilisation des indices comme attributs biogographiques lchelle nationale.
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Cette tude vise tester la pertinence des images RSO - de moyenne et de haute rsolution - la caractrisation des types doccupation du sol en milieu urbain. Elle sest base sur des approches texturales partir des statistiques de deuxime ordre. Plus spcifiquement, on recherche les paramtres de texture les plus pertinents pour discriminer les objets urbains. Il a t utilis cet gard des images Radarsat-1 en mode fin en polarisation HH et Radarsat-2 en mode fin en double et quadruple polarisation et en mode ultrafin en polarisation HH. Les occupations du sol recherches taient le bti dense, le bti de densit moyenne, le bti de densit faible, le bti industriel et institutionnel, la vgtation de faible densit, la vgtation dense et leau. Les neuf paramtres de textures analyss ont t regroups, en familles selon leur dfinition mathmatique. Les paramtres de ressemblance/dissemblance regroupent lHomognit, le Contraste, la Similarit et la Dissimilarit. Les paramtres de dsordre sont lEntropie et le Deuxime Moment Angulaire. Lcart-Type et la Corrlation sont des paramtres de dispersion et la Moyenne est une famille part. Il ressort des expriences que certaines combinaisons de paramtres de texture provenant de familles diffrentes utiliss dans les classifications donnent de trs bons rsultants alors que dautres associations de paramtres de texture de dfinition mathmatiques proches gnrent de moins bons rsultats. Par ailleurs on constate que si lutilisation de plusieurs paramtres de texture amliore les classifications, la performance de celle-ci plafonne partir de trois paramtres. Malgr la bonne performance de cette approche base sur la complmentarit des paramtres de texture, des erreurs systmatiques dues aux effets cardinaux subsistent sur les classifications. Pour pallier ce problme, il a t dvelopp un modle de compensation radiomtrique bas sur la section efficace radar (SER). Une simulation radar partir du modle numrique de surface du milieu a permis d'extraire les zones de rtrodiffusion des btis et d'analyser les rtrodiffusions correspondantes. Une rgle de compensation des effets cardinaux fonde uniquement sur les rponses des objets en fonction de leur orientation par rapport au plan d'illumination par le faisceau du radar a t mise au point. Des applications de cet algorithme sur des images RADARSAT-1 et RADARSAT-2 en polarisations HH, HV, VH, et VV ont permis de raliser de considrables gains et dliminer lessentiel des erreurs de classification dues aux effets cardinaux.
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Les milieux humides remplissent plusieurs fonctions cologiques dimportance et contribuent la biodiversit de la faune et de la flore. Mme sil existe une reconnaissance croissante sur limportante de protger ces milieux, il nen demeure pas moins que leur intgrit est encore menace par la pression des activits humaines. Linventaire et le suivi systmatique des milieux humides constituent une ncessit et la tldtection est le seul moyen raliste datteindre ce but. Lobjectif de cette thse consiste contribuer et amliorer la caractrisation des milieux humides en utilisant des donnes satellites acquises par des radars polarimtriques en bande L (ALOS-PALSAR) et C (RADARSAT-2). Cette thse se fonde sur deux hypothses (chap. 1). La premire hypothse stipule que les classes de physionomies vgtales, bases sur la structure des vgtaux, sont plus appropries que les classes despces vgtales car mieux adaptes au contenu informationnel des images radar polarimtriques. La seconde hypothse stipule que les algorithmes de dcompositions polarimtriques permettent une extraction optimale de linformation polarimtrique comparativement une approche multipolarise base sur les canaux de polarisation HH, HV et VV (chap. 3). En particulier, lapport de la dcomposition incohrente de Touzi pour linventaire et le suivi de milieux humides est examin en dtail. Cette dcomposition permet de caractriser le type de diffusion, la phase, lorientation, la symtrie, le degr de polarisation et la puissance rtrodiffuse dune cible laide dune srie de paramtres extraits dune analyse des vecteurs et des valeurs propres de la matrice de cohrence. La rgion du lac Saint-Pierre a t slectionne comme site dtude tant donn la grande diversit de ses milieux humides qui y couvrent plus de 20 000 ha. Lun des dfis poss par cette thse consiste au fait quil nexiste pas de systme standard numrant lensemble possible des classes physionomiques ni dindications prcises quant leurs caractristiques et dimensions. Une grande attention a donc t porte la cration de ces classes par recoupement de sources de donnes diverses et plus de 50 espces vgtales ont t regroupes en 9 classes physionomiques (chap. 7, 8 et 9). Plusieurs analyses sont proposes pour valider les hypothses de cette thse (chap. 9). Des analyses de sensibilit par diffusiogramme sont utilises pour tudier les caractristiques et la dispersion des physionomies vgtales dans diffrents espaces constitus de paramtres polarimtriques ou canaux de polarisation (chap. 10 et 12). Des sries temporelles dimages RADARSAT-2 sont utilises pour approfondir la comprhension de lvolution saisonnire des physionomies vgtales (chap. 12). Lalgorithme de la divergence transforme est utilis pour quantifier la sparabilit entre les classes physionomiques et pour identifier le ou les paramtres ayant le plus contribu(s) leur sparabilit (chap. 11 et 13). Des classifications sont aussi proposes et les rsultats compars une carte existante des milieux humide du lac Saint-Pierre (14). Finalement, une analyse du potentiel des paramtres polarimtrique en bande C et L est propos pour le suivi de lhydrologie des tourbires (chap. 15 et 16). Les analyses de sensibilit montrent que les paramtres de la 1re composante, relatifs la portion dominante (polarise) du signal, sont suffisants pour une caractrisation gnrale des physionomies vgtales. Les paramtres des 2e et 3e composantes sont cependant ncessaires pour obtenir de meilleures sparabilits entre les classes (chap. 11 et 13) et une meilleure discrimination entre milieux humides et milieux secs (chap. 14). Cette thse montre quil est prfrable de considrer individuellement les paramtres des 1re, 2e et 3e composantes plutt que leur somme pondre par leurs valeurs propres respectives (chap. 10 et 12). Cette thse examine galement la complmentarit entre les paramtres de structure et ceux relatifs la puissance rtrodiffuse, souvent ignore et normalise par la plupart des dcompositions polarimtriques. La dimension temporelle (saisonnire) est essentielle pour la caractrisation et la classification des physionomies vgtales (chap. 12, 13 et 14). Des images acquises au printemps (avril et mai) sont ncessaires pour discriminer les milieux secs des milieux humides alors que des images acquises en t (juillet et aot) sont ncessaires pour raffiner la classification des physionomies vgtales. Un arbre hirarchique de classification dvelopp dans cette thse constitue une synthse des connaissances acquises (chap. 14). laide dun nombre relativement rduit de paramtres polarimtriques et de rgles de dcisions simples, il est possible didentifier, entre autres, trois classes de bas marais et de discriminer avec succs les hauts marais herbacs des autres classes physionomiques sans avoir recours des sources de donnes auxiliaires. Les rsultats obtenus sont comparables ceux provenant dune classification supervise utilisant deux images Landsat-5 avec une exactitude globale de 77.3% et 79.0% respectivement. Diverses classifications utilisant la machine vecteurs de support (SVM) permettent de reproduire les rsultats obtenus avec larbre hirarchique de classification. Lexploitation dune plus forte dimensionalite par le SVM, avec une prcision globale maximale de 79.1%, ne permet cependant pas dobtenir des rsultats significativement meilleurs. Finalement, la phase de la dcomposition de Touzi apparat tre le seul paramtre (en bande L) sensible aux variations du niveau deau sous la surface des tourbires ouvertes (chap. 16). Ce paramtre offre donc un grand potentiel pour le suivi de lhydrologie des tourbires comparativement la diffrence de phase entre les canaux HH et VV. Cette thse dmontre que les paramtres de la dcomposition de Touzi permettent une meilleure caractrisation, de meilleures sparabilits et de meilleures classifications des physionomies vgtales des milieux humides que les canaux de polarisation HH, HV et VV. Le regroupement des espces vgtales en classes physionomiques est un concept valable. Mais certaines espces vgtales partageant une physionomie similaire, mais occupant un milieu diffrent (haut vs bas marais), ont cependant prsent des diffrences significatives quant aux proprits de leur rtrodiffusion.
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Chaque jour, des dcisions doivent tre prises quant la quantit d'hydrolectricit produite au Qubec. Ces dcisions reposent sur la prvision des apports en eau dans les bassins versants produite l'aide de modles hydrologiques. Ces modles prennent en compte plusieurs facteurs, dont notamment la prsence ou l'absence de neige au sol. Cette information est primordiale durant la fonte printanire pour anticiper les apports venir, puisqu'entre 30 et 40% du volume de crue peut provenir de la fonte du couvert nival. Il est donc ncessaire pour les prvisionnistes de pouvoir suivre l'volution du couvert de neige de faon quotidienne afin d'ajuster leurs prvisions selon le phnomne de fonte. Des mthodes pour cartographier la neige au sol sont actuellement utilises l'Institut de recherche d'Hydro-Qubec (IREQ), mais elles prsentent quelques lacunes. Ce mmoire a pour objectif d'utiliser des donnes de tldtection en micro-ondes passives (le gradient de tempratures de brillance en position verticale (GTV)) l'aide d'une approche statistique afin de produire des cartes neige/non-neige et d'en quantifier l'incertitude de classification. Pour ce faire, le GTV a t utilis afin de calculer une probabilit de neige quotidienne via les mlanges de lois normales selon la statistique baysienne. Par la suite, ces probabilits ont t modlises l'aide de la rgression linaire sur les logits et des cartographies du couvert nival ont t produites. Les rsultats des modles ont t valids qualitativement et quantitativement, puis leur intgration Hydro-Qubec a t discute.
