Vers une caractérisation géomorphologique du lit mineur de ... · GT5, Hydrologie. ORFEO -16 mars 2009 ... Apport de la télédétection pour caractériser l’ensemble de la rivière?

ORFEO - 16 mars 2009 - PARIS

Vers une caractérisation géomorphologiquedu lit mineur de cours d’eau par images satellite T RHS :

cas de la Durance

D. Feurer, J.S. Bailly, C. Puech , Y. Le-Coarer, S. Reyes-Castillo, J. Damis, C. Delenne

GT5, Hydrologie


Gestion de l’eau : conflits d’usages, de plus en plus forts

Directive cadre européenne sur l’eau :Ajoute aux besoins pour l’hydroéléctricité, l’agriculture et les usages récréatifs la protection des ecosystèmes (biologie, hydromorphologie)

Approche : mesure des paramètres physiques

Thématiques principales :

-Hydraulique (eau et transport solide)-Hydromorphologie-Hydroécologie (habitat-poisson)

Les campagnes de terrain sont chères et donc limité es à de petits linéairesApport de la télédétection pour caractériser l’ensemble de la rivière?

Contexte


0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

0 50 100 150 200 250

Taile pixel (cm)

R²

R²_radiers_t30

R²_mouilles_t30

Les modèles sont de meilleure qualité pour des

tailles de pixel > 1m :lissage des effets locaux : vagues, ombres,

algues... [Carbonneau et al., 2005]

+ différences radiométriques entre images

Intérêt de l’imagerie

satellite THRS

Points d’apprentissage

Résultats précédents (Chaponnière, 2003)

Imagerie aérienne à très haute résolution (quelques centimètres)

Contexte :

Régressions couleur/profondeur

Approche :

Désagrégation du pixel, tailles allant de 2 centimètres à 3 mètres

Résultat


Variables d’intérêt :-Profondeur (Z)

mais aussi :-Géométrie du lit (XY) : limites-Unités hydromorphologiques: “radiers”, “mouillles” …

Critères d’intérêt :-Moins bonne précision que les campagnes terrain

mais :-Reproductibilité, homogénéïté spatiale,-Rapidité / couverture spatiale,-Appui/complément aux mesures de terrain ?

Caractériser les unités hydromorphologiques des rivièrespeu profondes (< 2m) par imagerie satellite multispect rale THRS

Objectif de l’étude ORFEO


• 45 km de la Durance – lit à fond de graviers

• Débit constant : 7 m3/s, centrales hydroéléctriques

• Crues morphogènes ~tous les 2-3 ans :déplacement et changement complet du lit mineur

20051990

Site d’étude


Données utilisées

• Données terrain :– Unité hydromorphologiques sur les 45 km, 2005– 4000 points avec hauteur/vitesse sur une station

d’intérêt de 2 kilomètres de long, juillet 2006

• Données satellite :– 3 images Quickbird RVB+PIR, juin 2006

Multispectral : 4 bandes à 2,4mFusion P+XS : 4 bandes à 60cm

• Conditions d’expérimentationprofondeur de Secchi ~0.6m


[Wasson, 2005]

riffle

riffle

riffle

riffle

poolpool

pool

Méthode – test en parallèle MS/P+XS

• Succession de traitements simples, appliqués aux images multispectrales et à la fusion P+XS:

– Délimitation du lit mineur– Extraction de l’axe des chenaux– Calcul des paramètres physiques

• largeur => coefficient de convergence• profondeur

– Classification en unités hydromorphologiquesen fonction de la profondeur, largeur, coefficient de convergence

MSP+XS


Étape 1: Délimitation du lit mineur

• Traitements spectraux et spatiaux :– Définition d’une zone d’intérêt (en particulier pour éviter les confusions avec

les route– Seuillage d’histogramme sur le PIR, NDVI, NDWI

(adaptation de Carbonneau, 2006)– Seuillage sur la taille des objets


m

Étape 2: Extraction de l’axe des chenaux

• Calcul à partir des lignes de rives• Basé sur la « squelletisation » des bordures


m

Étape 3 : Calcul des paramètres physiques 1/2

3a : estimation de la largeur et de coefficient de convergence par calculs raster :

– distance euclidienne à l’axe du chenal– gradient longitudinal de la valeur de largeur déterminée– allocation euclidienne de la largeur et du gradient en chaque point de la rivière

largeur

convergence


3b : estimation de la profondeur par modèles physiques (loi de Beer-Lambert) ρρρρ = ρρρρf - (ρρρρf - ρρρρ∞∞∞∞) . (1 -.e-2KZ)

– Utilisation de données terrain pour le calage

– Relations plus stables avec des ratios

Reflectance

ρρρρ

profondeur

ρ∞ρ∞ρ∞ρ∞

ρ∞ρ∞ρ∞ρ∞Turbidité croissante

Meilleure corrélation avec log (vert/rouge) [Leigleiter, 2005]

Extrapolation du modèle obtenu à l’ensemble des images

Étape 3 : Calcul des paramètres physiques 2/2

z

Fond

réfraction

atténuation


• Variables• Profondeur

• Largeur

• Convergence

• Algorithmes• Calcul de clusters

Comparaison avec données 2005 : zones stables + mouvements des radiers

Étape 4 : Classification en unités hydromorphologiq ues

m

profondeur largeur convergence

radiers

mouilles

2005


Présentation travaux complémentaires

Extrait présentation soutenance de thèse :Géomètrie 3D des lits de rivière par stéréophotogrammétrie

à travers l’eau


Conclusions et perspectives

• Valorisation des travaux :– Mémoires d’étudiants :

• Reyes-Castillo S., 2007, Segmentation morphologique de rivière par imagerie satellite THRS, master of Ecology, Montpellier university

• Damis J., 2007, “Bathymétrie à partir d’images de télédétection sur rivière : Application à la Durance”,PolytechMaster STE, Montpellier university

– Intégration à la communauté « Remote sensing of rivers » à la conférence internationale European Geophysical Union

• Morphologic segmentation of rivers from satellite high spatial resolution multi-spectral images, Bailly, J.S.; Puech, C. ; Le Coarer, Y. ; Reyes-Castillo S.,EGU, “Rivers and Remote sensing” session, Vienna, 2008

• Performances comparison of bathymetry on rivers from various visible high resolution images, Damis, J.; Delenne, C.; Bailly, J.S.; Puech, C., EGU, “Rivers and Remote sensing” session, Vienna, 2008

• Rédaction d’article pour numéro spécial dans Earth Pr ocesses andLandforms

– Morphologic segmentation of rivers from satellite high spatial resolution multi-spectral images,Feurer, D., Bailly, J.S.; Puech, C. ; Le Coarer, Y., Viau, A.

• Résultats des travaux menés de front– THRS spatiale dans le cadre d’ORFEO / THRS aérienne : couleur/profondeur, stéréophotogrammétrie⇒ Complémentarité forte⇒ Intérêt du satellitaire pour optimiser et rationaliser les prises d’informations localisées (terrain,

télédétection aérienne)

• Perspectives– Rebouclage avec les utilisateurs finaux : ce que les informations tirées des images peuvent apporter

aux méthodes de caractérisation actuelles– Traitements sur des images à différentes dates : suivi de la dynamique

⇒ Assimilation des données dans les modèles hydrauliques, hydromorphologiques

– Nécessité de disposer d’acquisitions de terrain - coordonner les acquisitions terrain/image

Documents

Vers une caractérisation géomorphologique du lit mineur de ... · GT5, Hydrologie. ORFEO -16 mars 2009 ... Apport de la télédétection pour caractériser l’ensemble de la rivière?