Intérêt des images à très haute résolution spatiale pour évaluer le
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1. T v a N o n v 2 D bn Encadr 3 Satellites et capteurs pour l observation de la Terre selon les 3 r solutions spatiale spectrale et temporelle FA EDS A D T ais RES MEL ETN LE Re i BE E 500 ner AH im 355 mi t m Him 1 km 10m 8 23 30 100 m IPE 6 MIR SIRT 15m Mm DO ATSR 16 12 AMIAR Bandet nam ioii 5 Fm 188 58m ntis O 55m Pan A59 Ma 0AE ME Pan 3M5 0 5 0 9 EFA 1000 2 cam ras EFA LODI RES 15 Gane Du 0455 ME Les gris s du tableou d limitent jes trois grands hypes de r soletion spatje besse moyenne et tr s hante mscutinn nabar tue deilal hallii postent plu dlia cape pol paini se allia dana das clarari diff rentes MIR 1 50 1 73 MS 043 0 89 1 58 1 75 ___ Pam M5 MEA 1 cam ra Len 3 7 m a FIL Tm AMC KBIRD 2 GEWEN CSBvIEM 94 Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al R sum La t l d tection tr s haute r solution spatiale THRS apporte dans les tudes environnementales la vision des objets de taille humaine Avec ces r solutions fines les traitements d images ne rel vent plus des classifications automatiques mais se rapportent davantage aux techniques de photo interpr tation Deux applications du potentiel de ces donn es images sont pr sent es dans le cas du risque d inondation L u2. gm E S bn Encadr 1 La THRS Tr s Haute R solution Spatiale Les sp cificit s des diff rents satellites se mesurent selon trois r solutions spatiale taille du pixel spectrale nombre et valeur des plages radiom triques utilis es et temporelle dur e entre deux images successives du m me lieu On doit encore ajouter des informations de type emprise g ographique au sol surface observ e et facilit d obtention des images rapidit co t possibilit de programmation acc s aux images d archive La fin des ann es 90 a vu l arriv e de satellites civils pour l observation de terre de nouvelle g n ration Le changement le plus profond concerne la r solution spatiale des nouveaux produits changement profond car les images nouvelles sont de type m trique r solution allant de 50 cm quelques m tres Les nouveaux satellites sont nombreux Aplin 1997 se reporter l encadr 3 en fin de cet article Citons par exemple IKONOS USA avec une r solution partir de 0 8 m SPOT 5 France r solution partir de 2 5 m ou encore IRS Inde partir de 5 8 m Le lancement d autres satellites plus sp cifiques sont pr vus court terme par exemple le syst me Pl iades du CNES ESA On place aussi dans les hautes r solutions spatiales les photos a riennes documents plus classiques pour lesquels les traitements d image sont g n ralement peu automatis s et de type photo interpr tation ta
3. quence Un choix raisonn de plusieurs dates de prises de vue augmente donc les chances des distinguer des classes d objets entre elles L image de gauche de la figure 1 correspond une composition color e de trois indices de v g tation issue de 3 images SPOT XS de dates diff rentes l int rieur d une m me saison culturale Ce type d image se pr te bien une caract risation automatique de l occupation du sol par classification num rique image de droite de la figure 1 En ce qui concerne la r solution spatiale qui reste le point focal de cette tude les questions portent sur le potentiel des nouvelles images disponibles Il y a peu les donn es civiles d observation de la Terre les plus pr cises taient des images r solution d cam trique par exemple SPOT panchromatique 10 m ou multispectral XS 20 m ou LANDSAT Thematic Mapper panchromatique 15 m et multispectral 30 m Ces images sont qualifi es actuellement de MRS Moyenne R solution Spatiale car d sormais il faut int grer des images beaucoup plus fines r solution m trique les images de THRS Tr s Haute R solution Spatiale encadr 1 p 84 L analyse du jeu de donn es test sur Montpellier figure 2 pr sentant 3 images de la m me zone avec des r solutions spatiales allant de 1 m 20 m a permis de confirmer que l on arrive Figure 1 Exemple de classification automatique partir d images SPOT XS gauche i
4. t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al Encadr 2 Quelques bases de donn es existantes en France Th matique Nom Description Occupation Corine Land BD vectorielle d occupation du sol Europe g r e pour la partie du sol Cover fran aise par l Institut fran ais de l Environnement tablie par interpr tation d images de t l d tection chelle 1 100 000 surface minimum 25 ha hi rarchis e en trois niveaux et 44 postes mise jour d cennale SPOT Thema BD vectorielle d occupation du sol de la soci t SPOT France m tropolitaine qui pr cise la BD Corine Land Cover du 1 50 000 8 postes au 1 25 000 29 postes Base BD Carto BD vectorielle g n raliste voies de communication hydrographie cartographique quipement unit s administratives de l IGN chelle en 7 th mes du 1 50 000 au 1 250 000 mise jour annuelle sur France m tropolitaine SCAN BD images de l IGN pour France m tropolitaine du SCAN25 1 25 000 au SCAN1000 1 1 000 000 pour quelques villes fran aises SCAN Ville jusqu 1 25 mise jour 4 5 ans PCI BD Image ou vectorielle de la DGI du 1 500 au 1 5 000 BD Topo BD vectorielle g n raliste routes hydrographie b timents relief de l IGN chelle en 10 th mes et 160 postes du 1 50 000 au 1 250 000 Routes et Address Map BD vect
5. G orouteV2 4 gt Assurances PIC de l IGN sont particuli rement adapt es pour la caract risation cartographique des enjeux Certaines bases sp cialis es en agriculture ex RGA sur les routes ex G orouteV2 sur les sites industriels dangereux ex base SEVESO sur les adresses ex AddressMap et Map5000 permettent m me l acc s aux niveaux 3 1 et 3 2 de sp cialisation de ces enjeux L analyse fine du contenu de ces bases r v le que leur usage combin permet de couvrir la quasi totalit des enjeux et ce dans les 3 niveaux identifi s Adam 2001 Cependant la plupart des bases de donn es prises une une pr sente un ou plusieurs des probl mes suivants 1 mise jour obsol te 2 incompl tude dans la couverture spatiale 3 difficult d acc s l information co t format autorisation 4 incompatibilit avec les autres bases de donn es Le principal int r t de la t l d tection est de pouvoir combler certaines de ces lacunes Utilisation des donn es de t l d tection et place que peuvent avoir les images THRS Le potentiel de discrimination des images de t l d tection peut tre facilement pr sent en fonction des trois types de r solution spectrale temporelle et spatiale Pour tayer ces propos un jeu test d images multi capteurs multi r solutions a t analys sur la zone p ri urbaine de Montpellier Adam 2001 Int r
6. gestion de toutes les donn es g or f renc es 3 l hydraulique pour le d coupage en compar timents de calcul et la mise en coh rence des observations 4 l IA intelligence artificielle pour la consti tution d un syst me de contraintes sur les niveaux d eau intra et inter compartiments et leur solution num rique optimale Les donn es utilis es sont celles des photos a riennes de la crue donn es fondamentales sur le ph nom ne compl t es par la connaissance de la plaine hors crue en topographie et en occupation du sol r f rence cartographique Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al La m thode La m thode de passage d une vision verticale des hauteurs et niveaux d eau a fait l objet de plusieurs articles dont une pr sentation ax e sur les aspects hydrauliques Raclot et Puech 1998 et une autre qui d taille les aspects de r solution du syst me de contraintes et d optimisation num rique de la solution Raclot et Puech 2001 Bien que de nombreuses am liorations aient t apport es depuis 1998 les bases restent inchang es et nous les rappellerons succincte ment laissant au lecteur le soin de revenir aux articles cit s La m thode repose sur l axiome que les photos a riennes ou imagerie satellite THRS contiennent une quantit consid rable d informations sur la plaine inond e sous une forme qua
7. la hauteur du plancher Les deux premiers niveaux 1 et 2 correspondent des proc dures de type SAGE Sch ma d am nagement et de gestion des eaux ou PI Plan d intervention au niveau r gional d partemental et intercommunal alors que le niveau 3 est requis par des proc dures de type assurances PIC Plan d intervention communal ou PPR Plan de pr vention des risques Services d partementaux Acteurs Objectifs Proc dures Services d administration Pr vention Planification le SAGE centrale R glementation du PLU le PPRin plan de pr vention des risques d inondation Coordinations r gionales Protection Plan de vigilance Annonce de crue Acteurs locaux post crise Compagnies d assurance Gestion de crise et Organisation des secours Plan d intervention PI Syst me d indemnisation lt d Tableau 1 Gestion du risque d inondation acteurs objectifs et proc dures 85 m A T 9 a n o r v Em 5 bn 86 D Tableau 2 Les 3 niveaux de nomenclature d occupation du sol adapt e la vuln rabilit au risque d inondation D Tableau 3 Ad quation entre les BD existantes et les niveaux propos s Zones naturelles hippodrome Niveau 1 Niveau 2 Niveau 3 Urbain Urbain continu Habitat individuel pavillon Rural Urbain discontinu Habitat collectif immeuble Zone en eau Z
8. Ing nieries N sp cial 2003 p 83 96 Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer Le risque d inondation Christian Puech Damien Raclot Pierre Maurel vec le d veloppement technologique de l imagerie satellitaire des techniques et des outils de traitement de l information g ographique SIG en lien avec l volution des capacit s informatiques d sormais de nouvelles techniques pour l analyse et la pr vention des inondations sont disponibles et utilisables Nous pr sentons ici un aspect nouveau li l apparition des donn es images tr s haute r solution spatiale THRS encadr 1 p 84 qui procurent des informations pertinentes pour am liorer la connaissance des zones inond es Ces techniques ne viennent pas tout r volution ner au point comme le voudraient certains de supprimer les risques d inondation mais elles peuvent contribuer leur meilleure gestion En effet leur apport peut tre important pour une connaissance rapide et plus objective du risque en offrant un syst matisme et une homog n it de vision sur les zones inond es avec une grande pr cision de localisation Ces nouvelles techniques ne sauraient tre utilis es seules en substitution des autres donn es ou approches elles doivent venir en compl ment de la panoplie des outils et techniques existants D ailleurs des compl ments de terrain sont n cessaires pour calibrer et valider
9. astral g or f renc es et assembl es BD PARCELLAIRE d adressage localis BD ADRESSE Travail en cours couverture totale du territoire par l ortho photographie et la topographie num rique pr vue en 2006 donn es parcellaires et adressage disponibles en 2007 Futur r f rentiel adresse unique AFIG o 1999 Actuellement il y a un pourparler entre diff rents partenaires IGN INSEE DGI et La Poste pour cr er un unique r f rentiel adresse homog ne sur tout le territoire avec une mise jour performante 87 mM D S T v O n o n w S c w on 88 Si l on consid re la r solution spectrale il existe une grande vari t de capteurs L utilisation du multi spectral augmente les capacit s de discrimination des diff rents th mes d occupation du sol par exemple l existence de valeurs radiom triques faibles dans le canal rouge et fortes dans le canal proche infrarouge est un bon indicateur de la pr sence de v g tation forte activit chlorophyllienne En terme de r solution temporelle plusieurs images prises des dates diff rentes am liorent en g n ral la discrimination entre les diff rents types d occupation du sol En effet les caract ristiques biophysiques et ou structurales de la plupart des objets la surface de la Terre voluent au cours du temps selon des cycles qui leur sont propres leurs r ponses spectrales varient en cons
10. atiale l tude du risque d inondation Colloque SIRNAT 2001 Syst mes d Information pour les Risques NATurels Sophia Antipolis 6 7 d cembre 2001 20 p RACLOT D PUECH C 2002 What Does AI Contribute to Hydrology Aerial Photographs and Flood Levels Applied Artificial Intelligence vol 17 n 1 p 71 86 SCOT 2000 Inondations sur l Aude le Tarn l H rault et les Pyr n es Orientales 12 au 14 novembre 1999 http www scot sa com siren inondations_aude htm SERTIT 2000 La Camargue crue d octobre 1993 int gration des images SPOT et ERS http sertit u strasbg fr sertit_webexpert projets camargue WILSON N 2002 Reasoning with Uncertain Constraints in the Flooding Problem Preliminary Report of the europeen project REVIGIS revision in GIS 30 p 96
11. ded point That constitutes a quantitative valorization under GIS of aerial photographs archives and soon of VHSR satellite images 95 Bibliographie AFIG o page consult e le 09 07 2001 Le R f rentiel Adresse tats des lieux et perspectives Juin 1999 http www cnig fr cnig infogeo france tudes adresse rapport final pdf ADAM F 2001 Apports de la t l d tection tr s haute r solution spatiale pour l aide la d termination de la vuln rabilit en zone inondable m moire fin d tudes ITA UMR3S Cemagref ENGREF Montpellier 75 p APLIN P ATKINSON P M CURRAN P J 1997 Fine spatial resolution satellite sensors for the next decade International Journal of Remote Sensing vol 18 n 18 p 3873 3881 m A gt w 9 a N o mr v S bn CAP GEMINI 1992 Filtres Extraction de zone urbaine Manuel d utilisation Multiscope Version 2 1 section VI 4 1 DEBAR P DESGRANGES P GAZULL L etal 1994 Une approche originale l chelle de la r gion Ile de France cartographie et calcul conomique des dommages des crues historiques in Crues et inondations 23 journ es de l hydraulique N mes France Soci t hydrotechnique de France 14 15 16 sept 1994 p 337 342 GILARD O 1998 Les bases techniques de la m thode Inondabilit Ed Cemagref Paris 207 p IRS SIEE 2001 tude globale pour une strat gie de r duction des risques d inondation du
12. e SIG d archives facilement consultable Une retomb e int ressante concerne la cr ation d une base de donn es de r f rence sur les crues observ es ais ment consultable au sein d un SIG et incluant le type de crue et son contexte fr quence du ph nom ne d cennale par exemple d calage temporel entre l instant de prise de vue et le pic de crue la s rie de clich s a riens rep r s par leur emprise au sol les limites de d bordement et les compartiments touch s par la crue le niveau d eau dans chaque compartiment inond avec son incertitude la hauteur d eau estim e l aplomb de tout point cot avec son incertitude La figure 5 illustre sur la Moselle les possibilit s de cette base Cette proc dure est une valorisation d archives mixtes hauteurs photos Le SIG rend ces donn es disponibles tout moment et en particulier en p riode de risque de crue On peut interroger imm diatement la base pour conna tre l tat lors d une crue de m me ampleur que celle redout e les photos indiquent sous forme analogique les routes coup es et les terres inond es tandis que les valeurs de cotes et hauteurs d eau attach es aux compartiments et points cot s renforcent consid rablement l int r t de la base SIG Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al Mise en route op rationnelle Une des di
13. e l occupation du sol a t r alis e par photo interpr tation analogique de photographies a riennes acquises pour cette tude Il est noter que la nomenclature de la carte a t d finie sp cifiquement pour une probl matique d inondation IRS et SIEE 2001 Par contre les travaux de recherche sur la caract risation de l occupation du sol par t l d tection sont foisonnants mais les nomenclatures et les niveaux de pr cision vis s ne sont pas Contact a UMR 35 Cemagref ENGREF Maison de la t l d tection 500 rue JF Breton 34093 Montpellier Cedex 5 83 forc ment adapt s une probl matique d inon dation contrairement ce qui est propos dans la partie enjeux ci dessous Les tudes sur la caract risation de l al a sont quant elles plus nombreuses Initialement bas es sur l emploi des photographies a riennes elles portent depuis quelques ann es sur l ensemble de la gamme d images satellitaires disponibles par exemple pour la France images SPOT et radar sur la Camargue en 1992 SERTIT 2000 ou sur les inondations du grand Sud en 1999 SCOT 2000 ou encore des donn es radar sur les inondations de Puisserguier Marinelli et al 1997 Toutes ces tudes utilisent l image pour d limiter la zone d extension de la crue l instant du clich et dans de rares cas comme conditions aux limites de la mod lisation hydraulique m A gt T YV a n o un v
14. ent du contexte de gestion Cela conduit une multitude de caract risations souhait es et donc des chelles et des objets tr s variables Leur caract risation par t l d tection n cessite de mobiliser des images de diff rentes r solutions aussi bien spatiales spectrales que temporelles Une nomenclature 3 niveaux la suite de l analyse de ces besoins et de diff rents cas d tude on a construit une nomenclature en 3 niveaux tableau 2 qui repr sente un compromis entre la diversit des besoins et la recherche d une nomenclature peu complexe F Adam 2001 Le niveau 1 est assez global et diff rencie essentiellement l urbain le rural et les zones en eau Le niveau 2 est une caract risation plus fine spatialement et plus d taill e s mantiquement Il repr sente plut t l chelle du quartier et est constitu de th mes tels que l urbain continu l urbain discontinu les zones agricoles les zones naturelles les infrastructures de grande taille port de plaisance hippodrome Le niveau 3 est encore plus pr cis il concerne plut t l habitat individuel et les objets ponctuels tels que les piscines les stations d puration les industries l int rieur de ce 3 niveau deux degr s de sp cialisation s mantique ont t d finis 3 1 les caract ristiques visibles depuis l espace par exemple le nombre d tages 3 2 les caract ristiques non visibles depuis l espace par exemple
15. es directions de circulation des eaux entre compartiments class s en flux ou quilibres hydrauliques obtenus directement sur image courants digues rompues et compl t s par connaissance terrain ou relev s de terrain post crue L tape 1 la plus longue et d licate est la constitution de la base de donn es du SIG qui contient toutes les informations de base ind pendantes de la crue altitude du terrain naturel structures lin aires de la plaine en compartiments digues routes rivi re occupation du sol etc L tape 2 concerne le recueil des particularit s de la crue analys e partir d une s rie de photos a riennes verticales ou obliques prises pendant la crue on renseigne les compartiments en informations sur les hauteurs d eau par des estimations majorantes ou minorantes de la valeur recherch e ainsi que des liens hydrauliques avec les compartiments voisins circulation de i vers j Chacune de ces informations peut se ramener des in galit s lin aires On tablit ainsi 2 in galit s relatives au niveau d eau de chaque compartiment 2 in galit s par flux et 4 in galit s en cas d quilibre entre compartiments voisins Raclot et Puech 1999 L ensemble de ces in galit s lin aires compose un syst me de contraintes sur les niveaux d eau Figure 4 Organisation spatiale de la m thode a compartiments th oriques et flux b et c compartiments r els et flux Moselle
16. fficult s pour une mise en route op rationnelle de cette m thode est la disponibi lit de photos de crue un instant proche du pic de crue l heure actuelle il existe rarement des prises de vues syst matiques en crue Le point le plus fastidieux et long est la phase pr paratoire hors crue mise en oeuvre de la base SIG recueil de points cot s et de r f rences fiables et compl tes sur l altitude et l occupation du sol Le recueil de photos en crue est quant lui d un co t marginal par rapport aux dommages caus s par l inondation et nous avons pu montrer que tout type d image pouvait tre valoris photo verticale ou oblique N amp B couleur ou IRC Infra rouge couleur prise de vue par avion muni de trappe H rault avion d a roclub Moselle ou m me ULM Aisne Mais il faut organiser ce recueil les crues sont des ph nom nes rapides et fugitifs Le recueil des donn es doit se faire un instant proche du pic de crue Selon les climats et la rapidit des ph nom nes le temps de d cider du vol de contacter une soci t de service de d bloquer les fonds et toutes les traces d eau ont disparu Ainsi en novembre 1999 dans les inondations dites du grand Sud Aude H rault Tarn la prise de vue syst matique des zones inond es a commenc 10 jours apr s le pic de crue Autrement dit l eau avait eu le temps de se retirer Il faut donc organiser l avance ces missions de prise de vue a
17. ives on assiste actuellement la mise en place d un r f rentiel grande chelle RGE bas en partie sur des photographies couleur r solution 0 5 m sur toute la France avec une mise jour tous les 5 ans Comme autres perspectives signalons des pourparlers entre la DGI la poste l IGN et l INSEE pour l tablis sement d un r f rentiel adresses unique sur la France homog ne exhaustif et r guli rement mis jour Un tel r f rentiel permettrait de g o r f rencer finement de nombreuses donn es alphanum riques notamment celles de l INSEE encadr 2 p 87 Analyse de l al a partir de photos a riennes L tude relative l analyse de l al a vise la valorisation de photos a riennes sur une plaine inond e pour d terminer le niveau d eau en tout point l instant de la prise de vue Objectif et crit res de qualit L objectif est d estimer des hauteurs d eau directement partir d une s rie de photos a riennes afin d aider la compr hension des inondations la structuration du champ d inondation la construction de la mod lisation elle m me ou au contr le de sa validit En lien avec les mod lisations hydrauliques la pr cision requise sur les estimations de hauteur d eau est de l ordre du d cim tre en lit majeur pour le lit mineur la qualit requise est plus fine mais elle ne rentre pas dans l analyse propos e ici Il faut remarquer que l un des cueils dans l e
18. l interpr tation des donn es spatiales elles m mes Rappelons que d un point de vue scientifique le risque est d fini comme un croisement entre un ph nom ne physique l al a et une vuln rabilit directe ou indirecte des enjeux pr sents dans la zone Gilard 1998 Les tudes de la vuln rabilit partir de donn es de t l d tection se sont limit es pour le moment des projets op rationnels o cette technologie a t utilis e de mani re tr s pragmatique souvent en se contentant de bases de donn es existantes Dans le cas du bassin de la Seine en r gion le de France la base de donn es MOS Mode d occupation du sol produite par l IAURIF Institut d am nagement et d urbanisme de la r gion le de France l chelle du 1 5 000 essentiellement par t l d tection a t employ e pour identifier les enjeux Debar et al 1994 Villion 1999 En Languedoc Roussillon un travail m thodolo gique exploratoire est en cours pour estimer l chelle infra communale la population r sidant en zone inondable La base de donn e vectorielle d occupation du sol SPOT Th ma au 1 25 000 d riv e d images satellitales SPOT a t test e en compl mentarit des donn es de l INSEE pour automatiser le calcul des populations concern es par une inondation dans les communes de moins de 10 000 habitants Sur les vall es inondables du Rh ne et de la Sa ne une cartographie d taill e d
19. litative ou semi qualitative chacune faiblement informative et qu une valorisation efficace passe par le rassemblement de l ensemble de ces donn es dans un m me traitement On est dans le cas d un observateur lointain d une plaine inond e qui d un coup d il embrassant le paysage inond se fait une repr sentation fine du ph nom ne inondant car il associe dans une m me analyse les lignes de courants les bords d inondation ainsi que les objets totalement ou partiellement inond s C est ce que nous cherchons faire ici l aide de techniques num riques en m langeant de nombreuses donn es disparates et de qualit variable dans une m me analyse globale Pour aider cette mise en coh rence la plaine est d compos e en compartiments hydrauliques connect s chaque compartiment tant suppos de niveau unique et se d versant vers les compartiments voisins plus bas sch ma de casiers hydrauliques figure 4 Les images ou photos a riennes en crue nous renseignent sur 3 types d informations qui peuvent tre incompl tes ou impr cises des informations sur la structuration en compartiments hydrauliques bas es sur les limites naturelles de la plaine digues haies routes des informations de niveau d eau par compar timent par recoupement de limites inond es avec un ensemble de points cot s ou d objets semi submerg s dont on conna t la hauteur des informations sur l
20. m A T pe a n o mr v x 5 bn 92 D Tableau 5 Volume de donn es et pr cision des r sultats Moselle crue de mai 1983 L tape 3 est la r solution num rique du syst me de contraintes Cette tape est enti rement automatis e et se d roule comme suit 1 le contr le l analyse et la v rification de coh rence intra compartiments On en d duit une premi re estimation de la plage de niveaux possibles Min Max avec un degr de confiance in galit s de type minorant majorant 2 le contr le du cha nage hydraulique on v rifie qu il n y a pas de circulations incompatibles 3 la transformation des flux et quilibres en contraintes entre niveaux de compartiments voisins 4 le contr le de coh rence inter compartiments quand on combine niveaux locaux et directions d coulement il y a au moins une solution possible entre les compartiments successifs i e le syst me de contraintes a au moins une plage de solutions 5 l obtention de la solution optimale resserrement des estimations pour obtenir une plage min max optimale dans chaque compartiment Le sch ma de r solution des contraintes de flux est bas sur un syst me de double balayage amont aval g rant les contraintes sur les maxima puis aval amont pour les contraintes sur les minima Une am lioration de l algorithme a t propos e par Wilson Wilson 2001 dans le cadre du programme e
21. mage composite d indices de v g tation issue de 3 images SPOT XS de dates diff rentes droite image class e m m a Figures 2 et 3 R solutions spatiales de la THRS la MRS Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al extraire partir d images MRS la majorit des th mes des niveaux 1 et 2 Mais ces images MRS deviennent insuffisantes pour acc der la caract risation du niveau 3 o seules les images de type THRS sont efficaces en permettant par exemple l individualisation des objets de type b ti Par contre des probl mes de co t de stockage et de temps de calcul apparaissent pour la THRS L emprise g ographique au sol des images THRS tant galement plus petite que pour les images MRS sauf pour les images des satellites SPOT 5 dont l emprise reste de 60 x 60 km mais avec une r solution pouvant atteindre 2 5 m la couverture exhaustive de grandes zones devient galement plus contraignante Enfin les traitements automatiques existants bas s sur des classifications par pixel adapt s la MRS ne sont pas fonctionnels avec la THRS Pour cette derni re la seule technique op rationnelle reste la photo interpr tation ventuellement assist e par ordinateur mais la tendance nouvelle est l mergence de techniques automatiques de d tection par objets Le tableau 4 r capitule de mani re qualitative les atou
22. ndis que la taille minimale des objets discrimin s est variable elle d pend de l altitude de prise de vue du grain de l image et du pas de scannage en cas de num risation Le passage des r solutions d cam triques satellites Landsat TM 30 m SPOT XS 20 m aux r solutions m triques apporte une finesse g om trique nouvelle qui am liore sensiblement la d limitation et l identification des objets malgr des probl mes accrus de stockage et de traitement de ces images tr s volumineuses Mais par ailleurs ce m me passage aux r solutions m triques n est pas seulement un simple changement num rique de la r solution On peut le voir comme une r volution dans l image elle m me r volution qui touche la nature de ce que l on voit sur l image les types d objets visibles ainsi que tous les aspects du traitement et de l utilisation des images D une part la THRS apporte dans les tudes environnementales une vision taille humaine la taille du pixel est proche de celle de l homme et des objets de son environnement habituel v hicules b timents arbres D autre part les probl mes de d formations et les m thodes d analyse et de traitement d image sont compl tement boulevers s et doivent tre revus et repens s ce que nous illustrerons en quelques points 1 D sormais les pixels sont trop petits pour que la hauteur des objets correspondants puisse tre n glig e devant la taille du pixel La zone couverte par le pixel
23. ne concerne l tude de la vuln rabilit apr s avoir class les enjeux soumis au risque en trois niveaux d observation l int r t des images THRS appara t en compl ment des bases de donn es g ographiques existantes et des images moyenne r solution L autre caract rise l al a inondation travers une utilisation originale de photographies a riennes en p riode de crue pour d finir la hauteur d eau en tout point inond Ceci constitue une valorisation quantitative d archives de photographies sous SIG la m thode pouvant terme tre adapt e l utilisation de donn es THRS satellitaires Abstract The very high spatial resolution VHSR aerial or satellite images contribute to environmental studies providing the vision of human size features To process these thin resolution images the most efficient approaches are not based on automatic classification any more but on computer assisted photointerpration This paper presents two applications which illustrate the potential of these images in the case of flood risk The first one is related to the vulnerability the useful objects for management are first classified into 3 hierarchical levels in order to better compare the interest of VHRS images with the existing geographical data bases and the intermediate resolution images The second one deals with the characterization ofthe flood phenomenon through an original use of aerial photographs to obtain the water height for any floo
24. ne peut plus tre consid r e comme plane L ombre en particulier devient un des l ments fondamentaux de l analyse d image et il est des cas o son analyse d finit mieux les objets que les objets eux m mes La dimension verticale de ces objets perturbe la vision une image avec vis e oblique aura des pixels fa ade de b timents la parallaxe va d former la vision des objets pais ou verticaux La r gle de base des m thodes de classification automatique d image devient caduque alors que l on supposait une bijection entre radiom trie et objet les objets d tude sont trop petits pour utiliser ces m thodes C est la variabilit interne des objets d int r t qui devient primordiale la caract risation d un objet en bloc par utilisation directe de la signature spectrale radiom trie est remplac e par l analyse des formes et de l arrangement des l ments internes Les m thodes de classification radiom triques automatiques inop rantes sont pour le moment remplac es par des techniques moins automatis es plus proches de la photo interpr tation Une plus grande automatisation de l interpr tation des images THRS constitue un nouvel enjeu pour la recherche en traitement d image 84 Int r t des images tr s haute r solution spatiale pour valuer le risque d inondation Christian Puech et al l inverse dans la partie al a ci dessous nous proposons une approche interne la zone inond e pour e
25. ompl ment des bases de donn es existantes Une des questions est de savoir si l on va utiliser des images en THRS ou en MRS encadr 1 Sur la base des l ments pr sent s dans le tableau 4 les images MRS interpr t es automatiquement apparaissent suffisantes pour la plupart des enjeux en zone rurale et pour les enjeux globaux en zone urbaine enveloppe des villes d coupage selon la densit du b ti La THRS appara t int ressante par rapport la MRS seulement pour acc der au niveau 3 1 notamment en milieu urbain et p ri urbain o les enjeux sont plus lev s avec une volution temporelle rapide Son int r t est plus marginal lt Figure 3 Extraction automatique de zones urbaines sur image MRS par traitements texturaux et morphologiques gauche SPOT XS1 droite extraction r sultante 89 m A 2 So v a Cr o n v c bn 90 en zone rurale car l utilit des nouvelles informations obtenues habitat isol serres mara chage est mettre en balance avec la lourdeur des moyens mobiliser On retrouve ici des id es de r solution optimale Marceau et al 1994 qui insistent sur le fait que la r solution la plus fine n est pas toujours la plus appropri e Pour un objet donn sa caract risation sur des images de t l d tection doit se baser sur un compromis entre les divers crit res d crits au tableau 4 p 89 Les perspect
26. ones agricoles Occupation du sol la parcelle Infrastructures de grande taille port de plaisance Objets industrie gare h pital STEP piscine cole Niveau de Niveau de Sp cialisation 3 1 Sp cialisation 3 2 Nb d tages cote plancher installation lectrique lt 4 SAGE PI Par la suite nous nous int resserons uniquement aux niveaux 1 2 et 3 1 niveau 3 degr 1 de sp cialisation les seuls pouvant tre trait s par t l d tection spatiale Les bases de donn es environnementales existantes Avant d tudier le potentiel de la t l d tection pour la caract risation de la vuln rabilit un premier travail a port sur la disponibilit et la pertinence des bases de donn es BD existantes notamment des bases environnementales L encadr 2 recense et d crit quelques bases de donn es existantes en France La m thode a consist analyser l ad quation des principales BD int ressantes et en fonction des 3 niveaux de nomenclature identifi s tableau 3 Les BD de type Corine land Cover Spot thema et BD Carto se sont av r es pertinentes pour les niveaux 1 et 2 Au niveau 3 les BD telles que les plans cadastraux informatis s PCI les Scan25 ou la BD Topo Niveau 1 et 2 Niveau 3 Corine Land Cover PCI Spot Thema BD Topo BDCarto Scan25 Scan ville BD de sp cialisation AddressMap et Map5000 Iris 2000 SEVESO RGA
27. orielle de g ocodage par adresse de la soci t Claritas Habitat et Map5000 chelle de la rue mise jour permanente communes gt 5 000 hab G oroute Base de donn es vectorielle de l IGN avec voirie et g ocodage par adresses mise jour 6 mois 2 ans concerne les routes de France et adresses de 400 agglom rations gt 10 000 hab Iris 2000 BD vectorielle de l INSEE lots regroup s pour l information statistique qui r cup re les donn es du RGP Recensement G n ral de Population chelle du quartier mise jour d cennale pour le RGP concerne les communes gt 10 000 hab certaines gt 5 000 hab Activit s SEVESO BD de l tat DRIRE localisant 700 sites d activit s industrielles industrielles consid r es comme dangereuses en France localisation au et agricoles 1 25 000 5 grands th mes RGA Base de donn es d Agreste service statistique du minist re de Recensement l Agriculture sur l ensemble des unit s de production reli e g n ral agricole l adresse du si ge d exploitation 5 th mes culture levage b timent mise jour pluriannuelle Le RGE Produit IGN le RGE est constitu de donn es R f rentiel g ographique grande chelle ortho photographiques BD ORTHO photographie a rienne couleur prise au 25 000 scann e et orthorectifi e livr e une r solution spatiale de 50 cm topographiques BD TOPO parcellaires cad
28. s aux crues du Rh ne Cartographie de l occupation du sol Lot N 4 de l tude cartographie 48 p MARCEAU D J GRATTON D J FOURNIER R A FORTIN J P 1994 Remote Sensing and the Measurement of Geographical Entities in a Forested Environment 2 The Optimal Spatial Resolution Remote Sens Environ 49 p 105 117 MARINELLI L MICHEL R BEAUDOIN A et al 1997 Flood mapping using ERS tandem coherence image a case study in southern France in 3rd ERS Symposium on Space at the service of our environment Florence ITALIE 17 21 march 1997 p 531 536 MATE 2001 tude de faisabilit d un observatoire des enjeux et de leur vuln rabilit aux inondations Cahier des charges pour la consultation de bureaux d tudes Document MATE DPPR SDPRM octobre 2001 10 p MOUQUET P 2001 Utilisation de photos a riennes obliques pour l estimation de la hauteur de crue Application au bassin versant de la Moselle m moire fin d tudes ENSAR 55 p PUECH C RACLOT BLIN D 2000 Guide m thodologique int gration des photos a riennes d inondation dans les mod les hydrauliques Application la vall e de l Aisne rapport d tude UMR3S CETMEF 80 p RACLOT D PUECH C 1999 Champs d inondation et photographies a riennes D termination des hauteurs de submersion Ing nieries EAT n 17 mars 1999 p 3 17 RACLOT D MAUREL P PUECH C 2001 Apports de la t l d tection tr s haute r solution sp
29. stimation des hauteurs d eau vient de la qualit de la base de donn es topographique dans le cas de l H rault on a pu comparer plusieurs bases topographiques entre elles points cot s issus de photogramm trie et les comparer une r f rence pr cise issue de campagnes GPS diff rentiel haute d finition Le r sultat est d cevant les bases de points cot s cens es tre de pr cision parfaite sont disparates avec des carts locaux pouvant atteindre 50 cm voire 80 cm du fait probablement d une mise en uvre trop impr cise des techniques de st r oscopie Dans ces conditions vouloir obtenir une hauteur d eau calcul e 10 cm pr s sur la plaine n est pas envisageable une estimation moyenne autour de 20 cm est certainement l objectif optimal atteindre Le sch ma utilis ne fait contrairement aux mod lisations aucune hypoth se hydraulique ni frottements ni tat de digue puisqu on ne fait que constater le niveau d eau atteint On d finit en fait la crue par une m thode inverse on part des r sultats de d bordements sur la plaine inond e observ e l instant de la prise de vue pour en d duire les hypoth ses du fonction nement ou valider les hypoth ses propos es Pour atteindre cet objectif on a mis en uvre une m thode qui rel ve de 4 domaines scien tifiques 1 la t l d tection pour l analyse et la valorisation des photos a riennes 2 les SIG pour le stockage et la
30. tres informations bases de donn es g ographiques existantes images moyenne r solution relev s sur le terrain VW Figure 5 Base op rationnelle une mosa que de photographies a riennes verticales sur laquelle viennent se rajouter pour chaque crue tudi e a une empreinte de photos obliques par crue tudi e et les photos en ligne b la structuration en compartiments et les niveaux d eau atteints avec incertitude c le champ de points cot s et l estimation des hauteurs d eau avec incertitude 93 L al a inondation est pr sent travers une utilisation originale de photographies a riennes en crue pour d finir la hauteur d eau en tout point inond On tablit par m lange de donn es en crue et hors crue une estimation des niveaux rendue coh rente par une organisation en syst me de contraintes Ceci constitue une valorisation quantitative d archives photos sous SIG la m thode pouvant terme tre adapt e l utilisation d images satellitaires THRS Sans r volutionner la gestion des zones inond es les images THRS peuvent d sormais apporter une connaissance pertinente syst matique r p titive et objective Mais de nouvelles m thodes doivent tre d velopp es pour l exploitation de ces images car les nouvelles r solutions ne tol rent plus les traitements automatiques valables avec les images moyenne ou basse r solution g m A
31. ts et limites respectifs des images MRS et THRS en termes de possibilit s de discrimination r solution emprise g ographique et de facilit d utilisation co t stockage automatisation R solution Co t et Emprise Automa spatiale stockage g ogra tisation phique traitement THRS MRS Tableau 4 Avantages et inconv nients des modes THRS et MRS Exemples de traitement automatique dans le cas d images MRS Parmi les traitements automatiques existants en MRS la classification supervis e pixel pixel est une des techniques les plus utilis es Elle permet de passer d une ou plusieurs images brutes de t l d tection une nouvelle image class e selon une certaine nomenclature figure 1 Une autre technique prouv e en traitement automatique est bas e sur l analyse de texture et l utilisation de la morphologie math matique et permet par exemple d extraire assez facilement des zones urbaines CAP GEMINI 1992 figure 3 En conclusion sur l apport potentiel de la THRS pour caract riser les enjeux La THRS permet un acc s au niveau 3 de la nomenclature ce qui n tait pas possible avec les donn es classiques de t l d tection MRS Mais compte tenu des contraintes abord es pr c demment l emploi de ce type de donn es ne peut tre syst matis toutes les proc dures il doit tre cibl en fonction des besoins et utilis seulement en c
32. urop en REVIGIS ce qui nous a conduit une solution compl te selon un double balayage par secteurs qui permet de g rer non seulement les flux mais aussi les quilibres hydrauliques niveaux d eau quasi identiques et direction de flux incertaine Raclot et Puech 2001 Applications et pr cisions obtenues Cette m thode a t appliqu e sur des plaines diverses H rault partir de photos verticales pour une crue rapide sur une plaine tr s structur e et un champ d inondation tr s large Raclot et Puech 1999 NOMBRE Compartiments 156 Contraintes 496 Points cot s 3063 Demi Amplitude Moyenne 22 cm Max Min 2 Aisne photos obliques crue lente et plaine peu structur e mais doubl e de canaux Puech et al 2000 Moselle conditions proches de l Aisne estimations effectu es pour 2 dates d inondations Mouquet 2001 La qualit d estimation des r sultats est apparue dans tous les cas proche de 20 cm pour la demi amplitude moyenne entre les valeurs minorantes et majorantes de l estimation ce qui repr sente une valeur par exc s de l erreur r elle et qui place ces r sultats dans les sp cificit s de qualit compatibles avec l hydraulique du champ d inondation tableau 5 Il faut rappeler que cette m thode est contrairement aux mod les de simulation enti rement exempte d hypoth ses de fonctionnement coefficient de frottement rupture de digue Une bas
33. vant le ph nom ne enveloppe financi re type de prestation autorisations de vol II faut aussi veiller suivre un certain nombre de consignes une vue r guli re de tout le secteur inond en favorisant le syst matisme et la continuit plut t que des photos sensation nelles qui n ont qu une valeur esth tique ou journalistique Conclusion Le potentiel op rationnel offert par les images de t l d tection satellitaire pour les projets de gestion s accro t avec l arriv e des donn es tr s haute r solution spatiale THRS Le gain est d autant plus fort que les objets visibles sur ces nouvelles images ont directement un int r t pour le gestionnaire b timents voies de communication digues Dans cet article deux exemples illustrent l apport nouveau de ces images dans le cadre des deux composantes du risque d inondation savoir la vuln rabilit et l al a Dans le cas de la vuln rabilit les objets utiles la gestion ont t class s en trois niveaux d observation l int r t des images THRS appara t fortement pour les l ments fins de type habitat individuel et objets ponctuels tels que piscines stations d puration industries Les informations sur ces images sont bien entendu incompl tes certains degr s de sp cialisation ne peuvent tre obtenus par exemple le nombre d tages par vue verticale Aussi ces donn es prennent toute leur valorisation en compl ment d au
34. xtraire des informations originales et acc der une connaissance des niveaux d eau Les deux r flexions pr sent es ici sont issues d tudes men es par l UMR3S Cemagref Engref Montpellier sur l analyse du risque d inondation tudes financ es dans le cadre du programme ASS 2000 actions scientifiques structurantes Ces deux tudes sont compl mentaires dans la mesure o l une s est int ress e la caract ri sation des enjeux vuln rables partir d images THRS Adam 2001 tandis que l autre a port sur le ph nom ne de crue l al a Raclot et al 2001 Mouquet 2001 Caract risation des enjeux par THRS Un tat des lieux des d marches de gestion du risque d inondation fait appara tre une multiplicit d acteurs d objectifs et de proc dures associ es Les acteurs apparaissent diff rents niveaux d intervention du niveau national agences de l eau minist res en passant par les niveaux r gion et d partement DIREN DRAF agence de bassin DDE DDAF pr fectures S curit civile jusqu au niveau local communes syndicat inter communal ainsi que des acteurs transversaux tels que les compagnies d assurance Les proc dures de gestion des zones inondables sont pr sent es dans le tableau 1 en fonction des objectifs pr vention protection gestion de crise et post crise L analyse des besoins en terme d identification des enjeux utiles au calcul de la vuln rabilit d pend donc fortem
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