La télédétection satellite facile ?

La télédétection par satellite est en voie de démocratisation. Le programme européen de monitoring Copernicus a l'ambition de mettre à disposition de tous des données fréquentes, partout, pour longtemps. Il existe déjà beaucoup de données ouvertes : Landsat, MODIS, ... qui sont encore peu exploitées par les partenaires de GéoBretagne.

A l'occasion d'un programme subventionné par la préfecture de région Bretagne et mené par Agrocampus Ouest, nous avons expérimenté des services de télédétection qui publient automatiquement leurs résultats selon les modalités INSPIRE. Voici les résultats.

Le principe

A partir de données satellite ouvertes et de traitements de télédétection connus, nous avons voulu savoir si, de façon automatique, il est possible :
  • de récupérer les données satellite dès leur parution,
  • de leur appliquer des traitements - sur les nouvelles données ou sur une série historique de données,
  • de mettre à disposition les résultats en flux de visualisation et de téléchargement,
  • de trouver ces nouvelles données via les services de découverte INSPIRE,
  • de superposer ces données à celles du nuage INSPIRE,
  • d'explorer ces données dans le temps et dans l'espace.
Les opérations fastidieuses ne sont donc plus à la charge des utilisateurs - trouver les sources, s'authentifier, télécharger, faire les traitements, publier, rédiger les métadonnées... Gain appréciable car il faudrait reproduite de façon rigoureusement identique ces tâches à l'arrivée d'une nouvelle image.
A compter de juillet 2017, GéoBretagne met à disposition des données récentes comme le NDVI (indice de végétation), aux mêmes conditions que toute autre donnée INSPIRE. Elles sont immédiatement accessibles via des outils pratiques. Pour le partenariat, il s'agit de mieux comprendre les possibilités de l'imagerie satellitaire, de savoir quelles sont les évolutions mesurables et sous quelles conditions, de recenser les attentes ou les questions. Nous nous préparerons ainsi à l'arrivée des données Copernicus.

Le procédé

Projet professionnel - Agrocampus Ouest

Meriem Aalil, Wafa Benbelgacem, Chloé Lechevallier, Léa Charpentier

Comme annoncé en assemblée générale 2016, des élèves ingénieurs de l'Agrocampus Ouest ont mené une première exploration. Meriem Aalil, Wafa Benbelgacem, Léa Charpentier et Chloé Lechevallier ont montré comment une image pouvait être ajoutée à une "pyramide géotemporelle" sur GeoServer : on peut obtenir une valeur de mesure en tout point du territoire, pour plusieurs dates données. Nos outils répondent donc bien, ce qui n'a rien d'étonnant : les normes de l'Open Geospatial Consortium ont été prévues pour partager des données climatiques sur plusieurs dimensions - coordonnées, altitude, période...
 
Le choix de capteur s'est porté sur MODIS, un spectromètre spatial embarqué dans un satellite. MODIS prend tous les jours une vue du monde entier. Les données sont libres et facilement accessibles. La résolution de 250m nous permet de traiter toute la Bretagne. Les synthèses hebdomadaires maximisent la zone visible sans nuages. L'historique depuis l'an 2000 permet de constater des évolutions sur 17 ans.
 
Ingénieurs à l'Agrocampus Ouest, Mounir Saadni et Donatien Dallery sous la coordination d'Hervé Nicolas ont automatisé le circuit de traitement et de publication pour produire quatre données. Le code source est disponible sur github.

teledetection-tempnuit.png

donnée historisée 'température de nuit'

Les données "Température de jour" et "Température de nuit" fournissent la température moyenne par temps clair sur 8 jours ou 8 nuit. La source est le produit MODIS MOD11A2.
La donnée "Indice de végétation" (NDVI) met en valeur le dynamisme de la végétation, en étudiant le rayonnement réfléchi - longueurs d'onde rouges absorbées par la chlorophylle, et proche infrarouge plus ou moins réfléchi.

indice de végétation

donnée historisée 'indice de végétation'

La donnée "Fraction d'Evaporation" combine les produits précédents. Elle met en valeur la capacité du sol à évaporer, pour par exemple identifier des situations de stress hydrique. Elle peut aussi alimenter des modèles qui calculeront l'évapotranspiration et la biomasse.
fraction d'évaporation, source MODIS / Agrocampus Ouest

fraction d'évaporation, source MODIS / Agrocampus Ouest

 
Quelques jours après le passage du satellite, les données source sont publiées sur le site dédié. Elles sont récupérées, traitées et injectées dans GéoSAS, l'infrastructure de données spatiales de l'unité de recherche UMR SAS - INRA / Agrocampus-ouest. GéoBretagne est relié au catalogue de données GéoSAS, et a donc immédiatement accès aux résultats de traitement.

Utilisation

Toutes les données produites sont injectables dans les visualiseurs, systèmes d'information géographique et traitements compatibles INSPIRE. Nous avons conçu rapidement un démonstrateur en ajoutant une dimension temporelle au visualiseur "simple" de GéoBretagne. Au chargement de celui-ci, le catalogue est interrogé pour récupérer tous les dates disponibles. Une ligne des temps permet de choisir une date.
cartographie avec axe temporel

visualiseur avec axe temporel

Vous pouvez fabriquer votre composition temporelle en utilisant le visualiseur avancé :
  •  recherchez et ajoutez les données temporelles, par exemple "Température de nuit"
  • ajoutez d'autres données, comme les zones urbaines
  • envoyez la carte au visualiseur temporel
teledetection-timeviewer.png

Enseignements

Nous constatons qu'il n'y a pas de difficulté particulière à publier automatiquement des traitements de télédétection satellite, dès lors où les algorithmes sont maîtrisés.
 
L'arrivée de la dimension temporelle interroge sur nos autres données : si nous les rendons accessibles dans le passé (historique de la tâche urbaine, du trafic routier...), nous pourrons les explorer en trois dimensions x,y,t, les confronter à d'autres données synchrones, et constater des phénomènes non visibles sur un seul millésime.
 
Pour permettre au plus grand nombre de procéder à ces explorations, nous pouvons simplifier au maximum l'accès en nous basant sur les procédés INSPIRE éprouvés : un catalogue unique, des services de visualisation et téléchargement, la traçabilité des données, des licences ouvertes.
 
Cette expérimentation a pour principale vocation d'obtenir vos retours : intérêt, perspectives... Abonnez-vous à la liste GéoBretagne pour en parler !
 
Pour en savoir plus, voir le document joint qui synthétise la méthode employée.