Suivi des incendies de forêts par utilisation des images Alsat-1 (région de Sidi Bel Abbes - Algérie) & implémentation sur le programme RANET

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1 SETIT rd International Conference: Sciences of Electronic, Technologies of Information and Telecommunications March 27-31, 2005 TUNISIA Suivi des incendies de forêts par utilisation des images Alsat-1 (région de Sidi Bel Abbes - Algérie) & implémentation sur le programme RANET Moussa Sofiane KAROUI *, Habib MAHI *, Djaffar YOUSFI * * Centre National des Techniques Spatiales, Division de Télédétection 01 Avenue de la Palestine, B.P Arzew Oran Algérie Tél. : Fax : karoui@cnts.dz mahi@cnts.dz yousfid@cnts.dz Résumé: Ce travail a pour objectif la détection des feux de forêts de la région de Sidi Bel Abbes durant le mois d août 2003 à partir d images Alsat-1. Les données multi-dates acquises avant et après les incendies, ont permis dans un premier temps de délimiter les zones incendiées, et de détecter la remontée végétale sur l image de la même région une année après (2004) dans un second temps. Les résultats obtenus ont été implémentés sur le programme RANET sous format multimédia (pages web). Mots clés: Feux de forêts, Multimédia, NTIC, RANET, Télédétection. 1. Introduction Cette étude fait partie d un dispositif de sensibilisation des institutions africaines à l utilisation des technologies multimédia et des technologies spatiales. Les informations produites par ces organismes sont misent à la disposition des émissions RANET assurées par le satellite géostationnaire "Afristar". Elles peuvent être de natures différentes : climatiques, environnementales (feux de forêts, invasion du criquet pèlerin, inondations ), hydrométéorologiques, agronomiques. La détection des feux de forêts à partir d images issues du satellite Algérien Alsat-1, est susceptible de favoriser la lutte contre les calamités et catastrophes naturelles. L une des questions qui se situe au cœur de la problématique de développement en Afrique. 2. Programme RANET 2.1. Définition RANET (Radio InterNET) est un système de transmission d informations et de données par Internet pour sa diffusion par satellite à travers un système de réception radio et consultation sur ordinateur. Initié par le Centre Africain des Applications de la Météorologie pour le Développement (ACMAD) et résultant d un effort collectif des organisations nationales, régionales et internationales. Le programme RANET se situe à la confluence des nouvelles technologies de l information et de la communication -NTIC- (en particulier Internet), des technologies spatiales, des techniques de modélisation du climat et d élaboration des prévisions climatiques. Il vise à utiliser l information climatique et environnementale pour favoriser le développement et réduire la pauvreté en Afrique. Ces informations sont issues de la collaboration entre plusieurs institutions, et pouvant aider à la gestion des systèmes sensibles aux phénomènes météorologiques, permettant ainsi aux populations rurales démunies d accéder de façon simple et en langues véhiculaires aux informations hydrométéorologiques, agronomiques et environnementales. 2.2 Objectifs et activités Le programme RANET a des activités et objectifs locaux et d autres globaux. Les activités et objectifs locaux s articulent autour des points suivants : Satisfaire des besoins locaux en zone rurale en matière d information, assister à la prise de décision dans la gestion des ressources naturelles, assurer un développement socio-économique.

2 Pour ceux globaux : Assurer l accès à l information météorologique, climatique, environnementale, santé, éducation, là où les moyens traditionnels font défaut (monde rural), assurer un système de communication durable et fiable, développer le partenariat, renforcer les capacités, assurer l appropriation de l outil acquis Outils et moyens techniques Le programme RANET utilise essentiellement l application des technologies spatiales, les nouvelles technologies d information et de communication, et Internet. Les produits multimédia (pages web) sont diffusés par satellite pour une réception radio et consultation sur ordinateur Circuit de l information 3. Application à la détection des incendies de forêts 3.1. Introduction La forêt algérienne est caractérisée par sa fragilité et son état dégradé; elle connaît une nette régression dûe au : défrichement, surpâturage, maladies et incendies. De plus elle est caractérisée par un matériel particulièrement inflammable et combustible. Le vent et la pente facilitent la propagation du feu ; et celle-ci se manifeste pendant la période sèche, de juillet à septembre avec un maximum au mois d août. La saison estivale 2003 a connu une période caniculaire qui a été marquée par une nette augmentation des températures. Les conséquences ont été un plus grand nombre d incendies de forêts. La disponibilité des données Alsat-1 pendant cette saison et celle de 2004 permettent d établir un suivi des zones incendiées durant l année 2003, et une estimation de la remontée biologique une année après Spécifications techniques d Alsat-1 Alsat-1 est un microsatellite d observation de la terre, il effectue 14,6 révolutions par jour, soit le tour de la terre tous les 98 mn, il repasse à la verticale d un même point de la terre tous les 13 jours. Compte tenu de sa large fauché, Alsat-1 offre un pseudo-temps de revisite de 05 jours. Figure 1. Circuit de l information La figure 1 illustre le circuit de l information au sein de RANET, ce circuit est unidirectionnel, il débute par l expression des besoins en matière d informations, ces dernières sont émises sous forme de requêtes par les demandeurs. Ces requêtes seront ensuite acheminées vers le serveur RANET via des fournisseurs de contenu, pour leur transfert vers le satellite géostationnaire "Afristar" qui couvre tout le continent africain, ces informations seront diffusées et téléchargées à travers des radios numériques, puis consultables sur ordinateurs, et finalement transmises pour les derniers utilisateurs Spécifications générales Dimension : 60 x 60 x 60 cm Masse : 90 kg Durée de vie nominale : 05 ans Date de lancement : 28 novembre 2002 à 6h50 Orbite héliosynchrone : altitude de 680 km Inclinaison orbitale : 98, Spécifications du capteur Mode de prise de vue : Push-broom Capteur multispectral : 02 caméras couvrant 16 km Largeur de la fauchée : 2 x 300 km Nombre de pixels : par caméra Résolution spatiale : 32 mètres Taille image maximale : 600 x 560 km ( km²) Focale : 150 mm La caméra embarquée sur le microsatellite Alsat-1 couvre trois bandes du spectre électromagnétique : Figure 3. Bandes du spectre électromagnétique Figure 2. Radio numérique TONGSHI et accessoires Bande 1 : vert ( µm) Bande 2 : rouge ( µm) Bande 3 : proche infrarouge ( µm)

3 3.3. Approche préconisée L approche repose sur le traitement des images Alsat-1 de la région de Sidi Bel Abbes du 28 mai, 23 juillet et 10 août 2003, ainsi que celle du 09 août 2004, pour estimer la remontée biologique. {1 Données Alsat-1 mai, juillet et août 2003 Composition colorée des 03 canaux Recherche des points de calage Correction géométrique Images corrigées Interprétation et délimitation des zones incendiées en 2003 Les traitements réalisés ont suivi le cheminement classique dans toute approche par télédétection : La première étape a été d extraire l image de la même zone d études à partir des images multidates qui sont de grande taille, La seconde étape a consisté en une correction géométrique de ces données images. Cette étape passe au préalable par une reconnaissance d un certain nombre de points sur image assez caractéristiques (points amers), L interprétation est faite sur la base d une composition colorée des images de l année Cette composition a été réalisée à partir de la superposition des trois canaux proche infrarouge, rouge et vert des données Alsat-1. La trichromie (Figure 5.) a permis de faire ressortir les différents thèmes existants dans l image, dont les teintes sont les suivantes : - La végétation en rouge, - les sols nus en clair, - les agglomérations en bleu-gris, - les plans d eau en sombre, - les zones incendiées en gris foncé. Extraction et calcul de la superficie des zones incendiées en 2003 Donnée Alsat-1 de La photo-interprétation a permis de délimiter 04 zones incendiées (Figures : ) ; et un calcul de superficie a été réalisé (Tableau 1.). Extraction des zones incendiées en 2003 sur l image 2004 Calcul de l indice de végétation en 2003 Calcul de l indice de végétation en 2004 Calcul de la différence entre les indices de végétation Extraction et calcul de la superficie des zones régénérées Figure 4. Synoptique de la démarche adoptée

4 Figure 5. Trichromies du 28 mai, 23 juillet & 10 août 2003 (respectivement à partir du haut) Figure 6. Comparaison de la 1 ere zone incendiée sur les trois images : 28 mai, 23 juillet & 10 août 2003 (respectivement à partir du haut)

5 Figure 7. Comparaison de la 2 eme zone incendiée sur les trois images : 28 mai, 23 juillet & 10 août 2003 (respectivement à partir du haut) Figure 8. Comparaison de la 3 eme zone incendiée sur les trois images: 28 mai, 23 juillet & 10 août 2003 (respectivement à partir du haut)

6 En comparant les images à différentes dates, nous remarquons l évolution des feux durant cette période. Incendies Superficies (Ha) 28 mai 23 juillet 1 597,2 23 juillet 10 août 2 401,4 Total 3 998,6 Tableau 1. Superficie des zones incendiées pendant la période estivale 2003 L évaluation de la régénération des forêts incendiées durant l été 2003, est basée sur l étude de l indice normalisé de végétation (NDVI) 1 de ces mêmes zones incendiées sur l image d août Figure 10. Trichromie du 09 août 2004 La formule de l indice de végétation est : NDVI = Canal proche infrarouge Canal rouge Canal proche infrarouge + Canal rouge Figure 9. Comparaison de la 4 eme zone incendiée sur les trois images: 28 mai, 23 juillet & 10 août 2003 (respectivement à partir du haut) 1 NDVI : Normalised Vegetation Index

7 Le calcul de l NDVI a été effectué sur les zones incendiées seulement (utilisation de masque sur les autres thèmes), et sur les images bi-dates. La différence entre les deux images a permis de déceler la remontée biologique, dont les valeurs sont négatives. Figure 11. Indice de végétation des zones incendiées en 2003 Figure 12. Indice de végétation des mêmes zones incendiée en 2003 sur l image de 2004 Figure 13. Différence entre le 1 er indice de 2003 et le 2 eme de 2004 Figure 14. Remontée végétale sur les 04 zones incendiées en été 2003

8 Superficie (Ha) (%) remontée 288,7 7,22 Tableau 2. Superficie des zones régénérées en Analyse des résultats Pour les incendies de forêts pendant la saison estivale de 2003, la lecture des résultats obtenus confirme la fragilité des écosystèmes forestiers de cette région. En août 2004, les résultats montrent l existence d une végétation dans les zones incendiées, cette remontée peut être liée à l existence des espèces du sous bois telles que l Alfa et le Diss. Les cimes de certains arbres non détruites complètement par le feu et qui donnent un signe de vie le temps qui suit, peuvent être aussi à l origine de cette remontée végétale. Figure 16. Logiciel de téléchargement WorldSpace 4. Implémentation sur RANET L implémentation des résultats issus de l étude et le suivi des incendies de forêts, passe au préalable par l intégration de ces derniers sur des pages web. Leurs transfert sur le serveur RANET avec le protocole FTP, permet leurs vulgarisation et leurs manipulation par les différents demandeurs, notamment les services forestiers Transfert des données au serveur RANET Les informations intégrées sur des pages web seront transférées au serveur RANET en utilisant un logiciel FTP adéquat (exemple : WS_FTP, FileZila, ) avec un username et password fournis par l administrateur du serveur RANET. Figure 17. Sélection du canal ALC DATA Figure 18. Téléchargement des données Figure 15. Interface du logiciel FTP : WS_FTP 4.2. Téléchargement des données Cette étape consiste à télécharger les données diffusées par les émissions RANET, à partir du satellite AfriStar, sur le canal ALC DATA. Le téléchargement ce fait avec l utilisation d une radio numérique, ainsi que le logiciel de téléchargement de WorldSpace. Figure 19. Fichier en cours de téléchargement Figure 20. Fichiers reçus

9 4.3. Consultation sur ordinateur La consultation des données téléchargées se fait sur un navigateur web, exemple : Internet Explorer, Netscape, Mozilla. Conclusion Les traitements effectués à partir des données fournies par le microsatellite Algérien Alsat-1, ont permis la délimitation des zones touchées par les incendies durant l année L étude comparative avec les données 2004 a décelé une remontée végétale. Ce qui a permis l élaboration d un document de base pour la gestion et le suivi du patrimoine forestier en Algérie. L intégration des résultats sur le programme RANET sous format multimédia, sera sans doute d une grande utilité pour les services forestiers. Disposant d une radio numérique et le logiciel de téléchargement, ainsi qu un PC portable, les services forestiers là où ils se trouvent, pourront suivre en temps réels l évolution des incendies de forêts, d autant plus que les informations émises sur RANET sont quotidiennement actualisées. Remerciements Nous tenons à remercier la Cellule Imagerie de la Division de Télédétection, pour avoir mis à notre disposition les données Alsat-1. Nous remercions aussi le Directeur du Centre National des Techniques Spatiales, ainsi que le Directeur de la Division de Télédétection pour leurs soutiens. Références Suivi des feux de forêts : rapport interne à la division de télédétection, CNTS, septembre Alsat-1 spécifications techniques et modalités d acquisition des images : Brochure de l Agence Spatiale Algérienne. Documents remis lors de l atelier international : «RANET Internet Presence Initiative», Rabat (Maroc) du 07 au 11 juin Figure 21. Consultation des fichiers reçus sur navigateur web