Appel à projet APSAT Action publique, technologies satellitaires et développement durable. Pinastéréo

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2 Appel à projet APSAT Action publique, technologies satellitaires et développement durable Pinastéréo Estimation du volume et de la biomasse forestière dans le massif de pin maritime aquitain à partir d'images stéréoscopiques à très haute résolution spatiale (satellite Pléiades) Thierry Bélouard (IGN DIRSO) Nicolas Py (IGN DIRCE), Nicolas Champion (IGN Espace), Dominique Guyon (INRA EPHYSE), Grégoire Maillet (IGN DTSI), Céline Meredieu (INRA BIOGECO) Toulouse, 2 juillet 2014 ign.fr

3 Introduction Objectifs et principes de la méthode Couples d images Stéréoscopiques Pléiades MN Terrain MN Elévation (corrélation d images) MN Canopée Bases de données (dendrométrie) Volume/Biomasse = fonction de SER, essence, hauteur (MNC) Cartographie forestière (V2) Sylvo-éco-régions (SER) Zone d étude Massif Landais Livrables du projet Volume/ Biomasse (modèles et spatialisation) ign.fr

4 Introduction Zone d étude Initialement : zone des Landes du projet ANR FORESEE «Caractérisation de la ressource forestière pour les bioénergies», avec commande d images Pléiades dans le cadre de recette thématique utilisateurs (RTU) du Cnes Acquisition : décembre 2013 Consortium : ANDRA, FCBA (pilote), IGN, INRA, Irstea, ONF, Sintegra, UCFF Difficultés d acquisition (conflits de programmation, météo, ) d où commande sur une zone complémentaire Acquisition : août 2013 Paramètres compatibles avec les commandes de l INRA sur le dispositif expérimental du bassin du Tagon Programmation en cours ign.fr

5 Photogrammétrie numérique Principe de calcul d un MNE La prise de vue d une même scène sous différents angles permet de reconstituer la vision stéréoscopique en exploitant la parallaxe C D ign.fr

6 Modèles numériques de surface, de terrain et de canopée MNS, MNT et MNC Modèles numériques MNS (ou MNE) : surface ou élévation (sursol : bâtiment, forêt ) MNT : terrain (sol) MNC : canopée (ou couvert ou hauteur) MNC = MNS MNT Forte expérience de l IGN de production de MNS par corrélation d images en milieux artificialisés mais peu en forêt Exemple : modèle numérique de canopée de la forêt domaniale de Bercé (72) à partir de photographies aériennes ign.fr

7 Photogrammétrie numérique Outil logiciel de calcul d un MNE (ou MNS) Automatisation : logiciel MicMac Outil open-source pour la mise en place et la corrélation d images ( Développé par Marc Pierrot-Deseilligny (IGN) depuis 2005 Des cas d utilisation très variés mais peu d applications à la forêt

8 Photogrammétrie numérique MNE à partir de prises de vue aériennes

9 Données mobilisées Images Pléiades Pléiades panchromatique Pléiades multispectral BD Ortho IRC 2009 ign.fr

10 Résultats qualitatifs Stades de développement des futaies de pin maritime Stades de développement des futaies de pin maritime Coupe rase IGN / XX Bouquet de 10 m 01/04/ / XX Futaie de 17 m

11 Résultats qualitatifs Eléments de petite surface Arbre isolé Trouée IGN / XX 01/04/ / XX

12 Résultats qualitatifs Eléments étroits Haie de robiniers (largeur ~ 10 m, hauteur ~ 10 m) Pins disparus sur une ligne de plantation (~ 10 m x ~ 8 m)

13 Résultats qualitatifs Peuplements chablis et mités vs. peuplements indemnes Vielle futaie chablis clairsemée (arbres de 22 m) Jeune futaie indemne (~ 13 m)

14 Qualification du MNC Pléiades à partir de levers sur le terrain Données de qualification utilisées Pins maritimes des placettes de lever du projet ANR FORESEE (906 arbres) Coordonnées du centre de la placette : ± 1 m (GPS différentiel) Coordonnées polaires des arbres Hauteur des pins maritimes lever (dendromètre vertex) Hauteur terrain (m) Effectif Difficulté : données de référence? Recherche de la cime des arbres? Approche placette et non approche arbre Hauteur MNC (m) = maximum au sein d un disque de 1 m de rayon centré sur la tige Résidus [Hauteur terrain] = 1,05 [Hauteur MNC] + 2,67 m ; R² = 91 %

15 Modélisation de la hauteur des peuplements Utilisation des levers Foresee Modèle linéaire 41 placettes de levers Futaie régulière de pin maritime Hauteur dominante i.e. moyenne des 100 plus gros à l ha Placettes circulaires de 15 m de rayon (6 m si petit bois uniquement) Secteur de St-Symphorien (Gironde) Hauteur de Lorey i.e. moyenne des hauteurs pondérées par la surface terrière Hauteur dominante Hauteur de Lorey 70 e percentile H 70 Médiane H 50 HDom= 3,79 + 1,06 H 70 R² = 97,7% HLorey = 3,17 + 1,11 H 50 R² = 97,9%

16 Volume aérien total et biomasse forestière Utilisation des résultats du projet ANR Emerge Difficulté d avoir des données de référence précises Utilisation de modèles (tarifs) Prédicteurs : essence (groupe), circonférence et hauteur(s) Résultats du projet ANR Emerge «Elaboration de Modèles pour une Estimation Robuste et Générique du bois Energie» Rendez-vous techniques ONF n (hiver-printemps 2013)

17 Volume aérien total des peuplements de pin maritime Echantillon Foresee Modèle non linéaire Echantillon de 41 placettes (secteur de St- Symphorien) Méthodes Paramétriques : régressions linéaire, logarithmique et non linéaire Non paramétriques : forêts aléatoires (boîte noire) pour la sélection des variables Modèle non linéaire Vol 0 = 3,298 mean(h2) 1,660 (σ(h2)²) -0,641 R² = 86,5%, RMSE = 45,9 m3/ha Modèle linéaire (comparaison) Vol 0 = 23,0 mean(h2) 72,4 σ(h2)² R² = 84,4%, RMSE = 48,6 m3/ha 2 prédicteurs expliquent la majorité de la variabilité du volume : moyenne (+) et écart-type (-) Seuil de 2 m Résultat conforme à d autres travaux scientifiques (Magnussen, Bouvier) La proportion de trouées n est pas un prédicteur ( Bouvier) A venir : utilisation de l échantillon IGN (représentativité)

18 Spatialisation de la ressource forestière Principe et objectifs Principe (d après White et al.) Illustration en Colombie brittanique, Canada (Wulder et al.) Application Pinastéréo : Hauteur dominante : en cours Volume et biomasse : sous réserve de précision suffisante des modèles

19 Conclusion MNS Technique photogrammétrique opérationnelle Qualité satisfaisante des images Pléiades MNT Maillon très important Stable dans le temps Amélioration de la résolution et de la précision avec le RGE Alti MNC Sous-estimation des hauteurs modélisation Nombreuses applications envisageables Statique : ressource forestière, occupation du sol, bocage Dynamique : détection des changements (coupes, dégâts, croissance en hauteur) Hauteur des peuplements Lien fort avec le MNC Sous-estimation mais correction du biais par modélisation Volume et biomasse Lien réel avec le MNC, le MNC apporte une information pertinente sur la localisation de la ressource sur pied Spatialisation conditionnée à la précision des modèles ign.fr

20 Merci de votre attention ign.fr