[2020-2018] CES THEIA / « CES THEIA Artificialisation-Urbanisation »

Contrats de recherche financés

CES THEIA Artificialisation-Urbanisation

Programme de recherche porté par Anne Puissant (Université de Strasbourg, UMR 7362 LIVE) et co-porté par Sébastien Gadal (Aix-Marseille Université, UMR 7300 ESPACE)

Objectifs du projet

Le CES « Artificialisation – Urbanisation » du Pôle THEIA s’est donné pour objectif (i) de développer l’usage des outils, méthodes et données de télédétection appliqués à cette problématique, et (ii) de valoriser et qualifier les informations et favoriser leur appropriation par les usagers. Du point de vue applicatif, les enjeux sont d’assurer une connaissance de la consommation des surfaces artificialisées pour la gestion des territoires, notamment :

• Par la production d’une cartographie nationale historique et actualisée des espaces artificialisés
• Par la production régulière d’une cartographie détaillées de ces surfaces grises’ artificialisées (multi-classes) mais aussi des surfaces ‘vertes’ dans les zones urbaines ;
• Par la production régulière d’indicateurs spatiaux « qualifiés » (calculs d’incertitudes).
• Du point de vue scientifique, les enjeux de ce CES sont :
• De développer des méthodes complètement automatiques permettant d’exploiter les données historiques mais aussi en temps court les flux massifs d’images d’Observation de la Terre,
• De fournir une information détaillée des surfaces ‘grises’ et ‘vertes’ (multi-classes) fondée sur l’utilisation conjointe d’images disponibles (multi-résolution, optique/radar) et sur l’utilisation des données existantes ;
• De développer des indicateurs pertinents pour décrire l’état et la dynamique des phénomènes ;
• De qualifier les informations produites (incertitudes des cartographies et indicateurs) ;
• De développer des méthodes d’accompagnement / appropriation ;
• De valoriser les jeux de données existants (en termes de données de référence).

De manière plus précise, cinq CES-produits ont été identifiés, pour répondre à ces enjeux applicatifs et scientifiques :

• Le premier produit appelé « Tache artificialisée » a un objectif de production sur la France entière de la tache artificialisée avec une fréquence de production au minimum annuelle, à 10m de résolution spatiale et à l’aide des données disponibles dans THEIA (SPOT, LANDSAT, Sentinel 1&2, etc.) ;
• Le deuxième produit appelé « Urbanisation » vise un niveau de détail supplémentaire et a pour objectif de fournir, à l’aide de données disponibles à haute et à très haute résolution spatiale, une information détaillée sur les différentes composantes ‘grises’ en termes de morphologie urbaine (morphotypes de tissus urbains : dense, discontinu, zones commerciales et industrielles, emprises routières) ;
• Le troisième produit appelé « Végétation urbaine » s’intéresse à la composante ‘verte’ du milieu urbain en se focalisant plus particulièrement sur la composante 3D de la végétation ;
• Le quatrième produit appelé « Indicateurs urbains » vise à produire des indicateurs sur l’état et/ou la dynamique du milieu urbain en fonction de la part de la végétation, la densité du bâti, … mais également sur la qualité de l’information extraite (degré d’incertitudes) ;
• Le cinquième produit appelé « Valorisation des données » vise à produire un jeu de données libre pour l’exploitation des données THEIA via un « contest » de classification en milieu urbain. Il s’agira de proposer à la communauté scientifique un jeu de données (d’entraînement et de test) réparti sur toute la France associé à une interface web de validation. Chaque chercheur pourra ainsi valider automatiquement, sur le site du projet TOSCA, ses méthodes de classification. Les vérités terrain, obtenues par photo interprétation sur des sites variés, seront développées dans le cadre de ce projet.
• L’objectif est bien de proposer au sein du CES des produits différents de ceux proposés par Copernicus (ex. HR Layer Imperviousness), par leur nature, du fait de leur meilleure résolution spatiale, et de leur plus grande fréquence de mise à jour potentielle ou de par leur plus grande exhaustivité sur le territoire. Il s’agira par ailleurs de valoriser la masse de données image à haute et très haute résolution spatiale déjà existante et mise à disposition par le CNES et via le pôle Theia (SWH, SPOT6, Pléiades, etc), ainsi que les séries de données Sentinel 1 et 2 disponibles, respectivement depuis 2014 et 2015.

L’ensemble de ces données nous permettra d’améliorer les connaissances sur le milieu urbain et sera complémentaire en termes de produits fournis et de développements effectués notamment au sein des différents CES de THEIA (dont OSO, Albédo, maladies infectieuses, Pays du Sud, changement).

Productions

• Pôle Theia
  Bulletin du Pôle de données et de services surfaces continentales, n°7, Mai 2017. En ligne :  https://fr.calameo.com/read/004095310eff430c4ea0f
• Publications
  Sébastien Gadal, Walid Ouerghemmi. Multi-Level Morphometric Characterization of Built-up Areas and Change Detection in Siberian Sub-Arctic Urban Area: Yakutsk. ISPRS International Journal of Geo-Information, MDPI, 2019, 8 (3), pp.129. ⟨10.3390/ijgi8030129⟩. ⟨hal-02056619⟩
  Paul Gérard Gbetkom, Sébastien Gadal, Ahmed El Aboudi, Alfred Homère Ngandam Mfondoum, Mamane Barkawi Mansour Badamassi. Mapping of Built-up Areas in the Cameroonians Shores of Lake Chad and its Hinterland through based Object Classification of Sentinel 2 Data. Journal of Advanced Research in Dynamical and Control Systems, Institute of Advanced Scientific Research, 2019, 11 (11), pp.1034-1040.  ⟨hal-02437543⟩Vilena Efremova, Yuri Danilov, Sébastien Gadal. Заторные наводнения на реке лена на территории городского округа Г. Якутск. Meridian , Издательство ИП Осенина Ирина Леонтьевна, 2019, « Холод как преимущество. Города и криолитозона: традиции, инновации, креативность » (« Cold as an advantage. Cities and Cryolitozone: traditions, innovations, creativity »), 20 (2), pp.113-118. ⟨hal-02471752⟩

  Sébastien Gadal. CES THEIA Artificialisation-Urbanisation. [Rapport de recherche] CNRS ESPACE UMR 7300 ; AMU – Aix Marseille Université. 2019, pp.60. ⟨hal-03154447⟩

  Sébastien Gadal. The key-issues of the Geographic Knowledge in Remote Sensing Image Processing Artificial Intelligence. ISPRAS Open Conference 2019: 25 Anniversary of the Ivannikov Institute for Systems Programming of the RAS, Russian Academy of Sciences, Dec 2019, Moscou, Russia. ⟨hal-02396728⟩

  Anne Puissant, Arnaud Le Bris, Vincent Thiérion, Thomas Corpetti, Thibault Catry, Sébastien Gadal, Xavier Briottet, Rémy Cression, Nicolas S Baghdadi, Arnaud Sellé. Innovative Methods and Products of the  » Urbanization and Artificialization » Scientific Expertise Centre. Living Planet Symposium 2019, May 2019, Milan, Italy. 2019. ⟨hal-02135846⟩

  Sébastien Gadal. Multi-Temporal multi-scalar modelling of the dynamics of urban landscape changes by remote sensing. GIS Yakutsk 2019: GIS for Digital Development, NEFU, Apr 2019, Yakutsk, Russia. ⟨hal-02098320⟩

  Sébastien Gadal. Les modèles de connaissance dans les traitements des images satellitaires. Journée ECCOREV : Intelligence Artificielle et Big Data, Nov 2018, Aix-en-Provence, France. ⟨hal-01935674⟩

  Sébastien Gadal. Resilience and Adaptation: Monitoring Urban Changes in the Context of Risk Exposures, Climate and Societal Changes (Yakutia). UGI: Practical Geography and XXI Century Challenges, Academy of Science, Jun 2018, Moscow, Russia. pp.91. ⟨hal-01813091⟩

  Anne Péné-Annette, Jūratė Kamičaitytė-Virbašienė, Sébastien Gadal. Emerging cities in pioneer mining fronts: the examples of Guyana Plateau and Yakutia (Siberia). 2018 IGU Urban Commission Annual Meeting Urban Challenges in a complex World – Key factors for urban growth and decline, Aug 2018, Montreal, Canada. ⟨hal-01858545⟩

  Paul Gérard Gbetkom, Sébastien Gadal, Ahmed El Aboudi, Homère Ngandam. Mapping of built-up areas in the Cameroonians shores of Lake Chad and its hinterland through based object classification of Sentinel 2 images. GEOBIA 2018: From pixels to ecosystems and global sustainability, Jun 2018, Montpellier, France. ⟨hal-01826863⟩

  Sébastien Gadal. Enjeux et transition énergétique en Arctique russe. Urbanisations, énergies renouvelables et nucléarisation. Atelier DUREE : Urbanisation, ruralisation et consommation d’énergie, Université Paris Diderot Paris 7 -Université Paris 13 Paris Nord – IFSTTAR – PLEIADE – LIED -CESSMA, Nov 2017, Paris, France. ⟨hal-01817047⟩

  Angelija Bučienė, Sébastien Gadal, Jelena Galinienė, Viktoras Gailius. Žemaičių Naumiesčio seniūnijos kraštovaizdžio geografinė-retrospektyvinė analizė. Geologija. Geografija, 2017, 3 (1), pp.25-36. ⟨10.6001/geol-geogr.v3i1.3467⟩. ⟨hal-01533111⟩

  Gintautas Mozgeris, Sébastien Gadal, Donatas Jonikavičius, Lina Straigyte, Walid Ouerghemmi, et al.. The Potential of Imaging from Ultra-Light Aircraft for Urban Tree Inventories: Case Study in Kaunas, Lithuania. IUFRO – 125th Anniversary Congress 2017, Sep 2017, Freiburg, Germany. IUFRO, pp.430, 2017, Interconnecting Forest, Science, and People. ⟨hal-01595684⟩

  Jelena Galinienė, Inga Dailidiene, Sébastien Gadal, Viaceslav Jurkin. Land cover change as a consequence of natural and human impact: SE Baltic Sea region example. The 11th Baltic Sea Science Congress “Living along gradients: past, present, future”, Jun 2017, Rostock, Germany. 2017, ⟨10.13140/RG.2.2.18447.38560⟩. ⟨hal-01544672⟩

  Jelena Galiniene, Inga Dailidiene, Sébastien Gadal, Viaceslav Jurkin. Žemės paviršiaus kaita ir termiškumas: Lietuvos pajūrio pavyzdžiu. Jūros ir krantų tyrimai 2017, Apr 2017, Palanga, Lithuania. 2017. ⟨hal-01533110⟩

  Site internet présentant le projet

• https://www.theia-land.fr/urbain/