Cet article fait partie du dossier : L'imagerie et les données satellitaires pour l'observation du territoire
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Le projet Green Urban Sat, labellisé et cofinancé par le dispositif Space Climate Observatory (SCO) du CNES et piloté par le Cerema, a pour objectif de développer des méthodes et des outils de traitement de données multi-source et en particulier d’images satellitaires (Pléiades) pour constituer une classification fine des formes végétales à l’échelle d’une agglomération.
Exploiter les images très haute résolution Pléiades neo
Cette nouvelle constellation de satellites à très haute résolution spatiale a été lancée en 2021 par Airbus, prenant ainsi le relais des satellites Pléiades (CNES/Airbus), en orbite depuis 2011, qui offraient déjà d'excellentes opportunités pour l'observation urbaine, avec une résolution spatiale de 50 cm. En plus de présenter une meilleure précision au sol, ces nouveaux satellites possèdent aussi deux nouvelles bandes spectrales, en plus du Bleu, Vert, Rouge, et du Proche Infrarouge : le Deep Blue et le Red Edge. La première bande sera principalement utilisée pour la bathymétrie et pour l’analyse de l’eau, et la seconde pour le suivi du stress hydrique de la végétation.
Tous ces avantages étant très prometteurs pour l'observation de la Terre, le Cerema a souhaité tester l'utilisation de ces nouvelles images en répondant au Challenge Pléiades Neo lancé par Airbus en juin 2022, permettant aux participants de commander gratuitement de nouvelles acquisitions servant à réaliser un projet de quelques mois.
Le projet Green Urban Sat, lancé en avril 2022, a pour but de développer une méthode de cartographie fine de la végétation urbaine, et fournira des indications très précises sur le type et les caractéristiques des entités végétales d’une ville. Ce projet est développé sur le territoire test de la Métropole du Grand Nancy, en partenariat entre le pôle Satellite du Cerema Occitanie, l'équipe de recherche TEAM (Transferts et interactions liés à l'eau en milieu construit) du Cerema Est, le laboratoire LIVE-A2S et la société Terranis.
Il se base sur des images multi-angulaires et multi-temporelles des satellites Pléiades. La méthode est scindée en plusieurs étapes, la première étant la détection de la végétation sur les images satellite, et c'est cet axe qui a été choisi pour tester l'apport des images Pléiades Neo dans le cadre du challenge éponyme.
Essais de détection de la végétation
Une image tri-stéréoscopique (avec 3 angles de vue successifs) a donc été commandée sur Nancy et acquise par Airbus le 9 octobre 2022. Les tests de détection de la végétation par NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) puis par classification supervisée sur ces images ont montré l'intérêt de la résolution 30 cm par rapport à la résolution 50 cm des satellites Pléiades : les contours des formes végétales sont plus précis, et de plus petites structures végétales (arbustes) sont détectées. La bande Red Edge, utile pour le suivi du cycle phénologique et du stress hydrique des plantes, a ensuite été intégrée aux calculs de détection de la végétation, menant à des performances similaires.
Une distinction entre végétation arborée et herbacée a ensuite été expérimentée, via un calcul de texture. En effet, sur les images Pléiades, une couverture arborée apparaît plus hétérogène qu’une couverture herbacée. Nous avons observé que ce n’était pas le cas sur les images Pléiades Neo, du fait de leur très haute précision, qui implique un fort niveau de détail sur l’herbe et donc une texture également hétérogène. Pour distinguer la végétation haute et basse sur les images Pléiades Neo, il sera beaucoup plus pertinent de tirer parti du MNS (Modèle Numérique de Surface), le modèle 3D dérivé des images tri-stéréoscopiques. Celui-ci sera sans aucun doute plus précis que les MNS Pléiades disponibles jusqu’ici, à la fois dans le plan et en altitude. Le MNS Pléiades Neo n’a pas pu être reconstruit à temps pour le projet, mais il sera étudié à l’avenir.
Cette analyse préliminaire a donc confirmé le fort intérêt des nouvelles images Pléiades Neo pour les analyses satellitaires de l’espace urbain, et notamment de la végétation en ville, grâce à leur très haute résolution spatiale et à leurs 6 bandes spectrales.
Neo à 30 cm (bas gauche) ; et calcul de texture associée (LowGreyLevelRunEmphasis, droite). On constate que sur
l’image Pléiades (haut), on distingue seulement deux types de textures de végétation; ce n’est pas le cas sur l’image
Pléiades Neo (bas), grâce à la forte précision de l’imagerie.
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