[PGRN] [Programme de recherche départemental]

Projet CG38 - PGRN piloté par le Cemagref EPM

Titre du projet

Utilisation de photographies aériennes et des outils de télédétection pour localiser et classifier les forêts de montagne

Type d'aléa
Erosion - crues et laves torrentielles (Mouvements de terrain - éboulements - chutes de blocs)
Année
1996
Mots-clés
Forêts de montagne - Fonction de protection - Peuplements forestiers - Classification automatique - Télédétection - Méthodologie
Champs disciplinaires
Télédétection, géomatique


1) Organismes et auteurs


Organisme pilote
Cemagref EPM
Organisme(s) associé(s)
 
Coordonnateur
Frédéric BERGER
Participants
 


2) Contexte du projet


Site(s) d'étude

Forêt domaniale du Rioupéroux (entre 380 et 2160 m d’altitude, 2000 ha) sur le versant nord-nord-est du massif du Taillefer (Isère)

Contexte de l'étude

La division PE du Cemagref de Grenoble a mis au point une méthode de hiérarchisation des forêts à rôle de protection dérivée des analyses « enjeux-risques » des services RTM de l’ONF. Cette méthode prend en compte la nature et l’importanc des aléas naturels (avalanches, chute de blocs, etc.), la structure et les paramètres dendrométriques des peuplements et la vulnérabilité des enjeux menacés. Elle permet aussi de donner des critères de détermination des zones de départ potentiel d’avalanche sous couvert forestier et des zones d’arrêt probable de ces phénomènes. L’ensemble de ces critères sont utilisés pour compléter la Carte de Localisation Probable des Avalanches, qui ne recense que les phénomènes déclarés. Ainsi sont déterminées les zones d’intervention forestières, véritable outil de programmation permettant de chiffrer les coûts des interventions sylvicoles jugées indispensables à la pérennité des peuplements et à leur fonction de protection vis-à-vis des risques naturels. Ces zones comprennent à la fois la notion de priorité en fonction de la nature des enjeux menacés et la notion d’urgence en fonction du degré de stabilité des peuplements forestiers.

Cette méthode nécessite une investigation de terrain (enquête, inventaire forestier, etc.) pour caractériser et cartographier les différentes données du milieu (forêt, aléas naturels, etc.) ainsi que des croisements cartographiques. Les études réalisées pour élaborer et développer ce principe de classification montrent a) qu’à l’heure actuelle l’appréciation, pour une vaste surface de territoire (échelle de la vallée, du département, etc.), de la fonction de protection des forêts de montagne ne peut être faite en utilisant des méthodes simples et rapides (par ex., il est illusoire de vouloir réaliser une description précise des peuplements forestiers par parcelle à l’échelle d’un département) ; b) que les méthodes couramment utilisées sont basées sur l’emploi de critères simples pour estimer le rôle de protection des forêts sur de vastes surfaces. Les documents cartographiques résultant sont des documents de planification et d’alerte valables à une grande échelle (département par ex.) mais qui nécessitent un approfondissement dès qu’on passe à une échelle plus petite (échelle du versant par ex.) ; c) que les travaux de cartographie et les analyses spatiales sont facilités par l’emploi des SIG ; et d) que l’étude de la fonction de protection des forêts de montagne pour une petite surface (à l’échelle du versant, de la parcelle forestière) fait appel à une très importante investigation de terrain (inventaire typologique, recherche historique, etc.).

Il convient donc de proposer aux responsables de l’aménagement du territoire une méthode de classification des forêts à fonction de protection sur une vaste surface, basée sur une description précise des paramètres forestiers (textures, structures et stabilité) tout en limitant la campagne d’investigation de terrain. En d’autres termes il faut leur proposer une automatisation du processus de zonage des forêts à fonction de protection. Pour ce faire, l’emploi des vues aériennes s’avère indispensable. En effet, les photographies aériennes et les images satellites des zones forestières font apparaître des taches de couleur texturées correspondant à différents types de peuplements. Un type de peuplement est caractérisé par une série de paramètres, comme les espèces présentes, leur classe d’âge, leur diamètre, la densité d’arbres et leur hauteur. Il est donc possible, en utilisant un logiciel d’analyse d’image, de réaliser un inventaire précis des paramètres forestiers à partir de ces documents. Ceci permettrait alors d’obtenir automatiquement les informations necessaires à la réalisation du zonage des forêts à fonction de protection. L’automatisation du processus de zonage devient alors réalisable.

Programme plus vaste
 
Initiation du projet
Participation du PGRN
Montant du financement (k€)
4,573 k€ (30 kF)
Part du CG38 - PGRN
? %
(Co)-Financements
 
Appréciation du rôle du financement CG38 - PGRN
Ce financement a permis d’initier un Axe de Recherche sur la cartographie semi-automatique des paramètres dendrométriques : se traduit maintenant par les recherches sur le Laser Scan.


3) Objectifs, méthodes et résultats

Objectifs

Elaborer la méthodologie et l’algorithme informatique nécessaires à la caractérisation des peuplements forestiers à partir de photographies aériennes, l’automatisation du zonage et la mise en œuvre de cette nouvelle méthode sur un certain nombre de sites.

Méthodologie

Plan de travail :

- déterminer l’échelle et le type (noir et blanc, infra-rouge, fausse couleur, etc.) des documents photographiques à utiliser pour caractériser les objets étudiés ;

- sélectionner des sites tests pour lesquels on dispose d’inventaires forestiers précis, de données sur les risques naturels (site de Rioupéroux, etc.) et représentatifs des différents types de peuplements forestiers ;

- acquisition pour ces sites des couvertures photographiques correspondantes ;

- scannérisation des documents photographiques ;

- utilisation d’un logiciel d’aalyse d’image pour mettre en évidence et cartographier les paramètres forestiers à partir des photographies aériennes ;

- comparaison avec les données relevées sur le terrain à fins de validation ;

- redressement des résultats de l’analyse d’image ;

- élaboration et automatisation de la méthode d’analyse automatique des paramètres forestiers en utilisant des photographies aériennes ;

- intégration de cette méthode dans celle de la cartographie et hiérarchisation des forêts à fonction de protection vis-à-vis des risques naturels.

Résultats

• Numérisation de la photographie aérienne en vraie couleur (résolution 1m) et transfert dans le logiciel d’analyse d’image ERDAS IMAGINE.

• Résolution ramenée à 10m.

• Modification des contrastes (par étalement dynamique et utilisation de filtres) afin de faire ressortir les ouvertures en forêts et les zones non forestières, les peuplements feuillus, résineux et mixtes, chacun répartis en 3 classes selon la valeur du couvert (0 à 30% ; 30 à 70% ; 70 à 100%).

• Application de filtres basse fréquence (opérations mathématiques sur les comptes numériques d’un ensemble de pixels contigus) 3´3, 5´5 et 9´9.

• Classifications non dirigées (18 classes ramenées à 9) pour chacun des filtres utilisés :
Les meilleurs résultats ont été obtenus avec un filtre 3´3. La matrice de confusion indique 93% de pixels bien classés. Il existe une confusion entre les classes de peuplements feuillus, mixtes résineux dont les couvertures sont inférieures à 30%. En effet, quand on masque ces classes, le pourcentage de pixels bien classés remonte à 96%). Par contre, les zones non forestières sont bien classées à raison de 98%.

• Redressement géométrique du résultat de la classification en utilisant le MNT sur une partie du secteur d’étude (maille de 10m).

• Validation de la méthode de différenciation ouvertures-couvert forestier et de classification des 9 types de peuplements choisis, qui permet d’obtenir rapidement et pour une grande surface la carte forestière nécessaire au classement des unités forestières en fonction de leur Indice de Maîtrise des Aléas (première étape de classification des Zones d’Intervention Forestières Prioritaires).



4) Débouchés du projet

Utilisateurs finaux potentiels
Chercheurs et gestionnaires forestiers
Production scientifique
- Production de connaissances théoriques
- Production de connaissances pratiques / opérationnelles
Produits délivrables
 
Partenariats
 
Retombées du projet
 


5) Valorisation du projet

Publications et communications
Journée thématique de la Maison de la Télédétection, 1997
Pages Web
 

 

[Programme de recherche départemental]