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Le projet national "Observation de la Terre pour le développement durable des forêts" :
Résultats de recherche et applications au Québec
André Beaudoin
Les colloques du SCF-CFL 12 octobre 2006
VERSION PRÉLIMINAIRE
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PLAN
1. Introduction
2. Le projet national OTDD
3. Méthodes et résultats au Québec
4. Conclusions
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1. INTRODUCTION : Besoins nationaux
• Besoins grandissants en information sur les couverts forestiers
• SCF :– Inventaire Forestier National
– Comptabilisation du carbone forestier
– Engagements nationaux et internationaux
– Indicateurs d’aménagement forestier durable
– Audits internationaux (GFW, etc)
• Clients et partenaires divers: provincial, fédéral, universitaire, industriel…
• Grand public
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1. INTRODUCTION : Besoins nordiques
• Connaissances et inventaires des forêts nordiques non-inventoriées
• Aide à l’aménagement à la limite attribuable de la forêt
• Calcul du bilan de carbone forestier et évolution du couvert vs changements climatiques
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1. INTRODUCTION :Apport de l’imagerie satellitaire
• Imagerie satellitaire : ‘’photos’’ répétitives acquises sur de grands territoires
• Matrice de pixels + couleur(réflectances spectrales) :– visible– infra-rouge– micro-ondes
• Couverture géographique vs résolution spatiale : 1000 m 30 m 0,6 m
MIRMIR
PIRRouge
VertBleu
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2. PROJET OTDD : en résumé
• Projet : Observation de la Terre pour le développementdurable des forêts (OTDD) du SCF
• But : système de surveillance des forêts du Canada partélédétection (Landsat)
• Objectifs : types de couvert, biomasse, changements; 1990-2000-2008-2012 :
• Partenaires :Agence spatiale canadienne; ministères fédérauxet provinciaux, universités
• Statut: Phase 1 (01-06) : production, R&DPhase 2 (06-07) : démonstration
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PROCÉDURES AUTOMATISÉES
2. PROJET OTDD : Composantes, phase 1 (01-06)
COUVERTURE TERRESTRE
2000BIOMASSE
2000
CHANGEMENT DU COUVERT
production
Développement
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PROCÉDURES AUTOMATISÉES
2. PROJET OTDD : Composantes OTDD, phase 2 (06-07)
COUVERTURE TERRESTRE
2008BIOMASSE
2000
Démonstration
Mise à jour 2000-»2008Mise à jour
2000-»2008
CHANGEMENTDU COUVERT
2000-2008
COUVERTURE TERRESTRE
2000
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2. PROJET OTDD : Mandats du SCF-CFL
• Couverture terrestre : – Production pour le Québec
• Biomasse : – Développement/test de méthodes de cartographie pour
les zones inventoriées et non-inventoriées
• Changements : – Développement/test d’une méthode nationale pour la
détection et la cartographie des changements
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2. PROJET OTDD : équipe du SCF-CFL
• Gestionnaire au Québec : André Beaudoin
• Équipe de production : Stephen Côté, Guy Simard, (couverture terrestre) Jonathan Boudreau, Philippe Villemaire,
Luc Guindon, Jean Beaubien
• Équipe de R&D : Luc Guindon, André Beaudoin,(biomasse, changements) Philippe Villemaire, Stephen Côté
• Partenaires SCF: – SCF-PFC (gestion nationale)– SCF-PFC, AFC, NoFC (M. Wulder, R. Hall,
J. Luther, D. Leckie, D. Goodenough)– Ecoleap (P. Bernier, H. Ung)
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3. Méthodes et résultats au Québec
3.1 Cartographie de la couverture terrestre
3.2 Cartographie de la biomasse
3.3 Cartographie des changements
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3.1 Couverture terrestre: images satellitaires
Ortho-images Landsat-7 ETM +(consortium RNCan/CITS) :
– Canada: + de 475– Québec: 95 dont 35 remplacées
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• Classification d’image accentuée par généralisation progressive (Jean Beaubien, SCF-CFL)
1. Rehaussement d’un composécoloré Landsat-7
2. Image décimée
3. Classification non-superviséeskmeans (150 classes)
4. Réduction du nombre de classes à l’aide de filtres(~70 classes)
• Classification d’image accentuée par généralisation progressive (Jean Beaubien, SCF-CFL)
1. Rehaussement d’un composécoloré Landsat-7
2. Image décimée
3. Classification non-superviséeskmeans (150 classes)
4. Réduction du nombre de classes à l’aide de filtres(~70 classes)
3.1 Couverture terrestre : méthode (1)
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5. Interprétation thématique en 48 classes par un analyste-expert
6. Agrégation en 22 classesde l’OTDD (normes de l’IFN)
3.1 Couverture terrestre : méthode (2)
48 classes
OTDD - 22 classes
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• Production décentralisée par région • 95 % complété• Livraison fin octobre 2006
3.1 Couverture terrestre :statut de production
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3.1 Couverture terrestre : Statut au Québec
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www.saforah.org
3.1 Couverture terrestre :produit (1)
3.1 Couverture terrestre :produit (1)
• Livraison par feuillet selon SNRC 1:250,000
• 122 feuillets numériques + métadonnées
• fin octobre 2006
• Livraison par feuillet selon SNRC 1:250,000
• 122 feuillets numériques + métadonnées
• fin octobre 2006
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3.1 Couverture terrestre :produit (2)
17/252001/08/24
17/262001/08/24
16/252002/08/28
16/262001/08/25
• Geotiff + palette couleurs
• Geotiff + palette couleurs
• Shapefile
• Métadonnées
• Shapefile
• Métadonnées
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3.1 Couverture terrestre :comparaison et validation (1)
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3.1 Couverture terrestre : comparaison et validation (2)
• Validation image à image par2 analystes-experts (relevés terrain, photos)
• Protocole national de validation
• Évaluation de la précision sur une grande région (A-T) : – 3000 photos aériennes
numériques de référence– Estimation de :
• Précision globale (cible: 80%)• Erreurs d’omission• Erreurs de commission
• Validation image à image par2 analystes-experts (relevés terrain, photos)
• Protocole national de validation
• Évaluation de la précision sur une grande région (A-T) : – 3000 photos aériennes
numériques de référence– Estimation de :
• Précision globale (cible: 80%)• Erreurs d’omission• Erreurs de commission
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3.1 Couverture terrestre :utilisations
• Sondage envoyés à une vingtaine d’utilisateurs et compilation:
– Organisme/responsable– Utilisation – Résultats obtenus ou attendus – Forces – Limites– Impacts
• Quelques exemples…
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État de la forêt
• Rapport sur l’état de la forêt en Abitibi-TémiscamingueChaire industrielle en aménagement forestier durable CRNSG/UQAT/UQAM / Prof. Osvaldo VALERIA, UQAT
• 4 indicateurs d’état de la forêt: % forêt productive - type - stades -densité• Évolution des indicateurs 1986-1995-2000-2005
Mrc_Val-d'Or 1986 1995 2000
Nom % MRC % MRC % MRCForêt productive 79.17 76.81 69.62Non-Forêt 8.25 10.22 18.22Eau 11.82 11.16 11.37
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Cartographie des terres humides
• Comparaison/intégration OTDD à la cartographie ICTH du Canada Environnement Canada, Service canadien de la faune, région du Québec / Marcelle GRENIER
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• Occupation du sol des unités écologiques du CERQ et des aires protégées MDDEP, Direction du patrimoine écologique et des parcs / Dr. Tingxian LI
Caractérisation écologique
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Énergie éolienne et hydro-électrique
• Développement d’un système de caractérisation et prévision de la production éolienne
• Modélisation de la dynamique d’écoulement des bassins hydriques Institut de recherche d’Hydro-Québec / Alain Forcione
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Estimation des stocks de carbone (1)
• Estimation des stocks de carbone du Québec par lidar NASA –GSFC / Dr Ross Nelson (coll. SCF-CFL et U. Laval)
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Biomasse = f (Hauteur lidar) par strate type de couvert (C,F,M)
Estimation des stocks de carbone (2)
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• Utilisations ministérielles:
– RNCAN/CIT, coll. MRNFQ/DGIG : TOPOLAN7 (projet-pilote)
– Environnement Canada, Service canadien de la faune, Québec : caractérisation des habitats fauniques
– MRNFQ/DIF : nouvelle cartographie éco-forestière au nord du 53ième
– MRNFQ/DCF : Planification des mesures d’urgence, Nord du Québec
• Industrie:
– Groupe Alta - Géomatique EMCO : Cartographie végétale de base pour divers clients
• Utilisations ministérielles:
– RNCAN/CIT, coll. MRNFQ/DGIG : TOPOLAN7 (projet-pilote)
– Environnement Canada, Service canadien de la faune, Québec : caractérisation des habitats fauniques
– MRNFQ/DIF : nouvelle cartographie éco-forestière au nord du 53ième
– MRNFQ/DCF : Planification des mesures d’urgence, Nord du Québec
• Industrie:
– Groupe Alta - Géomatique EMCO : Cartographie végétale de base pour divers clients
3.1 Couverture terrestre : Autres utilisations
3.1 Couverture terrestre : Autres utilisations
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• Universitaires:
– Centre d’Études Nordiques, Université Laval : détermination de sites dendrochronologiques dans les forêts anciennes du nord
– Université de Toronto : Étude de bassins-versants et modélisation hydrologique
– Centre d’Études Nordiques, Université du Québec à Rimouski : Étude entomologique dans les zones brûlées du nord du Québecpour l’optimisation de la récolte et de la biodiversité
• Universitaires:
– Centre d’Études Nordiques, Université Laval : détermination de sites dendrochronologiques dans les forêts anciennes du nord
– Université de Toronto : Étude de bassins-versants et modélisation hydrologique
– Centre d’Études Nordiques, Université du Québec à Rimouski : Étude entomologique dans les zones brûlées du nord du Québecpour l’optimisation de la récolte et de la biodiversité
3.1 Couverture terrestre : Autres utilisations
3.1 Couverture terrestre : Autres utilisations
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3.1 Couverture terrestre : Forces et limites
• Forces:– Gratuité– Format matriciel facile d’usage – Résolution fine de 30 m – Couverture globale du Québec– Méthode constante– Précision la meilleure possible
• Limites pour certaines applications : – Classes pas assez détaillées– Précision de certaines classes insuffisantes– Résolution de 30 m – Format matriciel au lieu de vectoriel
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3.1 Couverture terrestre : Impact
• Impact: – Réduction des coûts dans des projets de grande ampleur– Applicabilité de modèles variés pour tout le Québec – Synergie et valeur ajoutée en combinaison avec d’autres
données géospatiales
A RETENIR : 1ère couverture terrestre complète détaillée et gratuite
du Québec et du Canada forestier par imagerie satellitaire
Bon outil de caractérisation et de stratification régionale ou provinciale du territoire forestier québécois
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3.2 Biomasse : méthodes et statut
• Méthode de base : couverture terrestre OTDD + table de conversion biomasse (coll. IFN)
• Méthodes améliorées :– Régions inventoriées : 5 méthodes développées et/ou testées
sur 5 régions pilotes – Régions non-inventoriées: nouvelle méthode intégrant
l’imagerie à moyenne et haute résolution (SCF-FL)
• Phase 1 (01-06): ensemble de méthodes développées, testées et publiées
• Phase 2 (06-07) : démonstration de l’opérationnalité des meilleures méthodes sur de plus vastes territoires (06-07)
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• couverture terrestre + table de conversion biomasse (coll. IFN)
3.1 Biomasse : résultat, méthode de base
(résultat préliminaire)
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• Régions-pilotes au Canada
3.2 Biomasse : régions pilotes (1)
Classification basée sur AVHRR, Jean Beaubien Source: CCT
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3.2 Biomasse : région-pilote, Radisson
• Pessières noires à mousse et lichen,densité 10-70%
•Tourbières ombrotrophes
• Perturbations feux
• non-inventorié
Réservoir Robert-Bourassa
Réservoir Robert-Bourassa
Image Landsat
Image Quickbird
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3.2 Biomasse : Méthodes région non-inventoriée
LOCAL
PLACETTE
RÉGIONAL
QuickBird (0,6m)
Landsat (30m)
Biomasse de l’arbreARBRE
Biomasse de la placette
Résolution : 30 m
Résolution : 30 m
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3.2 Biomasse : estimation locale
(M.Sc Antoine Leboeuf, coll. U. Sherbrooke – SCF)
Image QuickBird 0,6mImage QuickBird 0,6m Image binaire d’ombre à 0,6 m+ fraction d’ombre dans placettes
Image binaire d’ombre à 0,6 m+ fraction d’ombre dans placettes
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3.2 Biomasse : Résultats
QuickBird (0,6m)
Landsat (30m)
0
40
80
120
160
200
0.00 0.20 0.40 0.60 0.80
Fraction d'ombre des arbres
Bio
mas
se p
lace
tte
(t/h
a)
(M.Sc A. Leboeuf, coll. U. Sherbrooke – SCF)
Équation de régression globale BIO = f(FO)
R2 = 0,78
1:1
0
20
40
60
80
100
120
140
0 20 40 60 80 100 120 140Biomasse placettes (t/ha)
Bio
mas
se e
stim
ée (t
/ha)
BIOknn BIOQB
SITE Nb placettes
RMSE (t/ha)
Biais (t/ha)
RMSE (t/ha)
Biais (t/ha)
CH 9 18.9 0.7 17.3 -2.5 RA 14 19.6 4.7 14.5 6.5 WA 9 10.1 2.0 14.4 7.3 ALL 32 17.2 2.8 15.3 4.2
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• Méthode de base :– Détection des zones de changements par différence bi-
date d’un indice spectral performant – Classification non-supervisée dans les zones de
changements
• Phase 1 (01-06) : – Tests sur une dizaine de régions pilotes (3 au Québec) – Spécifications du produit et légende déterminés– Manuel de l’utilisateur (v1) – Articles scientifiques soumis
• Phase 2 (06-07) : – Démonstration pour mise-à-jour couverture terrestre 2007
3.3 Changements : méthodes et statut
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Région pilote Nord de l’Abitibi
1994 1997 2000
Séquence temporelle images Landsat
3.3 Changements : exemple de résultats (1)
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Feu 1976
Feu 1996
Changements bi-date d’un indice spectral
Coupes avant 1994
Coupes entre 1994
et 1997
Coupes entre 1997 et 2000
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3.3 Changements : exemple de résultats (3)
Carto des changements, nord de l’Abitibi précision 90%
Régénération
FeuCoupesPré-com
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4. Conclusion
• Besoins nombreux en information et connaissances forestières extensives et exhaustives
• Contexte favorable pour la télédétection traditionnelle (Landsat-7) et certaines nouvelles technologies (haute résolution, lidar, radar)
• Couverture des terres: • 1ère du genre détaillée et gratuite couvrant tout le Canada
forestier • Classification des types de couvert + densité avec
précision de 70-80%
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4. Conclusion
• Biomasse: – Estimation avec une erreur relative acceptable (20-
25%) et un faible biais – Méthodes en cours de démonstration en vue de la
cartographie globale (2007 +)
• Changements: – Méthode robuste avec précision variable selon les
types de couverts et changements – Méthode de base en cours de démonstration pour
mise-à-jour opérationnelle OTDD (2007 +)
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4. Conclusion produits existants et futurs
Produits gratuits www.saforah.org• Couverture terrestre : octobre 2006
• Changements et biomasse : 2007 +
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4. Conclusion Utilisation des produits
• Produits utiles à différentes échelles, au niveau du peuplement jusqu’au paysage et la région :
• Cartes génériques des couverts végétaux • Indicateurs d’état de la forêt ou d’aménagement
forestier durable • Intrants pour des modèles basés sur les processus• Support pour l’estimation d’attributs reliés au carbone• Support pour la mise à jour cartographique
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Remerciementscontributeurs ou utilisateurs OTDD
• Ministères fédéraux: – Agence spatiale canadienne– Ressources Naturelles Canada:
Centre Information Topographique – Sherbrooke; – Environnement Canada– Développement Économique Canada – Agriculture Canada
• Projets nationaux: Ecoleap (SCF); Fluxnet-Canada; Inventaire forestier national
• MRNF: Direction des inventaires forestiers, Direction de la conservation des forêts, Direction de la recherche forestière; Direction générale de l’information géographique
• Universités: Université de Sherbrooke, Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue, Université Laval
• International : NASA-GSFC
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Pour plus d’information:http://otdd.scf.rncan.gc.ca
Remerciements
QUESTIONS ?
Aux nombreuses équipes de terrain (2002-2006)