En Belgique, les cours d’eau ayant un bassin versant d’une superficie supérieure à 1km² sont considérés comme appartenant au domaine public. En plus du lit mineur de ces cours d'eau, le domaine publique s’étire jusqu’à la « crête de berge ». Les différentes administrations en charge de ces 12 000 km de cours d’eau et bandes riveraines associées se sont engagées dans un processus de planification systématique des actes de gestion. Cette planification devant se faire base d’informations objectives, le projet de recherche présenté s’insère dans une volonté de caractérisation de près de 6000 secteurs de gestions (< 2km). Dans ce cadre, 2 principales sources de données couvrant l’ensemble de la Wallonie ont été explorées, l’imagerie LiDAR (MNT) et aérienne THRS (MNS photogrammétrique).

1. CAPTURE ET MESURE A DISTANCE
DE DONNÉES A GRANDE ÉCHELLE :
GESTION DES 12 000 KM DE BANDES
RIVERAINES EN WALLONIE (BELGIQUE) À
L’AIDE DE DONNÉES LIDAR ET IMAGERIE THRS
ADRIEN MICHEZ 29/01/2015
SÉMINAIRE ISIG

2. Séminaire ISIG
Contexte : les bandes
riveraines de Wallonie
2

3. Séminaire ISIG 3
© Google
Contexte : les bandes riveraines de Wallonie

4. Séminaire ISIG 4
© Google
Contexte : les bandes riveraines de Wallonie

5. Séminaire ISIG 5
© Google
Contexte : les bandes riveraines de Wallonie

6. Séminaire ISIG
Contexte : gestion des BR
wallonnes
12,000 km de cours d’eau classés (+ BR associées)
géré par l’état
Mise en place de plan
gestion sectorisé
◦ 6 années (évaluation mi parcours)
◦ 6000 secteurs (2 km)
Evaluation de l’apport de la télédétection comme
source d’information (aide à la décision)
6

7. Séminaire ISIG
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie
Cas d’étude pour le développement de la méthode
régionale
(12,000 km / 17,000 km²)
◦ 2 affluents de la Meuse
◦ BV : 725 km2
◦ Linéaire : 487 km
◦ 192 secteurs de gestion
7

8. Séminaire ISIG
Utilisation de données 3D dispo régionalement
(17,000 km²):
◦ LiDAR aérien (MNT)
◦ Basse densité (0.8 pts / m²) (hiver 2012/13 et 2013/14)
◦ Modèle Numérique de Surface photogrammétrique
◦ 50 cm GSD, « recyclage » des images individuelles des campagnes ortho
Modèle Numérique de Hauteur
“hybride”
8
MNS photo
MNT Lidar
MNH
DSM – DTM = MNH
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

9. Séminaire ISIG
Deux groupes d’attributs
◦ Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Hauteur relative, cartographie du lit mineur (surface en eau, largeur, sinuosité)
◦ Paramètres des ripisylves (MNH hybride)
◦ Hauteur relative (patch ripisylve), continuité lg, hauteur, indice de
fragmentation (FRAGSTAT: Mean Core Area Index (CAI), Mean Fractal
Dimension Index (FDI))
9
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie
Michez et al., « LiDAR derived ecological integrity indicators for riparian zones: Application to the Houille river in Southern Belgium/Northern
France », Ecol. Indic., vol. 34, p. 627-640, nov. 2013

10. Séminaire ISIG
Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
10
OBIA
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

11. Séminaire ISIG 11
OBIA approach
Nb ground return rasterParamètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

12. Séminaire ISIG 12
OBIA approach
Segmentation
Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

13. Séminaire ISIG 13
OBIA approach
Wetted channel polygonParamètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

14. Séminaire ISIG 14
Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

15. Séminaire ISIG 15
Data in useChannel axis
(toolbox arcgis)
Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Carto.lit mineur (largeur/sinuosité)
◦ A partir de metric du LiDAR (densité)
◦ Approche OBIA pour les BV > 10 km²
◦ Approche MNT (1m GSD) : cours d’eau « topographiques »
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

16. Séminaire ISIG
Paramètres morphologiques (LiDAR)
◦ Hauteur relative
◦ Connectivité hydraulique
◦ Terrestrialization
◦ Anthropisation
16
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

17. Séminaire ISIG

18. Séminaire ISIG
Paramètres des ripisylves
◦ Hauteur relative
◦ Caractère ripicole du boisement
18
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

19. Séminaire ISIG
Paramètres des ripisylves
◦ Continuité longitudinale
◦ Continuité de la présence des ripisylves
◦ Core Area Index (CAI) /
Fractal Dimension Index (FDI)
◦ Fragstat landscape metrics (McGarigal et al., 2002)
◦ Hauteur
19
McGarigal, K., S. A. Cushman, M. C. Neel, and E. Ene. 2002. FRAGSTATS: Spatial Pattern Analysis Program for Categorical
Maps. Computer software program produced by the authors at the University of Massachusetts, Amherst
Indic. intégrité
écologique
Indic. de gestion
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

20. Séminaire ISIG
Segmentation du linéaire
◦ Utilisation des secteurs de gestion + maillage DCE
Secteur de gestion < Masse d’eau (WFD) < Bassin versant
Processus de désaggrégation et ré-aggrégation
◦ Méthodo basée sur travaux de Alber and Piégay (2011)
◦ Etude de l’évolution amont/aval des paramètres extraits
20
A. Alber et H. Piégay, « Spatial disaggregation and aggregation procedures for characterizing fluvial features at the network-scale: Application to the Rhône basin
(France) », Geomorphology, vol. 125, no 3, p. 343-360, févr. 2011
Secteurs homogènes délimités par opérateur
(BD vecto)
Caractérisation des BR Wallonnes :
méthodologie

21. Séminaire ISIG
Désaggrégation et ré-aggrégation

22. Séminaire ISIG
Ech. longitudinal
Désaggrégation et ré-aggrégation

23. Séminaire ISIG
Identification de buffer d’analyse (+6m)
Désaggrégation et ré-aggrégation

24. Séminaire ISIG
Zone en eau +12m
Désaggrégation et ré-aggrégation

25. Séminaire ISIG
• Variables dérivées du LiDAR BD
• Hauteur relative au pied de berge
25
Caractérisation des secteurs PARIS
Méthode
Segmentation pour la caractérisation des
paramètres morphologiques : cas de la largeur
Carto lit mineur (LiDAR BD)Découpage longitudinalCalcul d’une largeur médiane

26. Séminaire ISIG
Résultats (préliminaires !)
◦ Premier cas d’étude … avant la régionalisation (échéance :
septembre 2015) !
◦ 192 secteurs de gestions caractérisés (ca. 500 km)
26
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats
Michez, A. (2014). Characterization of riparian zones in wallonia (belgium) from local to regional scale using
aerial lidar data and photogrammetric DSM. EARSeL eproceedings, 13(2).

27. Séminaire ISIG
Visualisation amont / aval des paramètres
27
Continuité lg
(%)
Linéaire (m)
FP
Lit majeur
6m
12m
Zone d’habitat
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats

28. Séminaire ISIG 28
Ré-aggrégation
◦ Echelle masse d’eau (BV Viroin)
◦ Exemple de la continuité Lg
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats

29. Séminaire ISIG

30. Séminaire ISIG
Zone fortement anthropisée ! (agriculture)
Apports d’info pour la planification régionale de
la gestion (rationalisation / priorisation)

31. Séminaire ISIG 31
Ré-aggrégation
◦ Par typologie d’occupation de sol
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats

32. Séminaire ISIG 32
Ré-aggrégation
◦ Par typologie d’occupation de sol
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats

33. Séminaire ISIG
Ré-aggrégation
◦ Par typologie d’occupation de sol
Caractérisation des BR Wallonnes :
résultats

34. Séminaire ISIG
Upscaling régional
◦ 500 km → 12,000 km !
Sélection/adaptation d’indicateurs de gestion
◦ Sessions d’échanges prévues avec gestionnaire terrain
◦ Ajout d’indicateurs de morphologie des berges
Intégration de la multitemporalité
◦ Génération de série temporelle de DSM (et MNH)
◦ 2006/2009/2012
Intégration des résultats dans une plateforme en
ligne (encodage / suivi des actes de gestion)
34
Caractérisation des BR Wallonnes :
perpsectives

35. ? Questions ?
Présentation téléchargeable sur http://orbi.ulg.ac.be
Merci de votre
attention !

36. Séminaire ISIG
Technologie LiDAR …
…un peu d’info
LIDAR
◦ Light detection and ranging – Télédétection par LASER
Technologie assez récente
◦ Expansion début années 2000
Système de télédétection actif (Vs passif)
◦ Emission d’énergie par un capteur (aéroporté)
◦ Interception avec la surface terrestre
◦ Enregistrement du signal renvoyé par récepteur
◦ Emission en proche-infrarouge (10.000 à 100.000
impulsions/sec)
36

37. Séminaire ISIG
Avantages de la technologie LIDAR
◦ Indépendant des conditions météo, de l’heure, de
l’ensoleillement
◦ Plusieurs échos possibles
◦ Une même impulsion peut générer plusieurs « retours » selon les objets
interceptant sa trajectoire
◦ Information sur la structure verticale de la surface
couverte
37
Technologie LiDAR …
…un peu d’info

38. Séminaire ISIG
Génération d’un nuage de points 3D :
◦ XYZ
◦ Intensité (liée à la surface impulsée)
38
Technologie LiDAR …
…un peu d’info

39. Séminaire ISIG
Différence LiDAR HD / BD
39

40. Séminaire ISIG 40
Ortho 2012

41. Séminaire ISIG 41
Modèle Numérique de Hauteur
LiDAR haute densité (13 pts / m2)

42. Séminaire ISIG
Modèle Numérique de Hauteur
LiDAR basse densité (0.8 pts / m2)
Bonne reconstruction des peuplements
résineux denses
Très mauvaise reconstruction des
peuplements feuillus (ripisylves)

43. Séminaire ISIG
Validation largeur de CE LiDAR
43

44. Séminaire ISIG
•RESULTATS: vallée du Viroin
44
Caractérisation des secteurs PARIS
Calcul des données de base : cartographie du lit
mineur
Couche de référence Différence
Moyenne + /- écart-type (m)
lit mineur LiDAR
Différence
Moyenne + /- écart-type (m)
axes couche « secto »
Pieds de berge relevés au
DGPS C1
-0,75 +/- 1,17 6,28 +/- 4,48
Pieds de berge relevés au
DGPS C2-C3
2,74 +/- 2,28 21,07 +/-40,07
Ortho 2012Atlas DCENNTracé LiDAR
(approche MNT)

45. Séminaire ISIG
•RESULTATS : vallée de la Houille
• Comparaison avec vérité terrain
• Comparable aux résultats avec du LiDAR HD
• Même tendance à la sous-estimation
45
Caractérisation des secteurs PARIS
Calcul des données de base : cartographie du lit
mineur
Ortho 2012Atlas
DCENN
Lit mineur
LiDAR BD
Couche de référence Différence
moyenne + /- écart-type (m)
Validation terrain théodolite
(février 2012) – 6 sections
- 0,31 +/- 1,01

46. Séminaire ISIG
Validation MNS photo
46

47. Séminaire ISIG
• Répartition des surfaces de référence au sein des BV
étudiés
47
Caractérisation des secteurs PARIS
Calcul des données de base : MNS
photogrammétrique

48. Séminaire ISIG
• Validation avec le MNT LiDAR BD : RESULTATS
48
Caractérisation des secteurs PARIS
Calcul des données de base : MNS
photogrammétrique
Différence moyenne (m) Ecart-type (m) BV Type de surface
-0,43 0,55 Viroin Terrain de football
-0,33 0,57 Houille Terrain de football
-0,33 1,08 Viroin Terrain de football
-0,30 0,22 Houille Terrain de football
-0,28 0,14 Viroin Prairie
-0,28 0,13 Houille Prairie
-0,27 0,19 Houille Terrain de football
-0,25 0,41 Houille Terrain de football
-0,24 0,15 Houille Prairie
-0,24 0,51 Houille Terrain de football
-0,20 0,19 Viroin Terrain de football
-0,18 0,26 Viroin Terrain de football
-0,17 0,35 Houille Terrain de football
0,02 0,10 Viroin Prairie
0,07 0,19 Viroin Prairie
0,11 0,12 Houille Prairie
0,14 1,71 Viroin Terrain de football
0,16 0,09 Houille Prairie
0,22 0,18 Viroin Prairie
0,22 0,15 Houille Prairie
Moyenne -0,13 0,36
Moyenne -0,13 0,36

49. Séminaire ISIG
• Sous-estimation de la hauteur par le MNS
photogrammétrique :
• Lié à la régularisation des surfaces par l’algorithme
49
Phénomène de « drapage »