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Les données
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Special thanks to J. Riquier, J. Godfroy, J. Lejot, B, Belletti, J. Point,...
Atelier 8. 3D, Paysage et Patrimoine
6 Novembre 2019
BDT Rhône
(IGN)
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01 A venir...03
Géomorphologie
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3D?
La géomorphologie (gaïa/morphe/logos) est l’étude
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Dans le domaine de la géomorphologie fluviale, la
donnée tridimensionnelle est nécessaire pour
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3
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Lône de la rivière d’Ain
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4
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7
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8
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0,1-5 pts/m²
10-100 pts/m²
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0,01-0,2 m
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Station totale 0,1-1 km 0,1-5 pts/m² < 0,001 m
Prix (décroissant)
1
5
6
3
2
4
Source : Bangen et al. (2014)0,1-25 km 1 pt/s
0,001 m (entre 0,30 et 750 m
de prof)
9
Comparaisondesoutils
Sources : Brasington et al. (2000), Young (2013), Gallay (2013) et Bangen et al. (2014)
La BDT Rhône (IGN)
• Campagne LiDAR aéroportée couvrant l’ensemble
du corridor rhodanien et sa plaine inondable
(4058 dalles de 1km²) / acquisitions datant
majoritairement de juillet 2010.
• Financée dans le cadre du Plan Rhône pour pallier
le manque de données précises et homogènes sur
la topographie du territoire du fleuve (coût total :
5M€).
• Densité de points : 1 à 2 /m² (nuage post-traité),
chaque impulsion représentant un disque
d’environ 40 cm de diamètre.
• Résolution planimétrique : 2 m et précision verticale
annoncée : 20 cm.
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10
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Lône de la rivière d’Ain
Source : K. MICHEL
Protocole retenu : 502 GCPs, Trimble R8 GNSS, hiver 2011-2012 / 3 types de couvert végétal (sol nu,
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11
 Evaluation indépendante de la précision verticale du MNT en vue d’une
caractérisation géomatique de la connectivité latérale Rhône / marges
alluviales
Dzubakovaetal.,2015
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0,38 m
0,11 m
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12
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alluviales
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13
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14
Comparaisoninter-secteursdelaconnectivitélatéraleRhône-marges
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des pixels sur la période 1985-2010
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Comparaisoninter-secteursdelaconnectivitélatéraleRhône-marges
Source : J. Riquier
La méthode SfM-MVS
au service de la
restitution
bathymétrique
• Lône de Banc-Rouge, un bras secondaire du
Vieux-Rhône, restauré entre 2016-2019, dans le
cadre d’un programme global de réhabilitation des
lônes et marges alluviales du Vieux-Rhône, entre
Donzère et Mondragon (1,6 M€ financés par la
CNR).
• Longueur de la lône : 1,3 km.
• Relevés topographiques : 27/07/2019 1 point
tous les 10 m de linéaire le long de l’axe médian.
• Prises de vues aériennes : 26/07/2019 / APN :
Nikon D7000 avec GPS intégré / Vecteur : ULM
pendulaire Air Création / Altitudes de vol (le plus)
bas : 300-370 m.
• Traitement SfM-MVS : 80 images / Res. Spatiales :
5 cm / densité: 391 pts/m².
17
LaméthodeSfM-MVSauservicedelarestitutionbathymétrique
Lône de la rivière d’Ain
Source : K. MICHEL
18
LAméthodeSfM-MVS
19
LalônedeBanc-Rouge
Les valeurs de ligne d’eau
relevées sur le terrain varient
entre Z = 41,10 m à 39,57 m.
La ligne d’eau est le pré-requis à
l’extaction de la bathymétrie du
chenal.
Objectif : déceler les zones de rupture dans la
ligne d’eau et en établir le profil en long (PL).
La lône de
Banc-Rouge
Reconstitution de la ligne
d’eau en préservant les
zones de radiers et en
interpolant la pente entre
ces radiers.
SOLUTION
PROBLEMES
1) Contamination de la
bordure eau-berge par
la végétation
2) Rupture de pente du
fait de la présence
d’un radier
3) Passage à gué
4) Quelques points
bathymétriques aberrants
5) Rupture de pente du
fait de la présence d’un
radier
6) Mouille avec des
berges à forte verticalité
et la présence de
végétation
7) Rupture de pente en
sortie de lône
20
PROBLEMESVS.SOLUTION
Source : J. Godfroy (2019)
Cohérence entre la bathymétrie SfM-MVS et les relevés terrain, malgré une
forte imprécision, de l’ordre de 10-15 cm.
21
RégressionSfM-MVSvs.relevésterrain
Source : J. Godfroy (2019)
22
LimitesdelaméthodeSfM-MVS
Source : J. Godfroy (2019)
 Sur les zones profondes et/ou floues
Limites de la méthode SfM-MVS
L’image de la
bathymétrie
- Offre un ordre de
grandeur de la
profondeur maximale
- Ne permet pas de
trancher sur le caractère
réel ou bruité des
hétérogénéités. 23
Améliorationspossibles
Source : J. Godfroy (2019)
- Nettoyage du nuage de
points bathymétriques en
filtrant les points
extrêmes.
- Corriger les valeurs de
ligne d’eau qui restent
interpolées depuis la
végétation au niveau des
radiers et qui donnent des
valeurs aberrantes
isolées.
- Essayer d’intégrer les
paramètres de réflectivité
de l’eau dans le modèle
pour restituer la vraie
profondeur et/ou d’avoir
un meilleur contrôle au
niveau des secteurs
turbides et/ou avec une
végétation algale, etc.
Améliorations
possibles
A venir...
• Nous prévoyons d’inviter Damià VERICAT, l’année
prochaine, à la fin de l’hiver/début du printemps.
• Sa spécialité est la géomorphologie fluviale. Il est
rattaché au département de géographie de
l’Université de Lleida, en Espagne.
• C’est notamment une référence en SfM-MVS. Nous
souhaiterions donc organiser lors de sa venue un
temps d’échange sur ce sujet.
• En souhaitant vous voir nombreux le jour J…
- Cucchiaro, S., Cavalli, M., Vericat, D., Crema, S., Llena, M., Beinat, A.,
Marchi, L., Cazorzi, F. (2018). Monitoring topographic changes through 4D-
structure-from-motion photogrammetry: Application to a debris-flow
channel.Environmental Earth Sciences, 77(18) doi:10.1007/s12665-018-
7817-4.
- Llena, M., Vericat, D., Martínez-Casasnovas, J. A. (2018). Application of
structure from motion (SfM) algorithms for the historical analysis of changes
in fluvial geomorphology. Cuaternario y Geomorfologia, 32(1-2): 53-73.
24
Avenir…
Lône de la rivière d’Ain
Source : K. MICHEL
LiDAR embarqué sur
drone
LiDAR HDL 32e
25
LiDARembarquésurdrone…
Lône de la rivière d’Ain
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26
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Kristell.michel@ens-lyon.fr
27
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Les données tridimensionnelles en géomorphologie fluviale: K.Michel

  • 1. Les données tridimensionnelles en géomorphologie fluviale Special thanks to J. Riquier, J. Godfroy, J. Lejot, B, Belletti, J. Point,... Atelier 8. 3D, Paysage et Patrimoine 6 Novembre 2019
  • 3. Géomorphologie fluviale et données 3D? La géomorphologie (gaïa/morphe/logos) est l’étude des reliefs et des processus qui les façonnent. Dans le domaine de la géomorphologie fluviale, la donnée tridimensionnelle est nécessaire pour comprendre les changements qui s’opèrent, en lien généralement avec les aménagements humains, afin de mieux anticiper les changements à venir. 3 Géomorphologiefluvialeetdonnées3D? Lône de la rivière d’Ain Source : K. MICHEL
  • 4. 4 Lesprocessusétudiés Dynamiques latérales (érosion, rétrécissement…) Déplacement de charge amont / aval (incision, exhaussement) Granulométrie (gradient amont / aval) Evolution des annexes fluviales (Atterrissement, connectivité) Dynamique de la végétation terrestre & aquatique (colonisation / eutrophisation) La rivière Drôme, une rivière en tresses (Luc-en-Diois) Les processus physiques : Les processus écologiques : Source : J. Lejot
  • 5. 5 Lesprocessusétudiés Haut-Rhône (Chautagne) Impact des facteurs anthropiques :  Suivi de programmes de restauration (recharges artificiels, remise en eau de zones humides…)  Suivi programmes d’entretien (Essartage) © J. Lejot © CNR © G. Mergoud © J. Lejot Source : J. Lejot modifié
  • 6. 6 Echellesd’intérêt Bassin versant Cours d’eau  10²-105 km² / une ou plusieurs centaines de km  103-104 ans  0,1-10 km  10-100 ans Tronçon de rivière  1-100 m  1-10 ansUnités du paysage Bancs de sédiments Chenal principal Iles végétalisées Plaine moderne Végétation mature Eléments fluviaux  0,01-10 m  0,01-1 ans Seuil/plat/mouille Faciès d’écoulement Taille de la particule Restitution granulométrique Source : B. Belletti (2019) modifié
  • 7. 7 Capteurs/vecteursd’acquisitiondedonnées3D Swisstopo Hélicéo Les outils 3D La photogrammétrie ALS TLS SfM- MVS dGPS Echosondeur Johnson et al. (2014)
  • 8. 8 Comparaisondesoutils Bassin Versant Tronçon Unité paysagère Eléments fluviaux Photogrammétrie ALS (LiDAR aérien) TLS Relevés au sol dGPS Echosondeur Mono-Faisceau Relevés aérien SfM-MVS Linéaire Densité de pts Précision 3D Point 5-100 km 5-50 km 0,01-1 km 1-2,4 km 0,01-5 km 0,2-10 pts/m² 0,5-10 pts/m² 1-10 pts/m² 0,1-5 pts/m² 10-100 pts/m² 0,2 m 0,5 m 0,01-0,2 m 0,005 m 0,05 m Station totale 0,1-1 km 0,1-5 pts/m² < 0,001 m Prix (décroissant) 1 5 6 3 2 4 Source : Bangen et al. (2014)0,1-25 km 1 pt/s 0,001 m (entre 0,30 et 750 m de prof)
  • 9. 9 Comparaisondesoutils Sources : Brasington et al. (2000), Young (2013), Gallay (2013) et Bangen et al. (2014)
  • 10. La BDT Rhône (IGN) • Campagne LiDAR aéroportée couvrant l’ensemble du corridor rhodanien et sa plaine inondable (4058 dalles de 1km²) / acquisitions datant majoritairement de juillet 2010. • Financée dans le cadre du Plan Rhône pour pallier le manque de données précises et homogènes sur la topographie du territoire du fleuve (coût total : 5M€). • Densité de points : 1 à 2 /m² (nuage post-traité), chaque impulsion représentant un disque d’environ 40 cm de diamètre. • Résolution planimétrique : 2 m et précision verticale annoncée : 20 cm. • Données post-traités disponibles au format ASCII. 10 LaBDTRhône(IGN) Lône de la rivière d’Ain Source : K. MICHEL
  • 11. Protocole retenu : 502 GCPs, Trimble R8 GNSS, hiver 2011-2012 / 3 types de couvert végétal (sol nu, strate arbustive, strate arborée) / 2 unités géomorphologiques (plaines (FP) vs bouchons alluviaux (BW)) 11  Evaluation indépendante de la précision verticale du MNT en vue d’une caractérisation géomatique de la connectivité latérale Rhône / marges alluviales Dzubakovaetal.,2015 0,92 m 0,38 m 0,11 m 0,14 m 0,42 m 0,59 m RMSE
  • 12. 12  Evaluation indépendante de la précision verticale du MNT en vue d’une caractérisation géomatique de la connectivité latérale Rhône / marges alluviales  Campagne LiDAR réalisée en été !  Impossibilité d’obtenir, auprès de l’IGN, les nuages de points bruts ! Source : J. Riquier
  • 13. 13  Comparaison inter-secteurs de la connectivité latérale Rhône-marges alluviales à partir d’une approche géomatique Une nouvelle vision de l’organisation du paysage fluvial… Source : J. Riquier
  • 14. Secteur de Brégnier-Cordon MNT relatif à la ligne d’eau dans le chenal principal du Rhône pour le débit réservé (100 m3/s) 14 Comparaisoninter-secteursdelaconnectivitélatéraleRhône-marges Source : J. Riquier
  • 15. Secteur de Brégnier-Cordon Débit dans le chenal principal du Rhône (m3/s) nécessaire pour initier la submersion des pixels 15 Comparaisoninter-secteursdelaconnectivitélatéraleRhône-marges Source : J. Riquier
  • 16. Secteur de Brégnier-Cordon Durée annuelle moyenne de submersion des pixels sur la période 1985-2010 16 Comparaisoninter-secteursdelaconnectivitélatéraleRhône-marges Source : J. Riquier
  • 17. La méthode SfM-MVS au service de la restitution bathymétrique • Lône de Banc-Rouge, un bras secondaire du Vieux-Rhône, restauré entre 2016-2019, dans le cadre d’un programme global de réhabilitation des lônes et marges alluviales du Vieux-Rhône, entre Donzère et Mondragon (1,6 M€ financés par la CNR). • Longueur de la lône : 1,3 km. • Relevés topographiques : 27/07/2019 1 point tous les 10 m de linéaire le long de l’axe médian. • Prises de vues aériennes : 26/07/2019 / APN : Nikon D7000 avec GPS intégré / Vecteur : ULM pendulaire Air Création / Altitudes de vol (le plus) bas : 300-370 m. • Traitement SfM-MVS : 80 images / Res. Spatiales : 5 cm / densité: 391 pts/m². 17 LaméthodeSfM-MVSauservicedelarestitutionbathymétrique Lône de la rivière d’Ain Source : K. MICHEL
  • 19. 19 LalônedeBanc-Rouge Les valeurs de ligne d’eau relevées sur le terrain varient entre Z = 41,10 m à 39,57 m. La ligne d’eau est le pré-requis à l’extaction de la bathymétrie du chenal. Objectif : déceler les zones de rupture dans la ligne d’eau et en établir le profil en long (PL). La lône de Banc-Rouge
  • 20. Reconstitution de la ligne d’eau en préservant les zones de radiers et en interpolant la pente entre ces radiers. SOLUTION PROBLEMES 1) Contamination de la bordure eau-berge par la végétation 2) Rupture de pente du fait de la présence d’un radier 3) Passage à gué 4) Quelques points bathymétriques aberrants 5) Rupture de pente du fait de la présence d’un radier 6) Mouille avec des berges à forte verticalité et la présence de végétation 7) Rupture de pente en sortie de lône 20 PROBLEMESVS.SOLUTION Source : J. Godfroy (2019)
  • 21. Cohérence entre la bathymétrie SfM-MVS et les relevés terrain, malgré une forte imprécision, de l’ordre de 10-15 cm. 21 RégressionSfM-MVSvs.relevésterrain Source : J. Godfroy (2019)
  • 22. 22 LimitesdelaméthodeSfM-MVS Source : J. Godfroy (2019)  Sur les zones profondes et/ou floues Limites de la méthode SfM-MVS
  • 23. L’image de la bathymétrie - Offre un ordre de grandeur de la profondeur maximale - Ne permet pas de trancher sur le caractère réel ou bruité des hétérogénéités. 23 Améliorationspossibles Source : J. Godfroy (2019) - Nettoyage du nuage de points bathymétriques en filtrant les points extrêmes. - Corriger les valeurs de ligne d’eau qui restent interpolées depuis la végétation au niveau des radiers et qui donnent des valeurs aberrantes isolées. - Essayer d’intégrer les paramètres de réflectivité de l’eau dans le modèle pour restituer la vraie profondeur et/ou d’avoir un meilleur contrôle au niveau des secteurs turbides et/ou avec une végétation algale, etc. Améliorations possibles
  • 24. A venir... • Nous prévoyons d’inviter Damià VERICAT, l’année prochaine, à la fin de l’hiver/début du printemps. • Sa spécialité est la géomorphologie fluviale. Il est rattaché au département de géographie de l’Université de Lleida, en Espagne. • C’est notamment une référence en SfM-MVS. Nous souhaiterions donc organiser lors de sa venue un temps d’échange sur ce sujet. • En souhaitant vous voir nombreux le jour J… - Cucchiaro, S., Cavalli, M., Vericat, D., Crema, S., Llena, M., Beinat, A., Marchi, L., Cazorzi, F. (2018). Monitoring topographic changes through 4D- structure-from-motion photogrammetry: Application to a debris-flow channel.Environmental Earth Sciences, 77(18) doi:10.1007/s12665-018- 7817-4. - Llena, M., Vericat, D., Martínez-Casasnovas, J. A. (2018). Application of structure from motion (SfM) algorithms for the historical analysis of changes in fluvial geomorphology. Cuaternario y Geomorfologia, 32(1-2): 53-73. 24 Avenir… Lône de la rivière d’Ain Source : K. MICHEL
  • 25. LiDAR embarqué sur drone LiDAR HDL 32e 25 LiDARembarquésurdrone… Lône de la rivière d’Ain Source : K. MICHEL
  • 26. 26
  • 27. Merci de votre attention Avez-vous des questions? Kristell.michel@ens-lyon.fr 27 Merci!!

Notes de l'éditeur

  1. Evaluer l’impact des opérations d’essartage sur la Renouée du Japon (Haut-Rhône) Recharge sédimentaire au niveau de Bellegarde sur la rivière d’Ain Curage de la lône de Moiroud à l’aide d’une drague aspiratrice (Haut-Rhône) / près du Bourget du Lac Recalibrage de berges sur la lône du Brotalet (Haut-Rhône)
  2. Erreur moyenne absolue tend à augmenter en fonction du type de vegetation indépendamment du type d’unité géomorphologique : sols nus (0,10 m)< formations arbustives (0,34 m)< formations arborées (0,28 m). La restititution de l’altitude des zones de plaines (planes) est généralement plus precise sur les zones de plaines que sur les bouchons alluviaux de bras morts. --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Le MNT dérivé du LiDAR est plus précis pour les unités morphologiques homogènes (plaine) que pour les unités complexes (bouchons alluviaux) Sa précision est globalement plus faible dans les bouchons alluviaux quelque soit le type de couvert végétal (effets combinés de la faible largeur des chenaux, de la pente abrupte des berges et de la végétation) / tendance à la surestimation de l’élévation du terrain naturel.
  3. Trait plein bdt bouchon alluvial Pointillet gcp dgps
  4. Le but de ce programme est de mettre en valeur les milieux aquatiques, rétablir la connexions hydrauliques avec les annexes du fleuves, améliorer l’écoulement du fleuve et diversifier les espèces et l’habitat. Christophe Moiroud, expert environnement pour la CNR, David Ferry, délégué territorial CNR et Anne Gangloff, représentante du Siagar ont présenté mercredi soir salle du Parc les travaux qui vont débuter le 9 octobre sur le site de la lône de Banc-Rouge. Ils concernent une longueur traitée de 1,3 kilomètres linéaires de lône en rive gauche du Rhône. Après une phase de déboisage ciblée et d'enlèvement des plantes exotiques envahissantes (Renouée du Japon, Faux indigo..) les travaux porteront sur des opérations de démantèlement des digues et d'épis Girardon. Ces derniers sont d'anciens ouvrages du 19e siècle qui représentent aujourd'hui un frein à l'équilibre hydraulique du Rhône et à sa biodiversité. Leur nécessité n'est plus avérée. Après ce démantèlement, une opération de curage du fond de la lône sera réalisée afin de permettre sa reconnexion permanente avec le Rhône et améliorer les conditions d'écoulement. Ces travaux seront accompagnés d'une végétalisation pour lutter contre la prolifération des espèces exotiques. Le chantier de restauration de cette lône représente un investissement de 1,6M€ financé par la CNR, la région Paca et l'Agence de l'eau Rhône Méditerranée à hauteur de 50 %. Le chantier devrait se dérouler pendant de très longs mois, fin des travaux prévue an printemps 2019.
  5. Le but de ce programme est de mettre en valeur les milieux aquatiques, rétablir la connexions hydrauliques avec les annexes du fleuves, améliorer l’écoulement du fleuve et diversifier les espèces et l’habitat. Christophe Moiroud, expert environnement pour la CNR, David Ferry, délégué territorial CNR et Anne Gangloff, représentante du Siagar ont présenté mercredi soir salle du Parc les travaux qui vont débuter le 9 octobre sur le site de la lône de Banc-Rouge. Ils concernent une longueur traitée de 1,3 kilomètres linéaires de lône en rive gauche du Rhône. Après une phase de déboisage ciblée et d'enlèvement des plantes exotiques envahissantes (Renouée du Japon, Faux indigo..) les travaux porteront sur des opérations de démantèlement des digues et d'épis Girardon. Ces derniers sont d'anciens ouvrages du 19e siècle qui représentent aujourd'hui un frein à l'équilibre hydraulique du Rhône et à sa biodiversité. Leur nécessité n'est plus avérée. Après ce démantèlement, une opération de curage du fond de la lône sera réalisée afin de permettre sa reconnexion permanente avec le Rhône et améliorer les conditions d'écoulement. Ces travaux seront accompagnés d'une végétalisation pour lutter contre la prolifération des espèces exotiques. Le chantier de restauration de cette lône représente un investissement de 1,6M€ financé par la CNR, la région Paca et l'Agence de l'eau Rhône Méditerranée à hauteur de 50 %. Le chantier devrait se dérouler pendant de très longs mois, fin des travaux prévue an printemps 2019.