Lidar

Des travaux de recherche impliquant Batistin Bour du CERFO publiés dans le journal Forest Ecology and Management

CERFONouvelle

Batistin Bour, un de nos chercheurs au CERFO, vient de publier, en collaboration avec Victor Danneyrolles (UdeS), Yan Boucher (UQAC), Richard Fournier (UdeS) et Luc Guindon (NRCan), les résultats du développement d’une méthode intégrative des données lidar dans la modélisation de la croissance des peuplements d’épinette noire après coupe. Cette méthode tire profit de plusieurs données géospatiales et permet de cartographier la croissance potentielle de l’épinette noire sur un vaste territoire. 

Pour accéder à l’article: https://doi.org/10.1016/j.foreco.2021.119697

Cartographie fine des essences individuelles par une approche de modélisation de type « Random Forest », à partir du lidar et de RapidEye – Rapport synthèse

B. Chalghaf, M. Varin, G. JoanisseRapports

La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Les produits de cette technique servent de base pour la planification et la compilation des inventaires forestiers. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation (Berger, 2008), elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements, en particulier pour l’interprétation des essences forestières (Leboeuf et Vaillancourt, 2015; Varin et al., 2016).

 La pénurie de photo-interprètes qualifiés, de manière générale, affecte l’atteinte des cibles de production annuelle de la carte écoforestière produite par la direction des inventaires forestiers. Cela a comme principale conséquence de complexifier la prévision des coûts. Les principaux défis sont par ailleurs de réaliser une nouvelle carte écoforestière de qualité similaire à celle produite actuellement, notamment pour la composition en essences des peuplements forestiers productifs. L’arrivée de nouvelles technologies pour la télédétection forestière pourrait permettre d’améliorer non seulement la précision de la caractérisation du territoire forestier, mais également la vitesse d’exécution (Gougeon et Leckie, 2003).

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Développement d’une méthode de télédétection du changement de conditions de site pour le suivi du scarifiage – Rapport méthodologique

L. Painchaud, M. VarinRapports

Les techniques issues de la télédétection permettent de plus en plus de remplacer des activités de collecte de données sur le terrain. Cette tendance permet de sauver des coûts importants, requerrant moins de temps et de ressources, et parfois même d’augmenter la précision des données. Dans le cadre du projet faisant l’objet du présent rapport, une méthode de suivi du scarifiage a été développée à l’aide d’images provenant du satellite Wordview-3, acquises à l’été 2017 et 2018, en plus des données d’un lidar aéroporté diffusées gratuitement par le Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs (MFFP). Suite au prétraitement des images et à la production d’indices topographiques variés, une approche multitemporelle fut confrontée à une approche unitemporelle pour la réalisation du suivi. La première information d’intérêt à extraire était, dans un premier temps, la superficie réellement scarifiée, et la deuxième, la qualité du scarifiage effectué. Pour ce faire, une classification des images satellitaires a permis la délimitation de la zone scarifiée. Ensuite, avec l’ajout de l’information topographique des indices produits, une classification de la zone scarifiée pour identifier des types de terrain fut réalisée. Dans un premier temps, il fut déterminé que le gain de précision obtenu par l’approche multitemporelle ne valait pas la complexité supérieure de l’approche. Ensuite, le résultat de la classification du terrain fut mis en relation avec les données d’inventaire terrain de suivi du scarifiage, mais peu de tendances ne furent dégagées pour caractériser les secteurs inadéquats. La méthode développée présente cependant un potentiel pour l’identification de sols à forte pierrosité et comportant des affleurements rocheux.

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Identification des habitats potentiels de la rainette faux-grillon à partir du lidar aéroporté – Rapport technique

J. Fink, R. Gadbois-Langevin, P. Bournival, C. Blanchot, F. Grenon, J. FinkRapports

La perte et la dégradation des habitats naturels sont les principaux facteurs de déclin des populations de rainette faux-grillon de l’Ouest au Québec. Dans ce contexte, la caractérisation des habitats par des critères pouvant permettre de comprendre l’occupation faunique, spécifiques ou non, est essentielle pour éviter la disparition de cette espèce autrefois très présente dans le sud du Québec. Coincé entre les développements agricoles et immobiliers, son habitat ne cesse de diminuer de sorte qu’elle se retrouve désormais sur la liste des espèces menacées de disparition. Malgré que les caractéristiques de son habitat de reproduction soient bien connues, leur cartographie en est encore à se construire à l’échelle du paysage.

Le projet vise à fournir la cartographie détaillée d’habitats potentiels de la rainette faux-grillon en utilisant des technologies de pointe en télédétection. Ces outils permettent d’effectuer la cartographie de façon semi-automatisée sur de vastes territoires, augmentant par le fait même la superficie minimale des habitats détectables. La cartographie détaillée permet de mesurer des paramètres clés pour la modélisation de la dynamique de population de la rainette faux-grillon, soit le nombre de sites de reproduction et les caractéristiques physiques de ces derniers tels que la profondeur et l’aire de drainage. Ces paramètres permettent, en combinaison avec des inventaires acoustiques de terrain, d’évaluer le potentiel de recrutement (nombre de sites de reproduction) et de déterminer un indice de viabilité de population à plus long terme.

Ce travail a été rendu possible grâce à la participation de plusieurs partenaires financiers, dont la Fondation de la Faune du Québec, le Ministère des Forêts, de la Faune et des Parcs et la Société canadienne pour la conservation de la nature. D’autres partenaires à caractère scientifique participent à ce projet : l’Université Laval, l’UQAM et l’Université McGill. Des organismes impliqués dans les relevés terrains tels que Ciel et Terre et Nature-Action Québec font également partie des partenaires de ce projet.

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Cartographie d’essences forestières à partir d’images multispectrales satellitaires à haute résolution spatiale et du lidar aéroporté – Phase 2

B. Chalghaf, M. Varin, G. JoanisseRapports

La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation, elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements. En effet, le photo-interprète doit délimiter manuellement les différents contours selon les caractéristiques observées, identifiées et interprétées. La liste de ces caractéristiques s’avère longue pour le classement des peuplements forestiers, en particulier pour l’interprétation des essences forestières.

L’objectif du projet était d’explorer ces deux problématiques, c’est-à-dire la délimitation des peuplements et la cartographie des essences forestières. Le but étant d’obtenir des attributs forestiers sur de grands territoires, un effort a été mis sur l’automatisation de ces processus. D’abord, la phase 1 (2017) du projet a permis de réaliser une campagne de terrain et de créer une bibliothèque de signatures spectrales pour 15 essences forestières présentes sur le territoire privé de Kenauk, en Outaouais. Ensuite, des images du satellite Wordview-3 ont été acquises à l’été 2016 et des données d’un lidar aéroporté à l’été 2015 sur le territoire d’étude. La phase 1 a également permis de générer une segmentation individuelle de couronnes d’arbre (SCA) par une approche orientée-objet à partir du lidar et d’attribuer des classes d’essence à l’ensemble de l’image. La phase 2 (2018) a permis d’améliorer la SCA de 87 % à 90 % en ajoutant l’imagerie dans la segmentation. Une nouvelle méthode hybride a été développée de manière à séparer d’abord les essences résineuses et feuillues (96 %) et ensuite les essences de chaque type. Les essences résineuses ont été classifiées avec une précision globale de 91 % et celles ayant un meilleur score sont l’épinette blanche, le pin blanc, le pin rouge, la pruche et le thuya. Les essences feuillues ont été classifiées avec une précision globale de 77 % et celles ayant un meilleur score sont l’érable à sucre, le chêne rouge et le peuplier à grandes dents. Ces résultats confirment que l’approche orientée-objet à partir d’imagerie satellitaire est efficace, mais présente ses limites dans la forêt feuillue.

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Identification du réseau hydrographique potentiel à partir du lidar aéroporté. CERFO. Technote 2017-02.

M. Varin, P. Bournival, E. Boulfroy, C. BlanchotTechnotes

La cartographie des fossés et des cours d’eau sur le territoire des municipalités régionales de comté (MRC) de La Côte-de-Beaupré, Charlevoix et Charlevoix-Est, fournie par la Géobase du réseau hydrographique du Québec est incomplète et ne reflète pas la réalité terrain. Par exemple, certains cours d’eau considérés intermittents sont en réalité des dépressions sans présence de lit d’écoulement, alors que certains cours d’eau permanents ne sont pas indiqués sur les cartes de base. Dans ce contexte, les urbanistes ne peuvent se fier à cette cartographie pour réaliser la planification du territoire. Cela entraîne, de plus, pour les exploitants du territoire, des contraintes qui dans certains cas, ne devraient pas avoir lieu (travail de sol, application d’engrais, aménagement urbain).

C’est dans ce contexte que l’Organisme de bassins versants Charlevoix-Montmorency (OBV-CM), accompagné du CERFO, a réalisé une mise à jour de la cartographie des fossés et des cours d’eau intermittents, permanents et verbalisés, à l’échelle du vaste territoire de 3 MRC, et ce, à l’aide d’une technologie de pointe, le lidar aéroporté .

Cartographie d’essences forestières à partir d’images multispectrales satellitaires à haute résolution spatiale et du lidar aéroporté – Phase 1

M. Varin, G. Joanisse, P. BournivalRapports

La cartographie du territoire forestier est obtenue traditionnellement à partir de l’interprétation de photographies aériennes. Bien que cette approche donne des résultats intéressants depuis l’arrivée de nouvelles procédures de photo-interprétation, elle reste fastidieuse, longue, coûteuse et présente certaines limites pour caractériser les peuplements. En effet, le photo-interprète doit délimiter manuellement les différents contours selon les caractéristiques observées, identifiées et interprétées. La liste de ces caractéristiques s’avère longue pour le classement des peuplements forestiers, en particulier pour l’interprétation des essences forestières. L’objectif du projet était d’explorer ces deux problématiques, c’est-à-dire la délimitation des peuplements et la cartographie des essences forestières.

Le but étant d’obtenir des attributs forestiers sur de grands territoires, un effort a été mis sur l’automatisation de ces processus. D’abord, une campagne de terrain a été réalisée et a permis de créer une bibliothèque de signatures spectrales pour 15 essences forestières présentes sur le territoire privé de Kenauk, en Outaouais. Ensuite, des images du satellite Wordview-3 ont été acquises à l’été 2016 et des données d’un lidar aéroporté à l’été 2015 sur le territoire d’étude. Une fois ces données prétraitées et combinées, une segmentation a été réalisée par une approche orientée-objet pour générer une délimitation individuelle de couronnes d’arbre. Une validation a été effectuée et chacun de ces objets correspond à une essence à 87 %. À partir de cette segmentation, il a été possible d’attribuer des classes d’essence à l’ensemble de l’image. Une approche dichotomique a été privilégiée et a mené à une première classification des résineux et des feuillus, évaluée à 94 %. Par la suite, les essences les plus discriminatives ont été classifiées en ordre de priorité. Les essences ayant un meilleur score sont le sapin, le pin blanc, le pin rouge, la pruche, l’érable à sucre, le hêtre et le peuplier à grandes dents. Ces résultats confirment que l’approche orientée-objet est efficace, mais présente ses limites dans la forêt feuillue.

Validation d’une méthode semi-automatisée de détection des milieux humides (étangs vernaux) à partir du lidar aéroporté. CERFO. Rapport 2017-06. 44 pages.

J. Fink, P. Bournival, M. VarinRapports

Ce projet a permis d’explorer diverses méthodes semi-automatisées de détection de milieux humides en faisant appel à des technologies de pointe en aménagement du territoire, telles que le lidar aéroporté et l’imagerie satellitaire à haute résolution spatiale. Ces technologies ont été utilisées sur deux territoires d’étude pour réaliser la détection des petits et grands milieux humides le long des basses-terres de la rivière des Outaouais. Les produits dérivés du lidar ont d’abord été utilisés comme outils de pré-identification des milieux humides alors que les images satellitaires à haute résolution spatiale ont été utilisées pour le calcul d’indices et pour confirmer la présence ou l’absence d’eau dans les petites dépressions identifiées par le lidar.

L’utilisation combinée du lidar et de l’imagerie satellitaire a permis de réduire avec confiance la taille minimale d’identification des milieux humides jusqu’à 50 m². Inspirés de la littérature de Wu et al. 2014, la méthode combinée a également permis de développer de nouveaux critères d’identification des étangs vernaux. Les nouveaux critères ont été développés à partir de la détection de changement entre les images d’été et de printemps. Les différences NDVI moyen et NDWI max ont permis de dissocier significativement les étangs vernaux des autres types de petits milieux humides. La cartographie fine de ces petits milieux humides (moins de 0,1 hectare) a permis d’avoir une meilleure connaissance du nombre, de la taille et de leur répartition sur le territoire et de bonifier la cartographie détaillée de Canards illimités par la création d’une 8e classe de milieu humide.

Les résultats soulignent que l’utilisation du lidar est essentielle pour bien identifier les milieux humides situés dans les dépressions, mais qu’il n’est pas possible d’identifier ceux situés hors des dépressions. Ces derniers représentent près de la moitié des milieux humides photo-interprétés. Les résultats indiquent qu’il est nécessaire d’utiliser d’autres algorithmes ou d’autres outils que le lidar pour obtenir une meilleure correspondance avec les milieux humides identifiés par photo-interprétation. Les produits lidar développés comprennent les modèles numériques de terrain, de terrain ombré, de surface, de hauteur de canopée, d’humidité topographique, les images d’intensité, l’écoulement de l’eau et les petites et grandes dépressions. Le produit dérivé lidar le plus utilisé par les photos-interprètes a été le modèle numérique de terrain ombré.

Le lidar a permis d’améliorer la délimitation des milieux humides et d’augmenter le niveau de confiance des photo-interprètes. Les petites et grandes dépressions identifiées par la méthode ont été validés par une campagne de terrain. Un total de 88 petits milieux humides identifiés par lidar ont été validés sur le terrain, dont 31 étangs vernaux. Les résultats soulignent l’importance de l’utilisation des images temporelles de printemps et d’été pour dissocier les étangs vernaux des autres classes de milieux humides.

Centre d’enseignement et de recherche en foresterie de Sainte-Foy inc. (CERFO)

Développement d’une méthode de cartographie d’étangs vernaux à l’aide du LIDAR et d’images multispectrales. Rapport 2016-12. 35 pages.

M. Varin, P. Bournival, J. Fink, M. DupuisRapports

Les étangs vernaux, aussi appelés étangs saisonniers, sont des milieux humides temporaires de petites superficies (Leonard et al., 2012; Julian et al., 2009). Ils sont formés par une dépression du terrain où l’eau s’accumule de façon temporaire et saisonnière. Ce sont des milieux humides particuliers en raison de leurs nombreuses fonctions écologiques et de leur importance capitale dans le cycle vital de nombreuses espèces, notamment les amphibiens et les reptiles. Ils ne sont généralement pas considérés dans la planification d’aménagement du territoire étant donné le manque d’information cartographique, leur état éphémère, leur isolement du réseau hydrologique et leur faible superficie. Conséquemment, il est difficile de les protéger. Plusieurs méthodes conventionnelles peuvent être utilisées pour cartographier les étangs vernaux, telle la photointerprétation fine. Cette dernière est toutefois longue et relativement onéreuse lorsqu’appliquée à l’échelle du territoire.

Ce projet a exploré les méthodes semi-automatisées faisant appel à de nouvelles technologies, comme le LiDAR et l’imagerie satellitaire à haute résolution, pour réaliser la cartographie des étangs vernaux sur le territoire Kenauk en Outaouais. Le LiDAR permet en effet d’avoir une résolution fine au niveau du sol, ce qui améliore considérablement le résultat des analyses hydrologiques tandis que les images satellitaires printanières permettent de confirmer la présence d’eau dans les dépressions identifiées par le LiDAR. Dans un exercice normal de cartographie des milieux humides, seuls les milieux humides de 1 000 m² seraient cartographiés, mais l’avènement des nouvelles technologies permet désormais d’identifier les milieux humides de plus faible superficie comme c’est le cas avec ce projet.

Les résultats indiquent que les analyses LiDAR identifient davantage de dépressions que les analyses hydrologiques effectuées à partir de l’imagerie satellitaire. Ils indiquent que la présence d’eau évaluée à partir de l’image printanière est confirmée à 100 % des cas sur le terrain, mais que cette présence d’eau n’est pas toujours associée à des étangs vernaux. Les technologies prises individuellement identifient 50 % des étangs vernaux potentiels alors que la combinaison des images satellitaires et des dépressions LiDAR fait diminuer ce ratio à 33 %. On attribue ce niveau de précision dans les résultats à la sévérité des critères de sélection retenus lors des analyses. Des options pour l’amélioration de la précision de la technique sont proposées. Les résultats soulignent également la diversité floristique et faunique des espèces fréquentant les étangs et l’importance d’avoir recours à un système de classification pour les caractériser. Ce système de classification permettra d’éliminer les confusions et de mieux documenter les différences entre les petits milieux humides.

Identification d’étangs vernaux à l’aide du LiDAR et de la photo-interprétation. CERFO. Rapport 2014-02. 17 p. + 1 annexe.

M. Varin, P. Bournival, I. Duclos, J. FinkRapports

Les étangs vernaux sont des milieux humides particuliers en raison de leurs nombreuses fonctions écologiques et de leur importance capitale dans le cycle vital de nombreuses espèces, notamment les amphibiens et les reptiles. Ils ne sont généralement pas considérés dans la planification du territoire étant donné leur état éphémère, leur isolement du réseau hydrologique et leurs faibles superficies (< 0,1 ha). Conséquemment, il est difficile de les protéger, d’autant plus qu’une méthode semi-automatisée et éprouvée n’existe pas à l’heure actuelle pour les identifier et les cartographier. Enfin, la présence d’une couverture forestière accentue la plupart du temps la difficulté d’identification de ces nappes d’eau temporaires.

Plusieurs méthodes conventionnelles peuvent être utilisées pour cartographier les étangs vernaux, telle la photo-interprétation fine. Cette dernière est toutefois laborieuse et relativement onéreuse et nécessite des prises de photos en absence de feuillage. Les méthodes semi-automatisées faisant appel à de nouvelles technologies, comme le LiDAR, sont très intéressantes à développer à l’échelle du territoire. Le LiDAR permet en effet d’avoir une résolution fine au niveau du sol, ce qui améliore considérablement le résultat des analyses hydrologiques.

Le mandat du présent projet est d’explorer les possibilités d’utilisation de cette technologie numérique pour l’identification des étangs vernaux. En raison de contraintes budgétaires, un site d’étude de seulement 100 ha a été retenu dans la MRC de Pontiac en Outaouais. Les dépressions de terrain où l’eau peut s’accumuler ont donc été identifiées grâce aux analyses LiDAR et cellesci ont été comparées aux étangs vernaux photo-interprétés sur le site d’étude. Les résultats obtenus démontrent que les analyses LiDAR identifient davantage d’étangs vernaux que par photo-interprétation : des 20 dépressions révélées par le LiDAR, seulement 6 ont été identifiées comme des étangs vernaux par la photo-interprétation. Par contre, tous les étangs vernaux photointerprétés ont été associés à une dépression délimitée par les analyses LiDAR.