Mise à jour d'une base de données d'occupation du sol à grande échelle en milieux naturels à partir d'une image satellite THR
Updating large-scale land-use database on natural environments from a VHR satellite image
par Gressin Adrien sous la direction de Vincent Nicole et de Paparoditis Nicolas
Thèse de doctorat en Informatique
École doctorale Informatique, Télécommunications et Electronique

Soutenue le Friday 12 December 2014 à Université Paris Descartes ( Paris 5 )

Sujets
  • Bases de données
  • Imagerie satellitaire
  • Télédétection
  • Utilisation du sol

Depuis le 1er janvier 2012, les thèses de doctorat soutenues ou préparées à l’Université Paris Descartes sont déposées au format électronique, sous licence Creative Commons.

Consultation de la thèse sur d’autres sites :

Theses.fr (Version intégrale de la thèse (pdf))

Description en anglais
Description en français
Mots clés
Télédétection, Classification, Apprentissage, Mise à jour de BD, Occupation du sol, Images satellite THR, Pléiades
Resumé
Les base de données (BD) d'Occupation du Sol (OCS) sont d'une grande utilité, dans divers domaines. Les utilisateurs recherchent des niveaux de détails tant géométriques que sémantiques très fins. Ainsi, une telle BD d'OCS à Grande Échelle (OCS-GE) est en cours de constitution à l'IGN. Cependant, pour répondre aux besoins des utilisateurs, cette BD doit être mise à jour le plus régulièrement possible, avec une notion de millésime. Ainsi, des méthodes automatiques de mise à jour doivent être mises en place, afin de traiter rapidement des zones étendues. Par ailleurs, les satellites d'observation de la terre ont fait leurs preuves dans l'aide à la constitution de BD d'OCS à des échelles comparables à celle de CLC. Avec l'arrivée de nouveaux capteurs THR, comme celle du satellite Pléiades, la question de la pertinence de ces images pour la mise à jour de BD d'OCS-GE se pose naturellement. Ainsi, l'objet de cette thèse est de développer une méthode automatique de mise à jour de BDs d'OCS-GE, à partir d'une image satellite THR monoscopique (afin de réduire les coûts d'acquisition), tout en garantissant la robustesse des changements détectés. Le cœur de la méthode est un algorithme d'apprentissage supervisés multi-niveaux appelé MLMOL, qui permet de prendre en compte au mieux les apparences, éventuellement multiples, de chaque thème de la BD. Cet algorithme, complètement indépendant du choix du classifieur et des attributs extraits de l'image, peut être appliqué sur des jeux de données très variés. De plus, la multiplication de classifications permet d'améliorer la robustesse de la méthode, en particulier sur des thèmes ayant des apparences multiples (e,g,. champs labourés ou non, bâtiments de type maison ou hangar industriel, ...). De plus, l'algorithme d'apprentissage est intégré dans une chaîne de traitements (LUPIN) capable, d'une part de s'adapter automatiquement aux différents thèmes de la BD pouvant exister et, d'autre part, d'être robuste à l'existence de thèmes in-homogènes. Par suite, la méthode est appliquée avec succès à une image Pléiades, sur une zone à proximité de Tarbes (65) couverte par la BD OCS-GE constituée par IGN. Les résultats obtenus montrent l'apport des images Pléiades tant en terme de résolution sub-métrique que de dynamique spectrale. D'autre part, la méthode proposée permet de fournir des indicateurs pertinents de changements sur la zone. Nous montrons par ailleurs que notre méthode peut fournir une aide précieuse à la constitution de BD d'OCS issues de la fusion de différentes BDs. En effet, notre méthode a la capacité de prise de décisions lorsque la fusion de BDs génère des zones de recouvrement, phénomène courant notamment lorsque les données proviennent de différentes sources, avec leur propre spécification. De plus, notre méthode permet également de compléter d'éventuels lacunes dans la zone de couverture de la BD générée, mais aussi d'étendre cette couverture sur l'emprise d'une image couvrant une étendue plus large. Enfin, la chaîne de traitements LUPIN est appliquée à différents jeux de données de télédétection afin de valider sa polyvalence et de juger de la pertinence de ces données. Les résultats montrent sa capacité d'adaptation aux données de différentes résolutions utilisées (Pléiades à 0,5m, SPOT 6 à 1,5m et RapidEye à 5m), ainsi que sa capacité à utiliser les points forts des différents capteurs, comme par exemple le canal red-edge de RapidEye pour la discrimination du thème forêts, le bon compromis de résolution que fournit SPOT 6 pour le thème zones bâties et l'apport de la THR de Pléiades pour discriminer des thèmes précis comme les routes ou les haies.