Réalité terrain étendue : une nouvelle approche pour l extraction de paramètres de surface biophysiques et géophysiques à l échelle des individus, Extended ground truth : a new methodology for biophysical and geophysical surface parameters extraction at subject scale
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Réalité terrain étendue : une nouvelle approche pour l'extraction de paramètres de surface biophysiques et géophysiques à l'échelle des individus, Extended ground truth : a new methodology for biophysical and geophysical surface parameters extraction at subject scale

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Description

Sous la direction de Jean-Paul Rudant
Thèse soutenue le 21 décembre 2010: Paris Est
L'extraction des paramètres de surface est une activité essentielle des Sciences de la vie et de la Terre. Ce mémoire propose une nouvelle méthodologie pour l'analyse des paramètres biophysiques et géophysiques, appelée Réalité Terrain Étendue, et qui mêle les avantages des relevés terrain et de la télédétection. Nous nous sommes en particulier attachés aux avantages de la télédétection basse altitude et d'un système micro-drone multi-caméras pour la cartographie de la dynamique de la végétation à l'échelle des individus. Cette problématique pose de nombreuses contraintes sur notre système car l'identification des arbrisseaux nécessite des capteurs innovants et une adaptation aux cycles phénologiques pour améliorer leur capacité de discrimination. La télédétection basse altitude semble être une solution intéressante en terme de résolution spatiale et de souplesse opérationnelle, et le développement des micro-drones civils permet des outils d'autant plus performants et fiables pour les missions terrain. Nous avons donc mis en place un système complet de drone avec une charge utile spécifique emportant simultanément trois appareils photographiques pour l'acquisition à la demande d'images obliques, stéréoscopiques ou multispectrales et permettant le développement de nouvelles méthodes d'identification de la végétation. Enfin, en participant à un relevé terrain du Muséum national d'Histoire naturelle, nous avons validé l'intérêt de notre système pour la cartographie de la dynamique de la végétation. Ce travail s'ouvre sur de nombreuses applications et perspectives de recherche, comme l'extraction de paramètres biophysiques par stéréo-restitution et l'agriculture de précision
-Télédétection basse altitude
-Micro-drones
-Cartographie de la végétation
-Paramètres de surface
-Réalité Terrain Étendue
-Stéréorestitution
Retrieval of land surface parameters is an essential part of life and Earth sciences activities, as they are the key to understand the complex phenomena that take place in the biosphere. This thesis proposes a new methodology for biophysical and geophysical surface para-meters analysis, that we call Extended Ground Truth, and that mix the advantages of the field ope-rations and those of remote sensing. We have especially focused our work on the benefits of low altitude remote sensing with a multi-cameras Unmanned Aerial System for vegetation dynamics mapping at subject scale. This problematic raises strong constraints on the system, as the identification of small bushes implies new type of sensors and the adaptation to the phenological cycles to improve the discrimination capacity of the sensors. Low altitude remote sensing seems a good solution in terms of resolution and operational flexibility and the technical revolution behind the spreading of civilian micro-UAV allows all the more capable and reliable tools for field operations. We therefore developed an Unmanned Aerial System with a specific payload that can lift up three digital cameras at once, allowing on demand oblique, stereoscopic or multispectral synchronous acquisitions and thus the development of new identification methods of the vegetation. Finally, we have participated in a field operation on a test site of the National Natural History Museum and confirmed the interest of our tool for vegetation dynamics mapping. This work leads to many other researches, per example in the field of biophysical parameters extraction from stereoscopic images, and other application fields like precision farming
-Low altitude remote sensing
-Micro-UAV
-Vegetation mapping
-Surface parameters
-Extended Ground Truth
-Photogrammetry
Source: http://www.theses.fr/2010PEST1025/document

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Informations

Publié par
Nombre de lectures 168
Langue Français
Poids de l'ouvrage 15 Mo

Extrait

THÈSE
pour obtenir le grade de
Docteur de l’École Doctorale Mathématique et STIC
Spécialité “Sciences de l’Information Géographique”
présentée et soutenue publiquement par
Antoine GADEMER
le 21 Décembre 2010
Réalité Terrain Étendue : une nouvelle approche pour
l’extraction de paramètres de surface biophysiques et
géophysiques à l’échelle des individus.
Extended Ground Truth : a new methodology for biophysical
and geophysical surface parameters extraction at subject scale.
Laboratoires d’accueil :
Équipe GTMC - Université Paris-Est Marne-la-Vallée, ATIS - École Supérieure d’Informatique Électronique Automatique
Directeur de thèse : J.P. Rudant, Pr. de l’Université Paris-Est Marne-la-Vallée
Co-encadrant : L. Beaudoin, Enseignant-chercheur ESIEA
Jury de soutenance composé de :
M. Kasser, Pr., ENSG Président de jury
T. J. Tanzi, Pr., Institut TELECOM - Telecom-ParisTech Rapporteur
B. Riera, Pr., CNRS/MNHN
J.P. Rudant, Pr., Univ. Paris-Est MLV Directeur de thèse
L. Beaudoin, Dr., ESIEA Co-encadrant de thèse
R. Erra, Dr., ESIEA Examinateur
H. Trebossen, Pr., OSS
tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011Résumé
L’observation de notre planète et de ses paramètres de surface est une activité essentielle
des Sciences de la vie et de la Terre. Ce mémoire propose une nouvelle approche pour l’ana-
lyse des paramètres biophysiques et géophysiques, appelée Réalité Terrain Étendue, et qui
mêle les avantages des relevés terrain et de la télédétection. Nous nous sommes en particu-
lier attachés aux avantages de la télédétection basse altitude et d’un système micro-drone
multi-caméras pour la cartographie de la dynamique de la végétation à l’échelle des indivi-
dus. Cette problématique pose de nombreuses contraintes sur notre système notamment sur
l’acquisition des données et a nécessité le développement de capteurs innovants et la capa-
cité de s’adapter aux cycles phénologiques pour améliorer leur capacité de discrimination.
La télédétection basse altitude à partir de micro-drones civils est une solution intéressante en
terme de résolution spatiale et de souplesse opérationnelle. Nous avons donc mis en place un
système complet de drone avec une charge utile spécifique emportant simultanément trois ap-
pareils photographiques pour l’acquisition à la demande d’images obliques, stéréoscopiques
ou multispectrales et permettant le développement de nouvelles méthodes d’identification de
la végétation. Enfin, en participant à un relevé terrain du Muséum national d’Histoire natu-
relle, nous avons validé l’intérêt de notre système pour la cartographie de la dynamique de la
végétation. Ce travail s’ouvre sur de nombreuses applications et perspectives de recherche,
comme l’extraction de paramètres biophysiques par stéréorestitution et l’agriculture de pré-
cision.
Mots clefs : Télédétection basse altitude, micro-drones, cartographie de la végétation,
paramètres de surface biophysiques, paramètres de surface géophysiques, rugosité, discrimi-
nation d’espèces végétales, relevés terrain, Réalité Terrain Étendue, stéréorestitution, photo-
grammétrie, images très haute résolution (THR), images multispectrales.
tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011Abstract
Retrieval of land surface parameters is an essential part of life and Earth sciences ac-
tivities, as they are the key to understand the complex phenomena that take place in the
biosphere. This thesis proposes a new methodology for biophysical and geophysical surface
parameters analysis, that we call Extended Ground Truth, and that mix the advantages of the
field operations and those of remote sensing. We have especially focused our work on the
benefits of low altitude remote sensing with a multi-cameras Unmanned Aerial System for
vegetation dynamics mapping at subject scale. This problematic raises strong constraints on
the system, as the identification of small bushes implies new type of sensors and the adapta-
tion to the phenological cycles to improve the discrimination capacity of the sensors. Low
altitude remote sensing seems a good solution in terms of resolution and operational flexi-
bility and the technical revolution behind the spreading of civilian micro-UAV allows all the
more capable and reliable tools for field operations. We therefore developed an Unmanned
Aerial System with a specific payload that can lift up three digital cameras at once, allow-
ing on demand oblique, stereoscopic or multispectral synchronous acquisitions and thus the
development of new identification methods of the vegetation. Finally, we have participated
in a field operation on a test site of the National Natural History Museum and confirmed
the interest of our tool for vegetation dynamics mapping. This work leads to many other
researches, per example in the field of biophysical parameters extraction from stereoscopic
images, and other application fields like precision farming.
Keywords : Low altitude remote sensing, micro-UAV, vegetation mapping, biophysical
surface parameters, geophysical surface parameters, rugosity, plant species discrimination,
field operation, Extended Ground Truth, stereo restitution, photogrammetry, very high reso-
lution, multispectral imagery.
tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011Remerciements
Je voudrais tout d’abord remercier tous les membres de mon jury de thèse : Michel Kas-
ser, Tullio Tanzi, Bernard Riera, Jean-Paul Rudant, Laurent Beaudoin, Robert Erra et Hervé
Trebossen de m’avoir fait l’honneur d’assister à ma soutenance.
Un merci particulier à Jean-Paul Rudant et Laurent Beaudoin pour m’avoir accompagné
et soutenu tout au long de cette thèse. Ce travail est un point d’orgue de leur longue collabo-
ration et un exemple de leur conception commune de la pluridisciplinarité et de leur vision
pragmatique des projets de recherche.
Merci à l’École Doctorale Mathématique et STIC, qui a cru à ce sujet en m’allouant
une allocation de thèse de 2007 à 2009 et pour avoir financé plusieurs missions terrains et
déplacements. Merci particulièrement à Robert Aymar, son président, et à Sylvie Cach qui
accompagne tous les doctorants avec une remarquable gentillesse et efficacité.
Merci à l’École Supérieure d’Informatique Électronique et Automatique (ESIEA)* pour
m’avoir fourni, dans sa collaboration avec l’Université Paris-Est, un formidable espace de
liberté professionnelle et financé la réalisation matérielle de notre système. Merci à Gérard
Sanpité, président du Groupe ESIEA et à Éric Filiol, directeur de la Recherche et du Déve-
loppement Industriel, dont le soutien à notre équipe et au pôle ATIS fut indispensable.
Merci à la Direction Générale de l’Armement (DGA)* et à l’Office National d’Études et
de Recherches Aérospatiales (ONERA)* pour avoir subventionné le projet Faucon Noir lors
de l’édition 2007-2009 du Challenge Minidrones.
Merci à Tullio Tanzi pour son expertise sur la gestion des risques et ses conseils avisés et
amicaux.
Merci à Bernard Riera et Samira Mobaied pour leurs explications patientes sur mes nom-
breuses questions en botaniques.
Merci à Didier Boldo, Nicolas Paparoditis et Renaud Binet pour avoir accompagné mes
premiers pas et permis la cristallisation de mon sujet.
Merci à Michel Kasser pour ses conseils d’expert et son soutien tout au long de cette
thèse.
Merci à tous les étudiants de l’ESIEA qui ont travaillé avec moi sur le projet Faucon Noir
et particulièrement Corentin Chéron, Sébastien Monat, Benoit Petitpas, Florent Mainfroy,
Loïca Avanthey, Vincent Germain et Vincent Vittori. Leur énergie débordante et leur soif
de connaissances est responsable de nombreuses avancées techniques et pour certains d’une
solide amitié.
tel-00583243, version 2 - 1 Jun 2011viii
Merci à Robert Thérisse pour sa gentillesse et son désir de partager sa riche expérience
avec la jeune génération.
Merci à mes collègues d’ESIEA Recherche pour leur esprit de corps et leur soutien.
Merci à Sylvain Van Wassenove et à Nicolas Boussaingault, de l’Association Française
contre les Myopathies pour n’avoir pas compté leur temps pour nous aider dans la réalisation
de notre capteur.
Merci à mon père et à ma mère pour leur soutien fidèle.
Merci à mes proches, amis, famille et à tous les autres qui ont suivi cette aventure.
Last, but not least, un immense merci à Ludmila pour sa patience et son esprit toujours
affuté. Sans elle rien de tout ce

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