Soutenance mémoire
La Charte
La Charte existe depuis maintenant plus de dix ans. Celle-ci a été initialement mise sur pied par l’Agence spatiale européenne (ASE) et le Centre national d’études spatiales de la France (CNES) lors de la conférence Unispace III1 en juillet 1999. En octobre 2000, l’ASC apposait sa signature au texte de la Charte pour devenir le troisième membre signataire. Le 20 novembre 2000, la Charte entre officiellement en vigueur et quelques jours plus tard la première activation a lieu pour marquer ses débuts. Le but premier de la Charte est d’offrir les données et outils nécessaires pour prendre des décisions éclairées lors de catastrophes d’origine naturelle ou humaine. Pour ce faire, les agences spatiales et autres organismes membres s’engagent à faciliter l’acquisition et la distribution d’images satellitaires par les capteurs dont ils disposent. Les intervenants ont accès à des formations et à de la documentation afin de comprendre les capacités et les limites des capteurs ainsi que les besoins propres à chaque type d’activation et ainsi rapidement décider vers quelles ressources satellitaires se tourner (Stryker et Jones, 2009).
De nombreuses catastrophes affectent chaque année la vie de milliers de gens à de multiples endroits autour de la Terre. Afin de limiter l’étalement des activités de la Charte, les demandes d’activation passent par un système de filtration bien défini. Premièrement, seuls les utilisateurs autorisés se voient donner un numéro de téléphone unique permettant de rejoindre un opérateur qui mettra ou non en branle le processus d’activation. Un utilisateur autorisé (UA) peut faire une demande d’activation pour le pays duquel il provient ou il peut parrainer les demandes provenant de pays avec lesquels il entretient des relations. Il existe présentement plus de 40 utilisateurs autorisés. Pour les pays n’ayant pas d’autorisation pour faire appel à la Charte, le United Nation Office for Outer Space Affairs (UNOOSA) et le United Nation Institute for Training and Research (UNITAR) se chargent des demandes provenant des pays des Nations Unies alors que le centre de réduction des désastres pour l’Asie s’occupe des demandes des pays membres de la collaboration régionale Sentinel Asia depuis 2009.
Implication du Canada dans les activités de la Charte
Tel que mentionné précédemment, l’ASC est membre signataire de la Charte depuis l’an 2000. Selon les rapports annuels publiés sur le site de la Charte depuis 2002 par le secrétariat exécutif de la Charte, onze activations ont eu lieu pour des événements sur le territoire du Canada. Ainsi, sept cas d’inondations (Colombie-Britannique, Nouveau- Brunswick, Manitoba, Saskatchewan et Terre-Neuve), deux cas de feux de forêt (Alberta et Colombie-Britannique), un cas de côtes bloquées par la glace (Terre-Neuve) et uncas de feu de pétrole (Québec) sont répertoriés. Parmi les onze activations, quatre sont pour des événements ayant eu lieu en Colombie-Britannique. Nous remarquons que cette province est à risque en ce qui concerne les feux de forêts et les inondations.
Pour ce qui est de la gestion des ressources et de la diffusion des données lors d’une activation, le Canada a désigné 18 fois un chef de projet de l’ASC. Les dix catastrophes sur le territoire du Canada représentent donc plus de 50% des prises en charge de l’ASC. Pour les autres désastres, l’ASC a agi comme chef de projet pour des déversements d’huiles au Liban et aux îles Galápagos, pour des inondations en Bolivie, en Indonésie et au Pakistan, pour des tremblements de terre en Afghanistan et au Pakistan, un ouragan en Haïti et une éruption volcanique dans l’archipel des Comores. Nous mentionnons ici que l’implication de l’ASC au sein du secrétariat exécutif de la Charte comprend aussi le développement du site web officiel de la Charte (transféré à l’ASE en 2003) et la gestion du dépôt de données fonctionnant sous le protocole de transfert de fichiers (FTP). De plus, l’ASC a contribué de façon active à l’élaboration du guide de procédure pour le chef de projet. Des détails sont apportés dans la prochaine sous-section.
Opérations L’activation de la Charte est un processus relativement simple, mais il implique plusieurs intervenants de milieux variés. Les étapes menant à une activation de la Charte sont expliquées en ordre chronologique. Le schéma de la Figure 1.1 montre le processus d’activation lorsqu’un désastre survient. Le schéma comprend les étapes et les personnes impliquées. Les informations se trouvant dans cette section sont tirées en grande partie de (Dubois, 2009) et de mises à jours provenant de sources variées (Bally, Viel et Boubila, 2011; Béquignon, 2003; 2006; Executive Secretariat, 2012; Jones, 2009). Avant d’entamer les procédures pour activer la Charte, une catastrophe doit avoir lieu. Si des vies humaines ou des infrastructures sont mises en danger et que les autorités locales n’arrivent pas à contrôler la situation, il est temps de faire une demande d’activation. Les catastrophes considérées sont : les cyclones, les tremblements de terre, les inondations, les éruptions volcaniques et la pollution par hydrocarbures pour n’en nommer que quelquesunes.
L’ensemble des catastrophes prises en charge est détaillé dans une sous-section subséquente. Lorsque les preneurs de décisions sont prêts, un utilisateur autorisé peut contacter l’opérateur de la Charte. Ce dernier est disponible en tout temps pour prendre les appels faits par les UA via un numéro de téléphone unique confidentiel. L’opérateur doit vérifier que le requérant est bel et bien un UA. Un utilisateur autorisé peut être un organisme de protection, défense ou sécurité civile d’un pays dont l’agence spatiale est membre de la Charte. Les membres peuvent d’ailleurs faire office d’UA. Les partenaires de la Charte peuvent aussi effectuer des demandes pour des pays ou organismes qu’ils chapeautent. Lorsque cette vérification est effectuée, l’opérateur communique avec l’ingénieur d’astreinte (IA) disponible sur appel 24 heures sur 24 tous les jours. Le rôle d’IA est assigné à un employé formé d’un des membres de la Charte. Au cours de l’année, une rotation est effectuée par l’ensemble des membres de manière égale.
Le rôle de l’ingénieur d’astreinte est de traiter l’information reçue de l’opérateur. Il doit d’abord vérifier que la demande d’activation est valide. Le processus de validation comprend une liste de vérification claire sur les cas à rejeter. Ainsi, la surveillance de l’étendue d’un déversement d’hydrocarbures et celle du déplacement des glaces de mer ne sont pas considérées comme des situations urgentes. Les guerres et conflits armés, les actions humanitaires et les actions de recherche et sauvetage qui ne sont pas directement liés à une catastrophe ne sont pas admissibles. Les urgences pour lesquelles l’apport de l’imagerie satellitaire est moindre sont aussi rejetées. Les famines et épidémies routinières font partie de cette catégorie. Finalement, les demandes pour une catastrophe ayant eu lieu plus de dix jours avant ne sont généralement pas acceptées. Lorsqu’une activation est acceptée, l’IA doit préparer un plan d’acquisition d’images et d’obtention d’images d’archives. Ce plan est établi en fonction du type de catastrophe, de son étendue et des satellites disponibles (ITUK, 2010). L’IA demande ensuite l’approbation des personnes requises dans les agences spatiales nécessaires et soumet le plan. Les ressources spatiales nécessaires sont alors affectées à la région du désastre. L’IA transmet ensuite le dossier au chargé de projet.
Le chargé de projet s’occupe du déroulement du reste des opérations. Celui-ci est désigné par le secrétariat exécutif de la Charte lorsque cette dernière est activée. Il est seulement disponible durant les heures normales de travail. Son rôle est de s’assurer que les données traitées sont transmises aux utilisateurs finaux. Le chargé de projet est en mesure d’interpréter les données et guide les utilisateurs finaux. Lorsque l’activation est terminée, il soumet un rapport au secrétariat de la Charte. C’est aussi lui qui transmet les images brutes aux organismes à valeur ajoutée (OVA). L’OVA s’occupe de traiter, analyser et interpréter les images satellitaires. Il prépare des cartes significatives des zones touchées et transmet le tout aux utilisateurs finaux. Un site FTP, initialement mis en service et opéré par l’ASC, permet de stocker les produits générés et de les rendre accessibles aux utilisateurs finaux. Il s’agit du moyen le plus rapide et facile d’obtenir les données nécessaires pour les gens sur place lors d’un désastre. Par contre, cela implique qu’une connexion internet est disponible et fonctionnelle sur place. Ceci n’est pas toujours le cas dans des régions éloignées ou défavorisées, mais des regroupements comme Garnet-e et Sentinel Asia, décrits dans la section sur les partenaires de la Charte, tentent de remédier à ces lacunes.
Le travail des OVA est une étape cruciale du processus d’activation de la Charte. Sans leur analyse et leur interprétation, les utilisateurs finaux se retrouveraient avec une quantité impraticable de données difficilement utilisables. Les images doivent être filtrées pour éliminer le bruit inhérent aux systèmes d’acquisition. Un recalage des images d’archives avec les nouvelles acquisitions est nécessaire pour une étude temporelle précise. Cela est aussi valable pour les images de différentes modalités (angle des capteurs, résolution spatiale, etc.). Un photo-interprète doit aussi généralement faire des analyses de haut niveau telles que la détection des routes, l’évaluation des dégâts visibles et la progression d’une inondation ou d’un déversement d’huile. Le travail menant à la réalisation de cette thèse s’inscrit dans le cadre de projets visant à faciliter la tâche des photos-interprètes des OVA. Les événements majeurs nécessitant une réponse immédiate des équipes d’intervention font présentement en sorte que des dizaines et parfois des centaines (Altan et al., 2010; van Aardt et al., 2011) de photos-interprètes doivent travailler de nombreuses heures pour arriver à un produit adéquat. Nous désirons réduire ce temps de traitement en proposant des algorithmes et méthodes semi-automatisées pour guider le photo-interprète et générer des résultats fiables plus rapidement.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 CHARTE INTERNATIONALE « ESPACE ET CATASTROPHES MAJEURES »
1.1 Introduction
1.2 La Charte
1.2.1 Membres et ressources satellitaires
1.2.2 Implication du Canada dans les activités de la Charte
1.2.3 Opérations
1.2.4 Types d’activation
1.2.5 Partenariats et autres systèmes semblables
1.3 Évolution de la Charte
1.4 Activations majeures récentes
1.4.1 Séisme et tsunami touchant le Japon le 11 mars 2011
1.4.2 Séisme affectant Haïti le 12 janvier 2010
1.5 Méthodes actuelles d’évaluation des dégâts
1.5.1 Évaluation sur le terrain
1.5.2 Évaluation visuelle par télédétection
1.5.3 Échelle utilisée pour l’évaluation des dégâts
1.6 Conclusion
CHAPITRE 2 ÉTAT DE L’ART SUR LA DÉTECTION DES BÂTIMENTS ET L’ÉVALUATION DES DÉGÂTS
2.1 Introduction
2.2 Détection des bâtiments
2.2.1 Analyse multi-échelle des images
2.2.2 Caractéristiques à extraire pour la détection des bâtiments
2.2.3 Classification des bâtiments
2.3 Identification du type des bâtiments
2.4 Évaluation des dégâts
2.5 Méthodes employées pour le cas d’Haïti
2.5.1 Estimation automatique des dommages structuraux à l’aide de pictométrie
2.5.2 Analyse visuelle sur images optiques d’archives et d’acquisition nouvelle
2.5.3 Méthode automatique d’évaluation des dégâts à l’aide de l’ombrage
2.5.4 Analyse des dégâts à l’aide d’images satellitaires et aériennes
2.5.5 Extraction des bâtiments et des décombres
2.5.6 Évaluation des dommages par séparateur à vaste marge optimisé
2.5.7 Utilisation d’une image radar post événement pour l’évaluation
2.5.8 Détection de changement sur images optiques THR
2.6 Conclusion
CHAPITRE 3 DÉTECTION ET ÉVALUATION
3.1 Introduction
3.2 Extraction des formes et détection des bâtiments
3.2.1 Transformée rapide en lignes de niveau
3.2.2 Cartographie des échelles
3.2.3 Extraction des caractéristiques des formes
3.2.3.1 Information géométrique
3.2.3.2 Caractéristiques spatiales
3.2.4 Classification des bâtiments par séparateur à vaste marge
3.2.5 Optimisation du classificateur
3.3 Appariement des formes détectées
3.4 Évaluation des dégâts sur les bâtiments détectés
3.4.1 Statistiques de texture
3.4.2 Classification des dégâts
3.5 Mesures d’évaluation des résultats
3.6 Conclusion
CHAPITRE 4 PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL ET RÉSULTATS
4.1 Introduction
4.2 Préparation
4.2.1 Données utilisées
4.2.2 Matériel et logiciels utilisés
4.3 Présentation des résultats
4.3.1 Méthodes d’évaluation des résultats
4.3.2 Détection des bâtiments
4.3.3 Appariement des formes
4.3.4 Évaluation des dégâts
4.4 Interprétation des résultats
4.4.1 Problèmes de segmentation
4.4.2 Difficultés rencontrées pour l’appariement des formes
4.4.3 Qualité de l’évaluation des dégâts
4.5 Discussion
4.5.1 Détection des bâtiments – comparaison avec d’autres méthodes
4.5.2 Évaluation des dégâts – comparaison avec d’autres méthodes
4.6 Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE
ANNEXE I CAPTEURS RÉCENTS
ANNEXE II REPRÉSENTATION RCC8
ANNEXE III TEXTURES
ANNEXE IV EXEMPLE D’APPLICATION OTB APPENDICE A 205
STATISTIQUES SUR LES ACTIVITÉS DE LA CHARTE INTERNATIONALE « ESPACE ET CATASTROPHES MAJEURES »
BIBLIOGRAPHIE
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