Cartographie et caractérisation des systèmes agricoles - Agnès BEGUE (CIRAD-UMR TETIS) et al.
←
→
Transcription du contenu de la page
Si votre navigateur ne rend pas la page correctement, lisez s'il vous plaît le contenu de la page ci-dessous
Cartographie et caractérisation des systèmes agricoles Agnès BEGUE (CIRAD-UMR TETIS) et al. 2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Perspectives TOSCA 2014 2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Pourquoi les paysages agricoles ?
Paysages agricoles ∼ systèmes agricoles
Pour comprendre la durabilité de l’agriculture
sur un territoire
• Pour évaluer la productivité du système (agro-industrie vs
agriculture familiale, etc.)
• Pour évaluer les risques environnementaux (surexploitation des
ressources en eau, érosion, etc.)
Pour aider le suivi agricole
• Sécurité alimentaire
• Echantillonnage de terrain,
changement d’échelle
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Principales réalisations TOSCA 2013-16
GEORICE
Cartes d’utilisation du sol
o Du domaine cultivé SYSTCULT
o Des principales cultures CES-OSO
France et Suds
o De pratiques agricoles
» Irrigation vs pluvial
TRECS
» Cultures séquentielles (doubles ou triple culture)
» Intensification écologique CIC-TOOB
• Classification supervisée
• Modélisation spatiale et télédétection SAMSAM …..
Zonage des systèmes agricoles AgriZone
Analyse des dynamiques DynAfrique
• Paysagère : analyse de tendance
• De rendement : recherche indicateurs VERSAO
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Le produit OSO (Occup. Sol)
Produit France (Inglada et al., RS 2016) : CES-OSO
France et Suds
Cartes à échelle nationale avec
une nomenclature de 15 à 20 classes (> Copernicus),
une résolution spatiale entre 10 m et 20 m,
une fréquence de mise à jour annuelle (> Corine Land Cover).
Données & Méthodes
séries d'images optiques multi-temporelles de type
Sentinel-2 (interpolées)
des données auxiliaires de référence pour l'étalonnage des
méthodes et la validation des produits
classification supervisée avec Random Forest
Le produit OSO
(Inglada et al., 2016)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Le produit OSO
France S2 ou Landsat
Kappa : 0,86
OA = 0,89
17 classes
Burkina Faso
SPOT et Landsat
OA = 0,52
6 classes crop
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris (Inglada et al., RS 2015)
Diversité des agricultures du Sud
Madagascar Burkina Faso Brésil SP
CES-OSO
France et Suds
Petites parcelles Hétérogénéité Pas de calendrier
(0,03 ha) intra-parcellaire cultural fixe
Présence nombreux Grand nombre de
arbres cultures différentes
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Diversité des agricultures du Sud
Madagascar Burkina Faso Brésil SP Vietnam
Petites parcelles Hétérogénéité Pas de calendrier Petit parcellaire
(0,03 ha) intra-parcellaire cultural fixe (mais parcelles
Présence nombreux Grand nombre de conjointes)
arbres cultures différentes Cultures
séquentielles
+ Nébulosité pendant la campagne agricole
+ Difficultés acquisition données de terrain possibles
+…
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Madagascar (hauts plateaux)
Très petit parcellaire (< 0,05 ha)
Combinaison :
OBIA + Random Forest + multi-source
(THRS, données environnementales)
Cropland Land Cover Crop Group Crop Class Crop Subclass
(2 classes) (7 classes) (15 classes) (23 classes) (25 classes)
Crop Non Crop Crop Non Crop Crop Non Crop Crop Non Crop
2014-2015 Overall Accuracy 91.7% 96.6% 90.7% 70.2% 83.2% 64.1% 81.3% 64.4% 80.2%
(Lebourgeois et al., RS 2017)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisBrésil – Sao Paolo
Pas de calendrier cultural, polyculture
Classification
Février 2016 Evolution de la précision globale pour la
12 classes classification des cultures
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris (Le Maire et al., en preparartionBurkina Faso (Koumbia)
Parcelles hétérogènes, forte nébulosité
Saison 2014 - bonnes performances
avec (THRS / séries HR optiques) :
Domaine cultivé : > 90%
Groupes culture : > 75% Saison 2016 – integration des données S1
(impact du despeckling) : amélioration
significative du taux de classification
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris (Gaetano et al., 2017)Vietnam (Delta du Mékong)
/ 12 jours depuis oct 2014 (S1A)
/ 6 jours depuis oct 2016 (S1 A&B)
3 cultures / an
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
(Le Toan et al., 2017)Résultats Comparaison de cartographie 2015-2016
Variabilité inter-annuelle
Winter-Spring 2015 (S3-2015) Winter-Spring 2016 (S3-2016)
(Le Toan et al., 2017)
Surface réduite en raison de déficit d’eau et de l’intrusion d’eau salineCartographie stade phénologique
(Le Toan et al., 2017)SAMSAM
Vers une approche intégrée
Satellite time-series Analysis and Modelling for Small Agriculture Mapping
Connaissances
THRS Séries HRS formalisées
route
piste
cours d’eau
village
Mais
Riz irrigué
Riz pluvial
temps
Structure Fonctionnement Contraintes spatio-temporelles
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisQuelle suite pour CES-OSO ?
Installation de IOTA2 à la MTD et à La Réunion
IOTA2 sur de nouveaux sites (Réunion, Maroc)
Un « IOTA2-Sud » pour l’agriculture du Sud ?
Stratification par systèmes de culture
Classification hiérarchique (domaine cultivé, …)
Intégration d’images H-resolution et radar
Intégration de variables environnementales (MNT, distance aux
routes, etc.)
Une expérimentation croisée sur 5 sites (CIRAD)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisTRECS
Pratiques agro-écologiques
CIC-TOOB
Rôle des arbres en agro-écologie :
• En Amazonie : sur les fronts pionniers l’intensification écologique
passe par la conservation d’espèces forestières natives utiles dans les
agrosystèmes (palmiers à large couronne circulaire).
• Au Sénégal : rôle des arbres dans la régulation écologique de la
mineuse de l’épi du mil (les arbres sont un habitat du prédateur).
Cartographie automatique des arbres en milieu ouvert
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisCIC-TOOB
Inventaire des ressources
Extraction des ombres (GeoEye) Jeu d’entrainement
• Lissage Palmiers (75) Autres (75)
• Filtre adaptatif local
MILIEU • Filtrage morphologique (fermeture)
• Extraction des composantes connexes
OUVERT • Seuillage sur la taille des objets
Classification des ombres
• Apprentissage à partir d’un jeu d’entrainement
• Reconnaissance des palmiers à partir de 25
invariants de forme
… …
75% de détections validées
(Santos et al., J Env Manag 2017)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisTRECS
Régulation écologique
Images Landsat : OS agricole
Extraction de 5 variables paysagères
• % mil Logiciel fragstats
• Densité d’arbres
• Densité de mil
• Indice de diversité de Shannon
• indice de proximité des patchs
Images Pléiades : carte des arbres + Données entomologiques
La régulation augmente :
• avec ↑ de la densité d’arbres
• avec ↓ de la densité des parcelles de mil
• dans les paysages hétérogènes et diversifiés.
(Soti et al., en préparation)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisZonage AgriZone
Approche “paysagère radiométrique”
• Forte hypothèse : Les composants d’un paysage ….
o environnement (sol, topographie, climat, occupation du sol)
o humain (utilisation du sol / activités)
…. peuvent être “capturés” par des images de télédétection
o indices radiométriques (production biomasse liée au climat, au sol …)
o Indices texturaux (occupation/utilisation du sol, topographie,…)
o Indices temporels (phénologie/saisonnalité en lien avec le climat et la
topographie …).
Tests sur l’état du Tocantins au Brésil et Burkina Faso
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisZonage : Approche radiométrique
PCA Transformation
Phenological variables
Segmentation
Série temporelle MODIS NDVI 16-jours
(Octobre 2013 à Octobre 2014)
(Bellon et al., en préparation)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisCarte des systèmes agricoles
Evaluation à partir des statistiques agricoles (échelle des municipios)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris (Bellon et al., en préparation)DynAfrique
Analyse de tendances de NDVI
Quels sont les déterminants des tendances de
production à l’échelle régionale ?
UTILISATION DU SOL
CLIMAT X ACTIVITES HUMAINES
PRATIQUES
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris Leroux et al., RSE 2017Leroux et al., RSE 2017 2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, Paris
Principales avancées
Cartes d’utilisation du sol
• Du domaine cultivé
• Des principales cultures
• De pratiques agricoles
» Irrigation vs pluvial
» Cultures séquentielles (doubles ou triple culture)
» Détection arbres en milieu ouvert et saison sèche
Zonage des systèmes agricoles
Analyse des dynamiques
• Déterminant climat/homme des tendances de NDVI
• De rendement : analyse inter-annuellePrincipaux verrous Cartes d’utilisation du sol / agro-écologie • Données d’apprentissage • Généricité des méthodes vs adaptation des méthodes à la complexité des paysages • Données multi-source, dont expertise • Détection des espèces arborées (hyperspectral ?) • Gestion des données (très gros volumes) Analyse des dynamiques • Validation locale des analyses de tendance régionale • Imaginer de nouvelles méthodes de couplage entre modèle de plante et données images pour dynamique rendement
Fédération de la communauté
Rôle fédérateur de THEIA
Par le CES-OSO
Réunions de travail / Nombreuses publications
Continuité des travaux
Par l’ART-Sud (GEODEV)
Signature d’une convention (CIRAD, CNES, IRD)
Premières actions communes proposées autour de l’OS
De nouveaux partenariats (AFD , IGN-FI)
Un élan lié à Sentinel-2
Appel d’offre CNES-THEIA sur fourniture images niveau 3
Projet Sen2-Agri (CESBIO, TETIS)
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisDes actions en lien avec GEOGLAM
JECAM (Joint Experiment of Crop Assessment and Monitoring) :
6 sites Afrique + 2 sites Brésil, avec des équipes françaises
Projets européens : FP7 SIGMA (2013-2017) / H2020 SEFORA (déposé)
GEORICE : Contribution à Asia-Rice dans GEOGLAM
Sentinel2-Agri : CESBIO et sites CIRAD
… qui ont pu se faire grâce au soutien du TOSCA et du CNES
… de belles avancées,
à consolider pour une meilleure reconnaissance internationale
2ème Colloque de restitution TOSCA, 21-22 mars 2017, ParisMerci aux contributeurs
Agnès Bégué, Beatriz Bellon, Raffaele Gaetano, Valentine
Lebourgeois, Danny Lo Seen, Stéphane Dupuy
Louise Leroux, Valérie Soti
Guerric Le Maire
Jordi Inglada, Thuy Le Toan
Nadine Dessay, Danièle Mitja, Eric Delaitre, Laurent
DemagistriVous pouvez aussi lire
