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mardi 21 janvier 2014

SPOT4


                            SPOT4

Chers lecteurs de ce blog, tous mes voeux pour 2014 !

Que cette nouvelle année vous procure de belles séries d'images mais vous laisse le temps de vous occuper de celles acquises l'an dernier ;) . Même si 2014 sera encore une année sans Sentinel-2 etVenµs, avec LANDSAT-8 et SPOT4 (Take5), avec les projets du pôle thématique THEIA, et peut être une nouvelle expérience SPOT5 (Take5), nous ne devrions pas nous ennuyer.

Cette nouvelle année marque aussi le premier anniversaire de ce blog, j'imaginais au départ le limiter à l'expérience SPOT4(Take5), mais les nombreux lecteurs de ce blog m'encouragent à poursuivre. Et un blog sur les série temporelles doit bien se poursuivre quelque temps...

Au cours de cette première année, ce blg a reçu 14000 visites, soit environ 60 visites par jour travaillé (mais certains d'entre vous le visitent aussi le week-end, et j'espère bien que ce n'est pas ce blog qui vous empêche d'aller vous promener, d'aller oir un film ou lire un bon livre). 31000 accès à des pages ont été enregistrés, mais comme pour tous les blogs, il est possible de lire plusieurs billets en un clic. 60% des visites viennent de France, et 40% viennent d'ailleurs, et le blog a reçu des visites de quasiment tous les pays du monde.


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Les pages les plus fréquentées sont les suivantes :

Le contrat de lancement de Venµs est signé

16/12/2013 Reply
Nous aurions pu tenir sur ce blog un véritable feuilleton décrivant les lanceurs qui ont failli emporter le satellite Venµs : il y a eu Dniepr (un lanceur Ukrainien) au moment de la décision du projet, il y a bien longtemps maintenant, puis le lanceur indien PSLV pendant quelques années (avec un moment un cycle orbital passant de 2 jours à 3 jours), puis Falcon 1E de Space-X (une compagnie privée américaine qui a fini par abandonner ce lanceur), puis Soyouz depuis Kourou avec Pleiades 1B (dont la date de lancement a finalement été avancée), puis Falcon 9, puis VEGA (moyennant une orbite modifiée, avec un passage ascendant de jour). Toutes ces pistes ont fini par échouer pour des raisons variées et qui seraient presque amusantes si elles n'avaient pas contribué à l'énorme retard de notre mission (je ne peux malheureusement pas les raconter...).

La vie d'un petit projet n'est pas simple : pour réduire les coûts de lancement, il faut trouver un co-passager principal, qui aille sur une orbite proche de celle de Venµs, avec une date de lancement crédible pas trop éloignée. Cette absence de contrat de lancement a fait que la date de lancement est restée hypothétique et nous a empêché de faire pression sur les industriels qui réalisent la plate forme et l'instrument, ce qui a contribué à une part des retards du satellite.

Bref, grâce à la patience des chefs de projets (CNES, IAI, ISA) de Venµs, nous avons maintenant un Lanceur, VEGA, et un co-passager (pas encore officiel). Le satellite Venµs devrait pouvoir rejoindre son orbite à 720 km dans un créneau de tir qui va d'octobre 2015 à ... décembre 2016. Le créneau devrait être précisé en avril 2015, avec une marge d'incertitude de 3 mois seulement.

Nous allons donc très prochainement émettre un nouvel appel à propositions de sites, car une bonne part des sites qui avaient été proposés en 2006 (!!) ne sont probablement plus d'actualité. Cet appel sera bien sûr relayé sur ce blog.

SMAC prend en charge de nouveaux satellites

De nouveaux coefficients ont été ajoutés au site du CESBIO . Les nouveaux satellites pris en compte sont :
  • Landsat 8, RapidEye
  • Quickbird, Worldview2, Ikonos
  • Pléiades1A (PHR1A)
  • DMC-DEIMOS1

Le Simplifié Modèle d'Atmosphérique Correction (SMAC) est parfaitement adapté à l'implémentation rapide et approchée de corrections atmosphériques. Il s'agit de fonctions analytiques dérivées du modèle 5S. Les 49 coefficients de ce modèle sont ajustés à partir de simulations de transfert radiatif obtenues avec le modèle 6S (l'ancienne version, pas la récente version vectorielle). SMAC n'est pas un modèle très précis (beaucoup moins que MACCS), et il faut lui fournir des données auxiliaires pour l'épaisseur optique des aérosols ou pour les contenus atmosphériques en ozone et vapeur d'eau. Quand ces données sont précisément connues, la précision des simulations est en général meilleure que deux à trois pour cent, sauf parfois pour les grands angles (au dessus de 70°) ou dans de fortes bandes d'absorption et si on ne prend pas en compte les effets d'environnement et les effets de pente.

SMAC a été conçu pour être facile à utiliser :
#lecture des 49 cofficients
nom_smac ='COEFS/coef_FORMOSAT2_B1_CONT.dat'
coefs=coeff(nom_smac)
 
#Lire la réflectance TOA de la bande à traiter
#(celà va dépendre du format de l'image)
 
#Lire les valeurs des angles dans les métadonnées (ici, on les fixe)
theta_s=30
phi_s=180
theta_v=0
phi_v=0
# calculer la pression atmosphérique à l'altitude du pixel
pressure=PdeZ(1300)
 
#trouver les valeurs des variables atmsophériques (ici, on les fixe arbitrairement)
AOT550=0.1
UO3=0.3
UH2O=3
 
#calculer la correction atmosphérique
r_surf=smac_inv(r_toa,theta_s,phi_s,theta_v,phi_v,pressure,AOT,UO3,UH2O,coefs)
Dans la dernière ligne ci-dessus :
  • theta_s, phi_s sont resp. l'angle solaire zenithal et azimuthal
  • theta_v, phi_v sont resp. l'angle de visée zenithal et azimutha
  • AOT est l'épaisseur optique à 550 nm qui peut provenir d'une station Aeronet, ou fixée au jugé, ou égale à 0.1 (si on se contente d'une correction très approchée).
  • UO3 est le contenu en ozone, en cm.atm (0.3 est souvent suffisamment précis)
  • UH2O est le contenu en vapeur d'eau, en kg/m². J'utilise souvent une valeur égale à 3, quand je ne cherche pas une grande précision, dans des bandes ou l'absorption est faible
References
[1] Rahman, H., & Dedieu, G. (1994). SMAC: a simplified method for the atmospheric correction of satellite measurements in the solar spectrum. REMOTE SENSING, 15(1), 123-143.
"[2]"Tanré, D., Deroo, C., Duhaut, P., Herman, M., Morcrette, J. J., Perbos, J., & Deschamps, P. Y. (1990). Technical note Description of a computer code to simulate the satellite signal in the solar spectrum: the 5S code. International Journal of Remote Sensing, 11(4), 659-668.
"[3]"Vermote, E. F., Tanré, D., Deuze, J. L., Herman, M., & Morcette, J. J. (1997). Second simulation of the satellite signal in the solar spectrum, 6S: An overview. Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on, 35(3), 675-686.>
"[4]"Kotchenova, S. Y., Vermote, E. F., Matarrese, R., & Klemm Jr, F. J. (2006). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part I: Path radiance. Applied Optics, 45(26), 6762-6774.
"[5]"Kotchenova, S. Y., & Vermote, E. F. (2007). Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmospheric correction of satellite data. Part II. Homogeneous Lambertian and anisotropic surfaces. Applied Optics, 46(20), 4455-4464.

Et si on rejouait Take Five avec SPOT-5 ?

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Cet article est régulièrement mis à jour avec l'arrivée de nouvelles (la date officielle de lancement de Sentinel-2), ou l'ajout de nouveaux arguments.

SPOT5 aussi va bientôt terminer sa carrière. Après 12 ans d'acquisitions d'images, le satellite va prendre sa retraite en 2015. Le CNES pourrait donc lancer prochainement un appel à utilisation scientifique de SPOT5 avant la désorbitation du satellite. Il me semble qu'il pourrait être utile de répéter l'expérienceSPOT4(Take5), pour les raisons suivantes :

  • la date officielle du lancement de Sentinel-2A est le 30 mars 2015. Même si le satellite est lancé le jour prévu, il faudra un a deux mois pour que le satellite commence ses acquisitions systématiques de routine sur l'orbite prévue, et son segment sol mettra quelques mois à devenir complètement opérationnel.Il est donc malheureusement peu probable que S2A puisse être utilisé pour le suivi des cultures 2015 dans l'hémisphère Nord. Par ailleurs, le deuxième satellite de la constellation (S2-B), qui permet d'obtenir le cycle de 5 jours, ne sera disponible que l'année suivante.
  • Les données d'une expérience SPOT5 (Take5), fournissant des séries temporelles avec une répétitivité de 5 jours, permettraient donc de poursuivre la préparation des utilisateurs et le développement des applications et méthodes basées sur les séries temporelles.
  • SPOT5 permet d'obtenir des images multispectrales avec une résolution de 10 mètres, comme Sentinel-2, l'expérience permettrait donc de s'approcher davantage des caractéristiques de Sentinel-2.
  • l'expérience Take5 a eu lieu au printemps pour l'hémisphère Nord et s'est achevée fin juin. Si l'on pouvait cette fois déborder sur l'été, d'autres expériences pourraient être programmées, par exemple pour le suivi des cultures d'été.
  • l'expérience SPOT4(Take5) s'était décidée très rapidement, nous avions eu peu de temps pour convaincre de nombreux partenaires internationaux de participer à l'expérience. Cette fois, en profitant de la petite notoriété de l'expérience SPOT4(Take5), nous pourrions impliquer de nouveaux partenaires. N'hésitez pas à m'écrire si vous pensez que votre organisme pourrait participer (rappel, le coût d'accès aux données pour SPOT4(Take5) était de l'ordre de 3000 € pour un site).

    • Lors de la première présentation de la proposition SPOT4(Take5), j'avais été prévenu que cette proposition avait peu de chances d'aboutir et j'avais même utilisé ce dessin pour conclure ma présentation. Il en va de même pour SPOT5 (Take5), mais ça vaut la peine d'essayer ?
  • Les sites SPOT4 (Take5) ont été choisis très rapidement, et quelques utilisateurs se sont plaints de ne pas avoir assez de temps pour monter une campagne de mesure ambitieuse, acquérir du matériel, trouver du monde pour faire des mesures de terrain. Cette fois, la durée de préavis plus longue pourrait permettre de faire les choses proprement.
  • la météo exécrable en Europe, pendant l'expérience SPOT4 (Take5), a fortement perturbé quelques expérimentations. On peut espérer que ces conditions ne se répètent pas cette fois, et un renouvellement de Take5 donnerait l'occasion de mener à leur terme ces expériences.
  • en dehors de l'ESA et du JRC, nous n'avions pas eu le temps d'impliquer des partenaires européens dans l'expérience, et les sites choisis par l'ESA et le JRC étaient à 95% en dehors de l'Europe. Nous aurions cette fois le temps d'impliquer des partenaires européens.

Malgré le succès de SPOT4(Take5), il nous faudra un excellent dossier pour convaincre le CNES, dans un contexte budgétaire défavorable : alors que l'expérience a déjà eu lieu une fois, il ne s'agit plus d'une grande première et il y a donc moins à gagner sur le plan de la communication, de l'originalité de l'idée...

Merci donc de me signaler votre éventuel intérêt pour cette expérience, en m'écrivant directement, ou en laissant un message sur ce blog. Les idées originales sont les bienvenues. N'oubliez pas non plus de nous faire un retour sur vos éventuels résultats obtenus avec SPOT4(Take5), qui serviront peut être aussi à convaincre nos directeurs.

Planning du retraitement de SPOT4(Take5)

 =>
Nous pensons pouvoir lancer le retraitement des données SPOT4(Take5) au cours du mois de janvier 2014, pour une distribution des données en Février (il est toujours risqué d'annoncer des dates, nous avions initialement annoncé novembre, puis décembre).  Cette nouvelle version sera elle aussi produite sur le prototype de centre de production MUSCATE, implanté au CNES pour le compte du pôle THEIA.

Pourquoi une telle durée  ?

  • C'est la négociation de la commande de modification de MUSCATE auprès de CAP GEMINI qui a pris le plus de temps.
  • La modification elle-même inclut les aspects suivants :
    • Changement de version de SIGMA, le logiciel utilisé pour l'ortho-rectification. Ce changement nous permettra de gagner en précision en utilisant de nouvelles données de référence pour la prise de point d'appui, qui dans la version précédente plantait à cause d'un bug. Au lieu de LANDSAT 5 ou 7, nous utiliserons la mosaïque de GEOSUD pour toutes les données acquises en France, les données ont été traitées par l'IGN et sont donc très bien référencées. Ailleurs, nous utiliserons LANDSAT 8, qui lui aussi apporte un fort gain en précision. Et pour les 4 sites qui nous ont posé le plus de problèmes, nous pourrons utiliser l'une des images de la série SPOT4(Take5) comme référence, ce qui devrait fournir de meilleurs points d'appuis.
    • Nous aurons le moyen de faire la différence entre les productions de niveau 1C qui échouent en raison de la couverture nuageuse, et celles qui pourraient échouer pour d'autres raisons
    • Nous allons enfin pouvoir traiter le site Maricopa de la NASA, en le séparant en deux sites, l'un acquis depuis l'Est, l'autre depuis l'Ouest.
    • La chaîne de Niveau 2 a été mise à jour, nous utiliserons aussi un nouveau modèle d'aérosols, avec des particules un peu plus grosses que sur le modèle initial, qui fournissent de meilleurs résultats.
    • Nous fournirons dans le produit de Niveau 2 deux plans de flags qui indiquent les pixels pour lesquels la correction des effets du relief n'a pas pu être effectuée (par exemple si la pente est à l'ombre). Nous les avions oubliés dans les produits distribués jusqu'ici.
    • Je ne sais pas si vous utilisez les masques de saturation (si ce n'est pas le cas, vous avez tort), mais ceux ci présentaient quelques défauts qui vont être corrigés.
    • Les produits de Niveau 2A seront accompagnés de jolis quicklooks, où les nuages et leurs ombres seront entourés. Ils nous permettront de valider plus rapidement les traitements, et nous espérons qu'ils vous seront utiles.
  • D'ici la fin de l'année, nous allons donc installer sur le système la nouvelle version du prototype de MUSCATE, puis les chaînes, les paramètres, les nouvelles images de référence (GeoSud et LANDSAT 8). Préparer ces images de référence pour 45 sites n'est pas une mince affaire.
  • Puis, banzaï !,  nous validerons le tout et lancerons la production de la version 2.0 des données SPOT4 (Take5), avant de basculer tout ceci sur le serveur de distribution. A suivre.


Utilisation de séries temporelles d'images à haute résolution spatiale pour le suivi de biomasse fourragère


Figure 1 : Profil moyen de fCover sur la parcelle 4 calculé à partir d'images des différents capteurs utilisés.
Le fCover est un paramètre biophysique calculé à partir d'observations satellitaires. Il permet de mesurer la fraction de couvert vert par unité de surface dans des conditions d'observation au nadir. Dans le cadre du produit d'assurance des prairies, ce paramètre est calculé à partir de synthèses décadaires d'images à moyenne résolution spatiale. Nous utilisons l'intégrale du profil annuel de fCover pour estimer la biomasse prairiale et construire l'Indice de Production Fourragère.
Notre premier travail de validation consiste tout d'abord à tester la relation existante entre la biomasse prairiale et la somme de fCover calculée sur des images à haute résolution spatiale. Un protocole de mesure terrain (d'après PV PROTIN, 2010. ARVALIS – Institut du Végétal) mis en place sur 6 parcelles de prairies dans la région toulousaine a été réalisé entre les mois de Mars et Juin 2013. Ces parcelles ont été choisies dans le but de faire varier les espèces prairiales et les modes d'exploitation des prairies (Tableau 1). Tous les 15 jours, une série de prélèvements est faite afin de mesurer la biomasse des parcelles à des endroits définis. Au total sur les 6 parcelles, il y a 320 points pour lesquels nous disposons d'une information de production à comparer avec le rendement estimé par télédétection.
Les parcelles se situent sur la zone SudMipy définie dans le programme d'acquisitionSPOT4(Take5). De ce fait, nous avons pu bénéficier des images acquises dans le cadre de ce programme pour constituer nos séries temporelles sur chaque parcelle. Compte tenu des conditions climatiques du printemps 2013, nous avons du compléter le jeu d'images SPOT-4 (Take5) avec des images acquises par les capteurs Landsat-8, SPOT-6 et Formosat-2. Au final, nous disposons d'une image tous les 15 jours environ (Tableau 1).
NomCouvertSurface (ha)Exploitation
prairie
Couverture
images
Parcelle 1Luzerne7,3FaucheTake 5 : 6 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1
Parcelle 2Prairies naturelles9,4FaucheTake 5 : 4 / Spot 6 : 1 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 4
Parcelle 3Ray-Grass8,6Ensilée début Mai /  Fauché fin JuinTake 5 : 5 / Spot 6 : 3 / Landsat 8 : 1
Parcelle 4Prairies naturelles6,0Fauché fin juinTake 5 : 7/ Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 1
Parcelle 5Fétuque / Dactyle / Trèfle Blanc11,5Fauche puis pâtureTake 5 : 5 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 2 / Formosat2 : 1
Parcelle 6Fétuque / Dactyle6,82 fauches, pas de pâturageTake 5 : 3 / Spot 6 : 2 / Landsat 8 : 1 / Formosat2 : 1
Tableau 1 : Caractéristiques des 6 parcelles sélectionnées


Figure 2 : Régression entre l'IPF et la Production
La figure 1 présente le profil moyen de fCover sur la parcelle 4 calculé à partir d'images des différents capteurs utilisés.La figure 2 présente la relation entre la production mesurée aux champs et estimée par télédétection. Le résultat de la régression linéaire entre l'IPF et la production mesurée  montre une corrélation forte entre les deux variables (R² = 0,76; α < 0,0001).

Cependant, plus les valeurs de productions sont fortes, plus l'écart à la moyenne des valeurs d'IPF tend à augmenter. Ceci s'explique en partie par la méthode de calcul de l'IPF qui ne prend pas en compte la partie en sénescence du couvert végétal. Il en résulte un écart entre la biomasse mesurée au champs et l'IPF.

En résumé, l'utilisation du fCover sur des séries temporelles à haute résolution spatiale montre qu'il est possible d'estimer la production des prairies à ce niveau d'échelle. L'IPF étant calculé à partir d'images à moyenne résolution spatiale, la prochaine étape consistera à exploiter le jeu de données SPOT-4 (Take5) pour valider l'indice sur un territoire représentatif du territoire que pourrait viser le produit d'assurance.

La version v3.2 de l'OTB est sortie/ OTB v3.2 is out

 Les collègues du CNES et de CS-SI viennent de sortir une nouvelle version de la bibliothèque open source Orfeo Tool Box. Parmi les améliorations, je suis sûr que vous serez nombreux à apprécier la segmentation "Large Scale Mean Shift", qui permet un traitement par tuiles qui donne le même résultat que celui qui serait obtenu sur l'image traitée en un seul bloc. Cette caractéristique sera très utile pour segmenter les volumineuses séries temporelles issues de Sentinel-2.


 CNES and CS-SI colleagues juste released a new version of the open source libraryOrfeo Tool Box. Among the enhancements, I am quite sure that many of you will like the new "Large Scale Mean Shift" segmentation application,  "which allows to perform tile-wise segmentation of very large images with theoretical guarantees of getting identical results to those without tiling". This feature will be especially useful to process Sentinel-2 huge time series.

Statistiques de téléchargements des données SPOT4(Take5)

Trois mois et demi après le début de la diffusion des produits de l'exprience  SPOT4(Take5), nous pouvons examiner les statistiques des téléchargements effectués depuis le site de distribution du pôle THEIA : http://spirit.cnes.fr/take5/

  • 160 utilisateurs différents provenant de nombreux pays ont téléchargé des données, .
  • 75% des téléchargements concernent des produits de niveau 2A, et les utilisateurs qui ont téléchargé des produits de niveau 1C ont aussi, en général, téléchargé des données de niveau 2A.
  • 40% des téléchargements concernent des séries temporelles entières pour un site, 60% concernent des images mono-date. Si on tient compte du fait que les séries temporelles comportent en moyenne 14 dates, on en déduit que 90% des acquisitions sont téléchargées à partir de séries entières.
  • Chaque série temporelle a été téléchargée 12 fois en moyenne.
  • Deux utilisateurs (Français, je présume) prétendent s'appeler Titi et Toto.

Nombre de téléchargements de séries entières par site

Nous pouvons aussi obtenir un classement des 45 sites en fonction du nombre de téléchargements, et nous pouvons remarqué que chacun des 45 sites a été au moins téléchargé une fois. Ceci dit, même si les sites du CESBIO arrivent premiers, ce classement est probablement biaisé car certains laboratoires centralisent les télléchargements, alors que d'autres téléchargent plusieurs fois les données (parmi lesquels le CESBIO). Le dernier site de la liste a été ajouté récemment à la liste des sites.

Le nombre de communications ou de papiers par site sera bien plus intéressant, mais pour le moment, le compteur est bloqué à trois, pour autant que je sache (3 communications au Living Planet Symposium). Rappelez vous que la licence des données demande que chaque communication basée sur ces données soit envoyée au CNES (à Sylvia Sylvander et moi-même)

PS : ces informations sont obtenues grâce au formulaire saisi par chaque utilisateur, celui-ci est collecté dans la base de données mise en place par Jérome Gaspéri, et chaque mois, Bernard Specht, du CNES m'envoie les résultats.
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