Extraction des informations sur la morphologie des milieux urbains par analyse des images satellites radars interférométriques
Thesis or Dissertation
2018-12 (degree granted: 2019-06-19)
Author(s)
Advisor(s)
Level
DoctoralDiscipline
GéographieKeywords
- Classification
- Réseau routier
- Hauteur des bâtiments
- Interférométrie radar à synthèse d’ouverture (RSO)
- Milieux urbains
- TerraSAR-X
- Road network
- Building height
- Synthetic aperture radar (SAR) interferometry
- Urban areas
- Earth Sciences - Physical Geography / Sciences de la Terre - Géographie physique (UMI : 0368)
Abstract(s)
Aujourd’hui, les villes connaissent une croissance exponentielle de leur population. Le suivi de cette croissance est essentiel pour garantir le bien-être des citadins. Cependant, ce suivi nécessite des bases de données cartographiques sur les différents aspects de la morphologie urbaine. Bien que l’interférométrie satellite radar à synthèse d’ouverture (RSO)
soit largement exploitée pour la création de modèles numériques de terrain (MNT) et le calcul de la déformation du terrain, son usage en milieu urbain est bien plus complexe, notamment en raison des multiples zones d’inversion, d’occlusion et d’ombre présentes dans ces milieux.
Tout d’abord, des algorithmes d’extraction de l’information 2D sur la morphologie urbaine (emprise au sol des bâtiments, occupation du sol et réseau routier), s’appuyant uniquement sur des données satellites RSO mono-polarisées, ont été implémentés. L’accent a été mis sur le caractère robuste, automatique et rapide de ces algorithmes. Les résultats
obtenus sont comparables à ceux présentés à partir d’images aéroportées. Après avoir testé les algorithmes à partir des images satellites en amplitude, l’apport des produits interférométriques (interférogramme et cohérence) a été évalué. Il résulte de cette approche en deux étapes que les produits interférométriques, en raison de leur faible résolution, ont un
réel impact uniquement sur la segmentation des éléments de tailles importantes.
En ce qui concerne l’extraction de l’information 3D sur la hauteur des bâtiments, une procédure s’appuyant sur deux interférogrammes, l’un possédant une petite ligne de base, et l’autre une grande ligne de base, a été développée. L’utilisation de ces deux interférogrammes permet de détecter la majorité des sauts de phase, tout en conservant une
précision convenable. Toutefois, cette procédure n’aurait pas été optimale sans l’apport des informations 2D extraites ci-dessus, tant pour le calcul de la hauteur des bâtiments que pour la génération du MNT. L’apport de ces informations a, notamment, permis d’exclure les zones d’inversion, d’occlusion et d’ombre, qui génèrent une valeur aléatoire pour la phase. Nowadays, towns are undergoing exponential growth. The monitoring of their
expansion is essential to guarantee the welfare of citizens. To do that, cartographic
databases of multiple aspects of urban morphology are required. Satellite imaging using
interferometric synthetic aperture radar (SAR) is widely applied to generate digital terrain
models (DTM) and calculate ground deformations. However, satellite interferometric SAR in
urban zones is much more complex, due in part to numerous reversal, occlusion and shaded
areas.
First of all, algorithms to extract the 2D information on urban morphology (building
footprints, land cover and road network) have been implemented. These algorithms are
based only on single-polarized satellite SAR data. The decision on the type of approach was
driven by robustness, automatic and speed criteria. Achieved results are comparable to
results presented with aircraft images. Once algorithms have been tested on satellite intensity
images, the contribution of interferometric products (interferogram and coherence) have been
evaluated. Thanks to this two-step approach, we found that interferometric products have a
significant contribution to segment big size objects only.
Concerning the extraction of the 3D information on building heights, a method based
on two interferograms, with a short and a long baseline respectively, has been developed.
This approach allows to detect a large number of phase jumps while preserving a reasonable
accuracy. However, this method would not have been possible without the contribution of the
2D information extracted earlier, whether for the calculation building height or for the
generation of DTM. Among other things, this additional information allows to resolve the
phase disturbance generated by reversal, occlusion and shaded areas.
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