Analyse Géospatiale [Geospatial Analysis] (ANAGEO)

EPISTIS - Outils basés sur la télédétection pour l'étude de l'épidémiologie et de la dynamique spatio-temporelle des maladies [EPISTIS - Remote Sensing Tools to Study the Epidemiology and Space/Time Dynamics of Diseases]
Ce projet de 4 ans financé par la Politique Scientifique Fédérale belge vise à développer des outils, basés sur la télédétection, destinés à améliorer l'analyse de la dynamique spatio-temporelle de la transmission des maladies. Deux études de cas ont été sélectionnées, l'une concerne une maladie vectorielle et l'autre une maladie hautement contagieuse. Il s'agit de (1) la présence et la propagation de la maladie de la langue bleue (fièvre catarrhale des ruminants) en Italie et dans le bassin méditerranéen et (2) la dynamique de transmission de la fièvre aphteuse en périphérie du Great Limpopo Transfrontier Park en Afrique australe. Bien que ces études de cas concernent des maladies animales spécifiques, les approches novatrices qui seront développées et mises en oeuvre seront génériques et pourront être appliquées à d'autres maladies, même humaines, présentant des caractéristiques épidémiologiques similaires. Une analyse épidémiologique préliminaire permettra de rassembler les données nécessaires sur l'occurrence des maladies, les vecteurs, les hôtes potentiels, la faune sauvage, le bétail et la population humaine. Les données dérivées de la télédétection - de la basse à la très haute résolution spatiale - constitueront d'une part une source d'information au niveau épidémiologique et d'autre part des variables d'entrée dans des modèles spatiaux à différentes échelles: des modèles de distribution à l'échelle du pays ou de la région, des modèles paysagers et de propagation à l'échelle locale, ainsi que des modèles basés sur la très haute résolution sur certaines zones-cibles nécessitant un degré de détail plus élevé. Tous ces modèles seront intégrés dans un système d'information spatio-temporel (STIS) afin de permettre une analyse plus approfondie et plus intégrée que ce qui a été fait jusqu'à présent dans le domaine. Les résultats serviront à estimer les risques de propagation future, à démontrer l'efficacité ou l'inefficacité des barrières existantes et à améliorer la gestion et le contrôle des maladies. [This four-year project financed by the Belgian Science Policy is aimed at developing remote sensing tools for improving the analysis of the space/time dynamics of disease transmission. Two case-studies have been selected, the first being focussed on a vector-borne disease and the second on a highly contagious disease, i.e. (1) the presence and spread of Bluetongue (ovine catarrhal fever) in Italy and in the Mediterranean basin and (2) the dynamics of transmission of foot-and-mouth disease at the fringe of the Great Limpopo Transfrontier Park in southern Africa. Although these case-studies target specific animal diseases, the innovative approaches that will be developed and implemented will be generic and therefore applicable to other diseases, including human diseases, having a similar epidemiological setting. A preliminary epidemiological analysis will ensure the collection of the necessary data on disease occurrence, vectors, potential hosts, wildlife, cattle and human population. Data derived from remote sensing - from low to very-high spatial resolution - will serve on the one hand as an information source at the epidemiological level and on the other hand as input variables in spatially-explicit models on different scales: distribution models on the country or regional scale, landscape models and spread models on the local scale and models based on very-high resolution in focus areas requiring a higher level of detail. All these models will be integrated in a space/time information system (STIS) so as to allow a more in-depth and more integrated analysis than what has been done up to now in this field. The results will help assessing the risks of future spread, show the effectiveness or ineffectiveness of existing barriers and improve the management and control of diseases.]

Détection de changement pour la mise à jour de bases de données géographiques vectorielles par classification par région de données satellitaires à très haute résolution spatiale [Change detection for updates of vector database through multi-level region-based classification of VHR data]
Une connaissance à jour de l'occupation du sol est très importante pour de nombreux acteurs ayant des responsabilités en aménagement du territoire. L'occupation du sol change sans cesse et cette information doit être mise à jour de manière périodique. Les bases de données géospatiales vectorielles belges à des échelles locales (par exemple, le parcellaire agricole de la Direction Générale de l'Agriculture de la Région Wallonne, les cartes topographiques 1/10000 de l'IGN et le Projet Informatique de Cartographie Continue du Ministère de l'Equipement et des Transport de la Région Wallonne) ont été réalisées par des techniques de cartographie digitale basées sur des photos aériennes, et la mise à jour de ces bases de données est maintenant à l'ordre du jour. Les données satellitaires à très haute résolution spatiale (THR) répondent, depuis 1999, aux besoins cartographiques et de suivi de l'occupation du sol au niveau communale et régional de planification. En effet ces données issues des capteurs Ikonos, QuickBird, OrbView-3, et dans un futur proche, des capteurs français Pleiades-HR, ont une résolution spatiale en dessous de 5m en mode multispectral et en dessous de 1m en mode panchromatique. Dans ce contexte, cette étude post-doctorale propose d'utiliser la classification par région des données THR dans différentes techniques de détection de changement pour la mise à jour de bases de données vectorielles. [Up-to-date knowledge of land cover is an important tool for the various planning authorities with responsibilities for the management of territory. The geospatial objects are changing over time and the land cover information (vector geospatial database) has to be up-date periodically. The vector geospatial databases at a local scale in Belgium (e.g. Agriculture Directorate-General crop field database, National Geographic Institute 1/10000 topographic maps, Projet Informatique de Cartographie Continue of the Walloon Ministry of Transport and Equipment) were carried out by digital cartographic production process based on aerial photographs, and the update of these databases is now at the agenda. The VHR satellite data are, since 1999, capable to meet the mapping and monitoring needs of municipal and regional planning agencies. Indeed, these data from the sensors Ikonos, QuickBird, OrbView-3, and in near future, the Pléiades-HR French sensors, have spatial resolution lower than 5 m in multispectral mode and lower than 1 m in panchromatic mode. In this context, this post-doctoral research project suggests to use region based classification of VHR satellite data in different change detection processes for updates of vector database.]

ARMURS - Reconnaissace automatique pour la détection de changement par télédétection [ARMURS - Automatic Recognition for Map Upadte by Remote Sensing]
Depuis le milieu des années 80, les pays développés couvrent leur territoire avec des cartes topographiques dérivées de bases de données topographiques. Leur production est réalisée par photorestitution de photographies aériennes couvrant systématiquement le territoire et par complètement sur le terrain. Ces photographies aériennes coûtent relativement cher. Le complètement de terrain est long. Depuis peu, tous ces producteurs de données topographiques sont confrontés au même problème de mise à jour des bases de données topographiques. En parallèle, la demande pour une mise à jour de plus en plus rapprochée s'accroît de la part des utilisateurs. La disponibilité en images satellitaires à très haute résolution et l'existance de techniques de traitements d'images de plus en plus pointues permettent l'utilisation des données et des techniques pour la mise à jour des bases de données topographiques. A ce jour, s'il existe des contributions scientifiques intéressantes, il n'existe pas d'outil intégré permettant d'appuyer les producteurs de données topographiques dans la mise à jour de leurs bases de données. C'est pourquoi, l'objectif général du projet est de capitaliser les connaissances des partenaires en développant un démonstrateur pour soutenir les producteurs de données topographiques à les mettre à jour. Ce démonstrateur intégrera des méthodes existantes de prévision et de détection de changements. Les changements étudiés sont les objets les plus importants des bases de données topographiques à savoir les bâtiments, les routes, etc., c'est-à-dire les structures construites. A l'échelle régionale, l'objectif est d'analyser une série de données multi-sources (images satellitaires à haute résolution, bases de données statistiques sur la population, bases de données économiques) afin de prédire où les changements dans les structures construites auront lieu. A l'échelle locale, la base de données topographiques sera comparée à des images satellitaires à très haute résolution pour détecter et reconnaître les différences (erreurs dans la base de données, construction de bâtiments, de routes, etc.). La première étape est d'affiner notre perception des besoins des utilisateurs concernant la mise à jour des bases de données topographiques afin d'assurer que l'outil développé y réponde. C'est pourquoi des interviews avec des responsables de la production des données sont prévus. A l'échelle régionale, deux types de données seront utilisées pour prédire le changement dans les structures construites pour deux zones d'intérêt de la dimension d'une scène SPOT, soit chacune 60 x 60 km de côté. Les données statistiques sur la population et les activités économiques seront collectées, prétraitées (homogénéisation des entités spatiales et calcul d'indicateurs de changement) et analysés de sorte de pouvoir prédire le changement des structures construites pour chaque commune. Les relations statistiques seront calibrées à l'aide d'une cartographie des changements dans les structures construites pour un échantillon d communes. Les données satellitaires à haute résolution seront interprétées numériquement et comparées aux structures construites de la base de données topographiques à l'aide du module ETATS développé par le SIC/RMA dans le cadre d'une collaboration avec l'IGN. Ce module sera amélioré et les résultats seront validés. Les résultats provenant de l'analyse statistique et de l'analyse par télédétection seront comparés afin d'en dégager les avantages, les inconvénients mais surtout les complémentarités. A l'échelle locale (plusieurs zones d'intérêt couvant chacune l'équivalent d'une scène QuickBird, soit chacune 16 x 16 km), les données satellitaires à très haute résolution seront interprétées à l'aide de méthodes numériques de traitements d'image et comparées aux structures construites extraites des bases de données. Ces données seront utilisées pour détecter le changement et identifier la nature du changement. Deux niveaux dans le traitement des images doivent être distingués. Les traitements de bas niveau sont des techniques visant à extraire des informations de l'image pouvant servir à la reconnaissance des parties d'objets. Les traitements de haut niveau visent quant à eux à assembler ces informations afin d'identifier les objets (à savoir les structures construites). Lorsque les structures construites ont détectées, il s'agit de les comparer à celles la base de données topographiques. Etant donné le léger décalage possible entre les objets détectés sur les images et ceux de la base de données, il est nécessaire d'utiliser des techniques de mise en correspondance afin de comparer les objets correspondants. Le décalage peut être généré par un enregistrement de l'image non vertical (déviation radiale) ou par une déformation locale de l'image liée au relief. L'ensemble des techniques utilisées sera implémenté dans un démonstrateur qui dialoguera avec les logiciels commerciaux et fera appel aux algorithmes programmés. [Topographical data producers are currently confronted the need of a faster updating method. Although a state-of-the-art technique exists, no automated tool predicts and locates changes. The general objective of the project is to capitalize partners' knowledge in the development of a demonstrator to assist data producers in updating more efficiently their topographic database by using state-of-the-art image processing and statistical analysis techniques. Data will include remote sensing images, together with socio-economical data. To achieve this general objective, two main axes are distinguished: -At a regional scale, the objective is to analyze topographical databases from multiple sources such as satellite images, demographic database, or economic database in order to predict information about the localization of changes in man-made structures (such as houses, roads, etc.). -At a local scale, for areas of predicted changes the older databases will be compared with recent very high resolution images in order to detect and recognize differences (errors in the topographical database, building construction, road construction, etc'). Several types of man-made structures are distinguished (house, road, etc.)]

POPSATER - Estimation de la Population basée sur la Télédétection [POPSATER - Population Estimation by Remote Sensing]
Connaître la population (effectif, répartition, données socio-économiques, ') est nécessaire à de nombreux projets. Cependant une grande partie des pays en voie de développement ne possèdent pas ou peu d'informations concernant leur population. Les images satellitaires à haute et très haute résolution représentent une opportunité nouvelle d'améliorer les connaissances des populations. L'objectif de ce projet sera donc d'identifier, en zone urbaine et rurale, une nouvelle méthode d'estimation démographique à l'aide d'images satellitaires à haute et très haute résolution ainsi que de mettre en évidence son coût et de le comparer aux coûts de recensements. Deux types d'approches sont envisagés selon les cas de figures différents. Lorsque les habitations sont identifiables sur l'image : grâce à leur forme, leur texture et leur organisation spatiale une approche directe sera envisagée. Elle consiste à multiplier le nombre d'habitations par la population moyenne par habitation. Dans le cas où les habitations sont trop petites pour être identifiées et comptées, l'estimation de population se fera via une approche zonale : la surface de la zone bâtie est mesurée et multipliée par la densité d'habitant. Afin d'obtenir des données précises, un questionnaire a été établi et soumis à des personnes ressources afin de quantifier divers paramètres relatifs aux ménages et à leur mode de vie. L'objectif du projet est de mettre en place une méthode réplicable afin qu'elle puisse être utilisée facilement et rapidement. [It is essential to many projects to have some knowledge of population data (socio-economic manpower, distribution'). However most developing countries do not have or have little information concerning their population. High- and very high-resolution satellite images represent a new opportunity to improve population knowledge. The objective of this project is to develop, in rural and urban areas, a new method of population estimate based on satellite images, to highlight its cost and to compare it with the costs of censuses. Two types of approaches are considered according to the different case-studies. When the dwellings are identifiable on the image thanks to their shape, their texture and their spatial arrangement a direct approach is considered. It consists in multiplying the number of dwellings by the average population per dwelling. If the dwellings are too small to be identified and counted, the population estimate will be carried out using a zonal approach: the surface of the built-up area is measured and multiplied by the density of inhabitants. In order to obtain precise data, a questionnaire was drawn up and submitted to resource-people in order to quantify various parameters relating to the households and their lifestyle. The objective of the project is to set up a replicable method that can be used easily and quickly.]

Etude de l'évolution de l'impermeabilisation du sol sur le territoire de la région de Bruxelles-Capitale [TEMPORAL STUDY OF SOIL IMPERVIOUSNESS EVOLUTION IN THE BRUSSELS-CAPITAL REGION]
L'imperméabilisation est directement liée au développement urbain. On peut la définir comme étant la somme des routes, parkings, trottoirs, toitures et autres surfaces imperméables du paysage urbain. Les surfaces imperméables empêchent l'eau de pluie de s'infiltrer dans le sol, générant ainsi des eaux de ruissellement. Outre la pollution aquatique et les autres problèmes environnementaux ainsi causés, ce ruissellement peut entraîner une surcharge pour le système d'égouttage et occasionner des inondations. Jusqu'à présent, la réponse aux inondations à Bruxelles a résidé dans l'accroissement du débit du réseau d'égouttage et le creusement de bassins d'orages, mais le Ministère de la Région de Bruxelles-Capitale (MRBC) a pris conscience de la nécessité de changer la tendance à l'imperméabilisation. Cette étude s'inscrit dans cette optique, et a pour objectif de dresser un bilan de l'évolution passée, afin de constituer une base pour les analyses ultérieures. Plus précisément, cette étude vise à mesurer l'évolution de l'imperméabilisation depuis les années 1950 jusqu'à nos jours, sur un territoire couvrant la Région et s'étendant jusqu'aux limites des bassins versants (c'est-à-dire environ 200 km² au total). Dans ce cadre, le pourcentage de surfaces imperméables est estimé dans des mailles d'un hectare. L'utilisation de données de télédétection spatiale à haute et très haute résolution constitue le moyen le plus rapide et le plus efficace pour estimer l'extension de l'imperméabilisation. Cependant, étant donné que les données à haute résolution ne sont disponibles que depuis les années 1980, et les données à très haute résolution depuis 1999, la période d'étude a été divisée en 2 (1955-1985 et 1987-2005). Différents types de données sont utilisés au sein de ces 2 périodes, selon leur disponibilité et leur pertinence. Les résultats de l'étude seront les suivants : premièrement, une carte montrant l'état de l'imperméabilisation à chaque date étudiée, deuxièmement, des cartes d'indice d'évolution du pourcentage de surfaces imperméables, et troisièmement, des statistiques et/ou des cartes agrégeant ces pourcentages et/ou leur évolution au niveau de chaque entité spatiale considérée. [Imperviousness is directly related to urban development. It can be defined as the sum of roads, car parks, sidewalks, rooftops and other impermeable surfaces of the urban landscape. Impervious surfaces no longer allow rainfall to soak into the ground. Consequently, most rainfall is directly converted into stormwater runoff. Aside from causing water pollution and other environmental problems, this can be too much for the existing drainage system to handle and lead to floods. Up to now, the usual response to floods in Brussels lay in the improvement of the drainage system and the digging of stormwater reservoirs, but increasing awareness has led the Ministry of the Brussels-capital Region (MBCR) to consider changing its policy as regards imperviousness. The first step in this process consists in evaluating the evolution of the situation, as a basis for further analysis. The objective of this study is to measure imperviousness evolution from the 1950s up to now in the Brussels-capital region, with extensions following the limits of the watersheds (i.e. about 200 sqkm in total). In this framework, the percentage of imperviousness is estimated in 1-ha grid squares. The use of high- and very high-resolution satellite remotely sensed data is the fastest and most efficient way to estimate the extent of imperviousness. However, because high-resolution data have been available since the 1980s only, and very high-resolution data since 1999 only, the study period is divided into 1955-1985 and 1987-2005. Different data types are used within these two periods, according to their availability and relevance. The results of the study will be : first, imperviousness maps at each date considered; second, maps displaying the evolution index of the impervious surfaces percentage; and third, statistics and/or maps aggregating the percentages and/or their evolution on the level of the different spatial entities of interest.]

Climate Trackers [Climate Trackers]
Ce projet a pour but de sensibiliser le public au changement climatique global et d'inviter les gens à s'engager pour réduite leur émission de gaz à effet de serre. La question du changement climatique sera abordée par des animaux suivi par satellites et identifiés individuellement. Leurs messages seront diffusés sur divers canaux télévisés en Europe. De cette manière les animaux suivis pourront emmener le téléspectateur dans différents habitats de la planète et l'informer sur la réalité et les conséquences du changement climatique. Ensuite ils suggèreront un changement de comportement dans la vie de tous les jours et le téléspectateur pourra s'engager sur un site web où leur « gain pour la planète » sera calculé, enregistré et mis en évidence. Le projet inclut : 1.La production et distribution de 35 clips (1 à 2 minutes). Ces clips télévisés utiliseront les animaux suivis par satellite comme Chevaux de Troie pour expliquer le problème du changement climatique. Un exemple type de clip serait : zoom de l'espace à la Terre / (passage d'un satellite) / zoom dans des images satellite jusqu'à l'habitat d'un animal suivi par satellite (tortue marine, ours polaire, renard, baleine, etc.) / images de l'animal / l'animal dans son habitat parle du problème du changement climatique dans son environnement (barrière de corail, banquise, inondations, etc.) / l'animal suggère une solution au téléspectateur (changement de comportement dans la vie de tous les jours) / proposition au téléspectateur de s'inscrire sur le site web de la campagne. 2.La construction du site web 3.Communication virale par emails (sur base volontaire) pour accroître la visibilité, le recrutement et la diffusion du message. 4.Des actions de communication et de diffusion (conférences de presse par exemple) devraient permettre de distribuer ces produits en Europe et au-delà. Résultats attendus : -10 chaînes télévisée européennes programmant les clips -audiences cumulées de plus de 50.000.000 téléspectateurs -Plus de 100.000 citoyens européens s'engageant à réduire leur émission de gaz à effet de serre -Plus de 150.000 citoyens européens recevant la communication virale [Our aim is to increase the general public concern on Climate Change and invite people to commit themselves to reduce their greenhouse gases emissions. The general tone of the campaign will be light, fascinating and motivating. It has to create affective positive links with the implementation of the solutions, especially for youth. The CC concerns and messages will therefore be given to the public by existing individual animals tracked by satellites and individually identified (each has a first name). Their messages will be broadcasted on various TV channels across Europe. The project includes : 1. The production and distribution of 35 TV clips (1 or 2 minutes). These TV clips will use satellite-tracked animals as Trojan Horses to explain Climate Change concerns. 2. A website will include (1) a flash programme where people may commit themselves to reduce their CO2 emissions, their commitments are registered in a database and the statistics of the engagements are shown, (2) news from the satellite-tracked animals in the form of these animals blogs, (3) more info on CC, (4) more info on behavioural changes to reduce GHG emissions, (5) the TV clips, (6) partners, contacts, links, various. 3. Viral communication/viral marketing will increase the visibility, the recruitment and the spread of the message by the use of viral videos (or virals). We call 'virals' the small programmes (flash, pps, mpeg, ...) that are spread throughout the internet as attachment to emails sent by people to each other on a voluntary basis. Most often because they are attractive, funny and convincing. 4. Additionally, further communication and spread actions will allow to distribute these products across Europe and outside Europe, during and after the programme duration. These include Press conferences and Press releases at European and national levels. Contacts and follow-up after the end of the programme. Basing our estimates on other campaigns, we target (cautious estimates) : - 10 TV channels in Europe broadcasting the TV clips - Cumulated audiences of over 50.000.000 TV viewers - Over 100.000 European citizens committed to reduce their GHG emissions - Over 150.000 European citizens receiving the virals (this is hard to check for reporting however)]