Étude spatio-temporelle de la migration des dunes sous-marines en fonction d’événements réguliers ou extrêmes dans le fleuve Saint-Laurent

Ce projet de recherche de maîtrise a permis de développer un modèle mathématique pour le calcul de l’incertitude-type composée des systèmes LiDAR mobiles (SLM). Les SLM sont devenus des outils d\'acquisition de données géospatiales de plus en plus accessibles pour plusieurs professionnels œuvrant dans différents domaines. Cette accessibilité permet à ces professionnels la modélisation 3D de leurs projets s\'étendant sur de longs corridors routiers, côtiers, ferroviaires, etc. Un SLM est une combinaison d\'au moins trois capteurs, un récepteur GNSS, une centrale inertielle et un scanneur LiDAR. D\'autres capteurs peuvent s\'ajouter pour améliorer la qualité de l\'acquisition des données. Le modèle de calcul d’incertitude-type composée développé permet à l’utilisateur d’un SLM de connaître la qualité associée aux données acquises à partir des incertitudes fournis par les spécifications techniques de chaque capteur du SLM. Les travaux de ce projet ont poussé plus loin l’analyse d’incertitudes en considérant que les erreurs sont divisées en trois composantes. La première, les incertitudes fournies par les capteurs. La deuxième, la variable d\'état du système liée à la plateforme sur laquelle le système est embarqué. La troisième, la géométrie de l\'objet scanné ou la morphologie du terrain. Cette combinaison montre que ce n\'est pas seulement l\'incertitude-type des capteurs qui est responsable de la qualité du levé, mais aussi la plateforme sur lequel il est installé et la morphologie du terrain à lever. Par exemple, un système terrestre qui observe les données d\'une certaine surface à partir d\'une voiture ne produira pas nécessairement des données de même qualité que celles levées sur cette même surface avec le même système embarqué sur un drone. Le modèle mathématique développé peut être adapté à tous les SLM en considérant les données acquises et l’intégration entre les capteurs. Pour valider le modèle développé dans ce projet de recherche, on a utilisé dans un premier temps des données simulées à partir des spécifications techniques du système commercial Trimble MX2. Ce système a ensuite été utilisé pour acquérir des données réelles permettant de valider le modèle d’incertitude-type composée proposé. La validation du SLM Trimble MX2 a été effectuée avec des données acquises sur des tours jumelles de 50 m de hauteur situées sur le campus de l’Université Laval. En déplaçant le SLM près d’une des tours, il a été possible de valider les valeurs d’incertitudes associées à différents angles de rasance, une contribution importante du projet. Le modèle d’incertitude-type composé a aussi été appliqué à un système hybride monté par le CIDCO en partenariat avec l’Université Laval. Le calcul a permis de valider les informations des incertitudes fournies par les spécifications techniques des capteurs de ce SLM hybride et d’estimer a priori la qualité attendue d’un levé avec ce SLM. Ce modèle pourrait finalement être adapté pour effectuer le calcul de la qualité des points en temps réel lors de l’acquisition des données ou le filtrage des données avant de les utiliser pour calculer les paramètres d’ajustage d’un SLM.

Osculatory surfaces applied to systematic errors detection in MBES bathymetric datasets

Marine sand banks are complex bathymetric features which can be observed at different spatial scales: from ripples to sand waves and sand dunes. Their dynamics and shape are driven by complex physical processes operating at different time periods. Taking advantage of the link that exists between bedform size and their migration speed, we propose a new trend surface helping to separate, at a given time period, the mobile sand layer from the immobile one. This new robust and global shape transform, called osculatory surface, operates through only two non-optional parameters: its scale length and the corresponding degree of the local representations. Such a virtual surface will help geologist to better understand bedform dynamics. It will also help engineers to define a reference surface to monitor sand extraction. Finally, it will help hydrographers to detect and quantify potential systematic errors in bathymetric time series. This presentation focuses on the last application by addressing reliable volume monitoring of sandbanks through a temporal sequence of Digital Bathymetric Models (DBM) issued from repeat multibeam echosounder (MBES) surveys. Our zone of interest is located in the Belgium part of the North Sea, within the Oosthinder extraction area 4c from which is extracted each spring, since 2013, a large volume of sand for the beach maintenance. This monitoring area, created in 2012 by the Continental Shelf Service of the FPS Economy, SMEs, self-employed and Energy (Belgium), is regularly surveyed to evaluate the impact of dredging on the seabed bathymetry, morphology and habitat on a local scale. The volume of sand extracted can be estimated from Electronic Monitoring System (EMS) installed aboard the dredging vessels. The precise analysis of the correlation between EMS and MBES volume requires to previously correct potential systematic errors affecting the MBES bathymetric measurements. Osculatory surfaces are used to estimate and correct the bathymetric data from these potential biases. Systematic errors are estimated by taking into account the morphological impact of the suction hopper dredgers and assuming a bathy-morphology stability of the sandbank on a decadal scale. Once applied to MBES bathymetric data, the volumes of sand extracted estimated from EMS data are in very high accordance with those deduce from MBES survey.

Development of Earth Observation products in the context of the European space agency Coastal erosion project (2019-2022): example of total suspended sediment monitoring using a multi-sensor approach.

Coastal erosion is a natural geomorphological process that is being amplified by climate change, increasing the vulnerability of many coastal communities and individuals. Coastal zones are among the most productive ecosystems on the planet, they are highly sensitive to environmental changes due to anthropogenic activity (e.g., human infrastructure) and climate-driven changes (e.g., global sea-level rise). These ecosystems provide many services to humans (e.g., food) and stand among the most important carbon sinks worldwide but unfortunately, they are exposed to increasing severe climatic events. Monitoring sediment dispersal and morphological evolution of the shore is necessary in support of assessment of infrastructure risks, ecosystems vulnerability and shoreline evolution. In this context, the European Space Agency (ESA) recently funded ARGANS-UK (ARCTUS’s sister company) to develop Earth Observation solutions for coastal erosion monitoring along the coast of France, Spain, United Kingdom, Ireland and Canada. The Canadian team support by ARCTUS will be involved in this international project for the validation of coastline change algorithms and coastal total suspended sediment (TSS) dispersal monitoring. TSS monitoring could be extremely difficult due to inner variability or to access the coastal zone. Satellite optical remote sensing could be an effective tool to monitor TSS dispersal in the coastal zone, as well as the shoreline and bathymetry. Satellite optical remote sensing has been used to map sediment plumes for more than 30 years, starting in the 80s with the first Landsat sensor. However, due to the lack of temporal, radiometric and spatial resolutions the use of space-borne optical sensors, for mapping near-shore TSS were limited. Recent improvements in the Earth Observation (EO) technology in terms of spatial, temporal and radiometric resolutions and signal-to-noise ratio of the new sensors has increased the potential of EO to monitor such a dynamic process. As an example, Landsat 8 and Sentinel 2 (two satellites) has a sufficient spatial resolution (20 to 30 m), and, if used in synergy, the revisit interval is better than five days. In addition, new very high temporal and spatial resolution (<5 m) optical imagery on board constellations of nanosatellites (DOVE) are now improving a lot the temporal resolution of EO-based solutions. Therefore, an approach using multiple optical sensors with high resolution spatial and temporal will improve the assessment of the TSS dynamic in aquatic ecosystems. Here we present a multi-sensor comparison of total suspended sediments (TSS) retrieval. We compare Landsat 8 (L8), Sentinel 2 (S2) and a very high temporal and spatial optical imager (Planetscope, daily revisit and 3m ground resolution). Our results show that the bias between Planetscope (PS) and high-resolution satellites (PS vs L8: -2.7% and PS vs S2: 1.9% respectively) is lower than the bias of Landsat 8 versus Sentinel 2 (L8 vs PS: -4.5%). Good agreement was observed between the three sensors suggesting the possibility to use them in synergy to monitor the sediment dispersal in a coastal erosion context.

Nuage de points et imagerie de grade professionnel par drone

Au cours des dernières années, plusieurs systèmes multi-capteurs ont été intégré sur des drones. Ces nouveaux systèmes intégrés permettent l’acquisition d’une variété de produits pour des applications cartographiques. Cette présentation se concentre sur le développement et l’évaluation des systèmes LiDAR de grade professionnel intégrés sur drone. Le produit Microdrones mdLiDAR1000 d’entrée de gamme comprend un drone Microdrones md4-1000, une caméra PointGrey Chameleon, un système GNSS-INS Trimble APX15 et un LiDAR SICK LD-MRS. La série haute gamme Microdrones mdLiDAR3000 comprend un drone Microdrones md4-3000, une caméra SONY Rx1RII, un système GNSS-INS Trimble APX20 et un LiDAR Riegl (miniVUX-1UAV, miniVUX-1DL and VUX-1UAV). Ajouté à ses systèmes intégrés est une suite de logiciels et procédures de planification de vols, d’acquisition de données, de traitement de données et de contrôle qualité. Plusieurs paramètres affectent individuellement ou collectivement la qualité et la précision final du produit cartographique. La précision atteignable par les différents systèmes intégrés avec GNSS-INS, caméra et LiDAR sera présentée au cours de cette présentation. L’évaluation de ces systèmes sera présentée par des résultats tirés d’exemples concrets de procédure d’évaluation complétés à partir de missions de vols effectués au Canada et aux États-Unis.

Les étapes et les implications de l’implantation d’un service de calcul volumétrique par photogrammétrie à l’aide de drones pour une compagnie de transbordement. L’exemple de QSL au Port de Québec.

Dans le domaine du transbordement, la gestion des stocks est une opération critique devant faire l’objet d’un suivi continuel où toute erreur peut engendrer des conséquences financières importantes. Pour réduire au maximum ces risques, la Compagnie d\'Arrimage de Québec ltée. (Quebec Stevedoring Company Ltd.; QSL) souhaitait se doter d’une méthode de calcul volumétrique fiable, sécuritaire et rapide. À ce moment, QSL utilisait une méthode manuelle ou faisait appel à des firmes d’arpentages pour mesurer le volume de ses monticules. Une évaluation des contraintes a orienté le projet vers le possible développement et l’implantation d’un service de calcul de volume efficace et complet, utilisant des drones et la photogrammétrie. Dans un premier lieu, une preuve de concept dans un milieu industriel complexe et dense devait être faite pour démontrer la performance de cette méthode. Pour se faire, une équipe du CGQ a relevé un monticule à l’aide d’un scanner lidar terrestre pour obtenir un volume de référence, à des fins de comparaison avec la méthode photogrammétrique. La prise de photos aériennes par un drone a été faite le même jour par une firme de Québec, qui a également réalisé les traitements photogrammétriques. Pour finir, un relevé manuel standard a aussi été fait par QSL. Tel qu’attendu, la comparaison des résultats des calculs montre une très faible différence entre la volumétrie obtenue par lidar et celle obtenue par photogrammétrie. Plusieurs autres paramètres ont également participé à valider ce choix technologique. Cependant, pour une implantation opérationnelle, plusieurs éléments ont dû être pris en compte : l’identification des ressources et la formation des pilotes, l’obtention d’un Certificat d’Opérations Aériennes Spécialisée (COAS), l’établissement d’un protocole standard d’opération ainsi que la modification du Plan de Mesures d’Urgence. Finalement, bien qu’elle se soit échelonnée sur près d’un an, l’implantation à l’interne d’un service de relevés photogrammétriques par drones a rapidement apporté des résultats positifs sur les opérations journalières de QSL.

Bathymétrie autonome : Du rêve à la réalité 

Recently, the Canadian Hydrographic Service (CHS) has improved its critical operational processes aiming to provide better products for navigational safety and security. Since 2017, CHS has created and developed outstanding opportunities to enhance its operational model, especially through the acquisition and management of source data. The use of new technologies supported by the refinement of current methodologies and the development of new protocols on use of crowdsourcing information are all key elements that are highly contributing to define new sustainable trends within the international hydrographic community. As always, CHS is willing to play a strong leadership role in the development and implementation of these new assets. In the last 2 years, CHS has acquired 4 AHSV’s (Autonomous Hydrographic Surface Vehicles) equipped with high precision multibeam and Inertial navigation system (INS). For the last two field season, CHS has now integrated completely the operation of AHSV in its regular survey program. This presentation will give you an overview of the operations and outcomes of the AHSV’s surveys and will also demonstrate the benefits of integrating this new technology in hydrographic survey operations. CHS believes that autonomous vehicles will be increasingly deployed by Hydrographic organizations in the future and CHS is ready for this new era.

Spaceborne, airborne and seaborne hypersperctral remote sensing in optically shallow coastal waters: challenges and opportunities

Coastal zones host to some of the most productive ecosystems that are of paramount importance for global economic and social development but unfortunately, they are also very sensitive to environmental changes due to human disturbance, global sea level rise and the increasing frequency and intensity of extreme events. Yet, most of Canada’s coastline, the longest in the world (16%), still has not been mapped properly due to its extent and the remote and difficult access to shallow subtidal and intertidal zones. Advances in Satellite Earth Observation (EO) technologies, particularly hyperspectral remote sensing, can fill important gaps in the information needed about these regions for science, resource management, and defense operation. Optically shallow waters are those where the light reflected by the bottom makes a significant contribution to the water-leaving radiance in some part of the visible spectrum. Unlike in open ocean where the watercolor (or water reflectance spectrum) is entirely determined by the water constituents, the water reflectance in optically shallow environments depends on three main unknowns: the water constituents, the water depth, and the bottom reflectance spectrum. In general, multispectral remote sensing methods will make basic assumptions in order to derive one unknown at the time. Hyperspectral remote sensing has the potential to assess the three unknowns with a minimum of a priori knowledge of the local conditions We recently began a collaboration with governmental (DFO, CSH, NRC, DRDC) and academic partners to evaluate the potential of airborne hyperspectral imagery to map bathymetry, water quality, and benthic/substrate composition and their properties. Hyperspectral images from the microCASI spectrometer (ITRES research limited) were obtained in September 2017 in two regions along the St Lawrence Gulf and Estuary (Portneuf-sur-mer and Baie of Sept-Iles) where ground truth data were acquired a few stations during the airborne survey. In summer 2019, as part of a CSA-funded project (the WISE-Man project), we will test a new demonstrator instrument, the WaterSat Imaging Spectrometer Experiment (WISE) also developed by ITRES, which is particularly designed for watercolor measurements. The project will also support the development of validation methods adapted to shallow coastal waters. For example, the validation of the WISE radiometric retrieval and derived geophysical products will be achieved using a new cutting-edge in situ platform being developed at UQAR as part of a major project funded by the Canadian Foundation for Innovation (CFI), and in collaboration with several partners. In this presentation, we will show preliminary results from the 2017 airborne survey with the microCASI and discuss the challenges and opportunities offered by the new projects (WISE-Man and FORSCE).

Les rôles et avantages de la géomatique dans la gestion des milieux humides et hydriques

La gestion des milieux humides et hydriques est un sujet qui concerne un grand nombre d’organismes au Québec. Cette thématique a été particulièrement mise de l’avant depuis l’annonce récente du ministère de l’Environnement et de la Lutte contre les changements climatiques (MELCC), exigeant la production de plans régionaux sur les milieux humides et hydriques de la part des MRC. La base de ces plans repose sur des données géospatiales qui seront analysées afin de déterminer les milieux à protéger, notamment dans un contexte de changement climatique. Pour que les plans permettent de réelles avancées, il est primordial d\'avoir une information fiable, précise et actualisée. Les données disponibles en Montérégie permettent de réaliser des plans d’action qui reflètent la réalité du terrain. L\'organisme à but non lucratif GéoMont a développé le Programme régional d’acquisition de données sur les milieux humides et hydriques, un projet de soutien pour les MRC de la Montérégie. La méthodologie d’acquisition et de mise à jour des données sur les milieux humides et hydriques est basée sur une optimisation des potentialités de la géomatique en regroupant et en mettant en relation des données multisources, soit un amalgame d\'indices, de photographies aériennes (RGB, PIR, 2D et 3D), de données satellitaires et de données LiDAR en plus des données disponibles auprès des 21 organismes partenaires. Au cours de la présentation, les détails de cette méthodologie seront présentés afin de démontrer les avantages des différentes techniques et données utilisées, autant pour la réalisation des plans demandés par le ministère que pour la gestion quotidienne de ces milieux. Les 5 grands axes du programme seront présentés, soit le développement méthodologique et la collaboration avec les organismes régionaux, la redéfinition des milieux humides, la numérisation à haute définition du chevelu hydrographique, la création de bassins versants à la résolution du m² et la base de données régionale sur les milieux humides et hydriques.

Eelgrass (Zostera marina, L.) distribution variability in the Saint Lawrence Estuary as detected by Landsat historical images (1985-2017)

Seagrass habitats offer various ecosystem services, including food provision and nursery for many species. In addition, in a global context, seagrass meadows play a major role on the burial of carbon in marine environments. Despite these characteristics, seagrass ecosystem is known to be threatened worldwide, with a median rate of decline of 7% per year since 1990. However, in the arctic region, an ongoing trend on air temperature warming and the consequent reduction on ice-cover has the potential to expand benthic vegetated habitats, including seagrass meadows. In the context of climate change and increasing anthropogenic stressors on seagrass habitats, the emergence of effective tools in mapping their distribution and monitoring it over time is a need. The Saint Lawrence Estuary and Gulf (SLEG), in the eastern Canada, with climate conditions of both temperate and subarctic regions, hosts diverse meadows of the eelgrass (Zostera marina, L.). Despite an assessment based on aerial photographs from the 1990’s documented the areal extent of eelgrass meadows in several regions of the SLEG, little has been done since then, and there’s a lack of knowledge about their evolution over the years. The main objective of this study is to develop a satellite-based method to establish a baseline of spatial distribution of eelgrass meadows over approximately the last 32 years (1985-2017) in four different regions of the SLEG (Bay of Sept-Îles, Péninsule Manicouagan, Rimouski and L’Isle Verte), taking advantage of the Landsat heritage sensors at a 30 m spatial resolution (TM, ETM+ and OLI). The framework design of this study provided tools for a first evaluation of the state of distribution of the eelgrass in these four regions of the SLEG. A clear pattern of increase in meadows extent was observed. Considering only the first and the last image available of the time series, an increase of 7, 8, 2 and 3-fold in areal extent was observed for the Bay of Sept-Îles, Manicouagan peninsula, Rimouski and L’Isle Verte, respectively. The classification accuracy yet need to be estimated and improvements in the spectral quality of the images should be targeted. However, the next steps will focus on overcoming these issues.

Élaboration d’une méthode d’extraction de plans par croissance de régions dans un nuage de points bathymétriques servant à alimenter des estimateurs d’erreur hydrographique

Un levé bathymétrique fait intervenir plusieurs capteurs dont un capteur de positionnement GNSS, une centrale inertielle (IMU) et un sonar multi faisceaux (MBES). Afin de garantir que le levé respectera les conditions de précision et de qualité prédéfinies, une étape de calibration complète de ce système est requise. Traditionnellement, les hydrographes utilisent la méthode dite du Patch Test pour réaliser une telle calibration. Récemment, des méthodes plus automatiques de calibration ont été proposées. Celles-ci requièrent la position des plans naturels sur le fond de l’eau qui sont présents dans la zone de recouvrement des lignes de levé. Les surfaces planes peuvent donc servir à estimer certaines erreurs systématiques lors d’un levé bathymétrique. Elles peuvent également intervenir dans la détection et la quantification d’erreurs non stationnaires inhérentes à un levé hydrographique. On fait allusion ici aux erreurs relatives à la célérité du son dans l’eau, à l’orientation du capteur et au positionnement GNSS. Notre projet a pour finalité l’extraction automatique des plans naturels sur le fond de l’eau pour alimenter de tels estimateurs d’erreur bathymétrique. L’extraction automatique de plans dans un nuage bathymétrique présente plusieurs difficultés. Le principal obstacle est la forte présence de bruit et de points aberrants dans le nuage de points. Ceux-ci ont un impact sur la morphologie apparente du fond de l’eau ce qui rend l’extraction de plans plus difficile. Les autres problèmes sont : l’échelle d’analyse indéterminée, la densité de points variable et le fait d’être sur un fond naturel. Pour surmonter l’ensemble de ces difficultés, nous proposons une nouvelle méthode d’extraction de plans selon une approche de croissance de régions. Celle-ci consiste en deux étapes principales. La première étape exploite une approche raster et le calcul de géomorphons. La deuxième étape exploite le nuage de points bathymétriques et utilise les géomorphons en tant que plans initiaux pour une croissance de régions adaptée à la bathymétrie (i.e. algorithme CRAB). Les principales adaptations apportées concernent l’utilisation d’une ACPR (analyse en composantes principales robuste), d’une analyse de voisinage par voxel et l’utilisation de 3 seuils de croissance dans un processus itératif. La conférence proposée vise à présenter notre nouvelle méthode d’extraction de plans par croissance de régions dans un nuage de points bathymétriques. Après une brève mise en contexte, nous présenterons les principaux défis inhérents à l’extraction de plans en milieu sous-marin. Par la suite, nous détaillerons les composants de notre méthode d’extraction de plans notamment le calcul des géomorphons et l’algorithme CRAB. Quelques résultats préliminaires viendront illustrer ces propos impliquant différents jeux de données présentant une diversité de contexte sous-marin. Ce projet de recherche s’inscrit dans le cadre d’un projet FRQ-NT Équipe visant l’élaboration de nouvelles solutions de levés hydrographiques avec des véhicules autonomes. Celui-ci constitue une collaboration entre des chercheurs du Département des sciences géomatiques et du Département de géographie de l’Université Laval avec le CIDCO.

Avancées algorithmiques dans le nettoyage de données bathymétriques

Le nettoyage de données multifaisceau représente un centre de coûts important dans le processus de traitement de données bathymétriques. Afin de réduire les coûts de production de produits hydrographiques, l'équipe du CIDCO a développé deux algorithmes de nettoyage de données basés sur des méthodes analytiques et Monte-Carlo.

Et si la géomatique devenait la place de convergence de l'IoT

L'Internet des Objets(IoT) offre une multitude d'applications dans le domaine de la ville intelligente : Poubelles intelligentes, lampadaires intelligents, arrosage optimisé, états des routes, opération de déneigement… Chacune de ces applications nécessitent le déploiement de capteurs sur le territoire des villes mais aussi des applications permettant la gestion des données recueillis. Étant donné que toutes ces informations utilisent le référencement spatial, nous proposons de regarder à travers différents projets concrets comment les logiciels de géomatique pourraient servir de point de convergence de toutes les applications IoT de la ville intelligente.

Analyse spatiale en temps quasi-réel de mégadonnées géographiques

L’analyse spatiale en temps quasi-réel de mégadonnées géographique offre une perspective renouvelée sur la contribution des sciences géographiques aux développements de collectivités prospères et épanouies. Au courant des deux dernières décennies, les infrastructures développées en sciences géographiques ont amélioré notre capacité à stocker et transmettre des données géographiques. La partie en aval de la chaîne de valeur qui transforme les données et information significative pour les décideu·r·se·s a souvent été discrète. La plateforme d’analyse spatiale en temps quasi-réel renverse ce paradigme en plaçant la création de géovisualisations (cartes et diagrammes interactifs) pertinentes au coeur du processus. Cette approche offre également une plus grande versatilité que certaines approches de modélisations. Les géovisualisations peuvent aussi bien être utilisées dans une approche de gestion axée sur les résultats que dans une approche d’évaluation évolutive. Elle offre une contribution riche aux enjeux écosystémiques, sociaux, économiques, de gouvernance ou intergouvernementaux où la complexité occupe une place importante. Nous présenterons d’abord le cadre conceptuel Cynefin de Snowden and Boone (2007). Nous illustrerons comment la notion de complexité peut guider le déploiement d’outils d’aide à la décision en sciences géographiques. Nous cartographierons le champ d’action de différentes approches associées aux sciences géographiques ainsi que l’apport de l’analyse spatiale en temps quasi-réel. Quelques spécifications techniques découlant des opportunités et défis auxquels font face les organisations exploitant de l’information géographiques seront présentées. Nous explorerons : - le mouvement global dans les technologies de l’information vers les flux de données en temps réel (\"streaming\"); l’augmentation du volume et la diversification des sources de données; la nature de l’information de localisation et de voisinage contenue dans ces sources; l’apport de l’informatique sans serveur (\"serverless computing\"). Nous décrirons une pile de logiciels libres qui permet de consulter facilement des visualisations 2D et 3D pertinentes pour l’aide à la décision spatiale en consommant de très grandes quantités de données en temps quasi-réel. Nous nous attarderons aux logiciels retenus pour l’ingestion, le courtage (broker) et le mise en queue de données, les différentes formes de stockages, l’analyse spatiale, la gestion de l’héritage des données(\"lineage\") et la diffusion de données vectorielle et matricielle en temps quasi-réel. Des maquettes de géovisualisation associées à des projets culturels, environnementaux et sociaux seront présentées. Nous discuterons quelques patrons de conception associés.

Nettoyage de données hydrographique par “deep learning”

L’évolution des sonars multifaisceaux et interférométriques permet maintenant de collecter plusieurs milliers d’échantillons par seconde. Avec une telle amélioration de la couverture, viennent aussi plusieurs défis liés au volume de données. De plus, malgré des avancées technologiques considérables, le nettoyage manuel de données reste parfois nécessaire, notamment lorsque les données sont acquises dans des conditions difficiles ou par des utilisateurs inexpérimentés. Heureusement, le bruit présent dans les données acoustiques se présente sous forme de schémas spécifiques. Le nettoyage automatique de données est donc un problème tout indiqué pour des algorithmes de « deep learning ». Teledyne Caris présente son nouvel algorithme capable d’identifier et de rejeter les sonds bruitées provenant de nuages de points acoustiques géoréférencés. Cette présentation décrira brièvement le nouvel algorithme pour ensuite démontrer ses capacités sur différents jeux de donnés. La performance sera aussi abordée.

Perspectives d'innovations au Shom

Le but de la conférence sera de présenter la position du Shom et les études effectuées sur les différents thèmes suivant: Bathymétrie satellitaire: lancement d\'un grand projet sur l\'étude de la bathymétrie satellitaire et conclusion sur l\'utilisation de la donnée hyperspectrale. Drone: nous verrons les attentes concernant l\'application des drones pour un service hydrographique. IA et machine learning: les réflexions et les premiers résultats de l\'intelligence artificielle appliqué au traitement de donnée. LiDAR Bathy: nos perspectives pour le traitement LiDAR et ses applications cartographiques. Réflectivité: notre état de l\'art sur la calibration de la réflectivité acoustique pour une application de segmentation morphologique des sédiment.

Hyperspectral Reflectance for Bathymetry and Bottom Analysis in the Arctic

The Canadian Forces is sponsoring Defence R&D Canada (DRDC) to demonstrate the use of airborne hyperspectral imagery to derive bathymetric information in support of Arctic navigation hazard detection. In support of this objective, DRDC has recently carried out a one week aerial hyperspectral measurement campaign in Lake Ontario that allowed a preliminary performance assessment of a new DRDC model for bathymetry and bottom analysis. This model uses a new extensive parametric analysis of the physics basis for the irradiance of minerals, vegetation and their non-linear interactions. During the overflights ground truth on the intrinsic optical properties of the water column were measured by a WetLabs ACS and the depth references were obtained with the HydroBall system developed by CIDCO in Rimouski. To date, the results of the model are extremely encouraging and indicate the feasibility of precise simultaneous analysis of the depth and composition of the bottom without having to make any extensive use of pre-existing data on the environment. We have also carried out another measurement campaign of two weeks in the beginning of August around Iqaluit to verify the performance of this new model in the Canadian Arctic environment. We will present a summary of our model and results from the trials.

Satellite Derived Bathymetry (SDB) from satellite sensors to IHO-compliant charts

Accurate and consistent bathymetric mapping of coastal zone is a challenge for hydrographers. These area between the low water mark and 10m water depth is known as the “white ribbon” (as represented often on the maps as a white strip) because of the lack of data at the interface between inland topography and offshore bathymetry, only accessible at high tide by shallow draught boats. These coastal regions are inherently difficult for traditional bathymetric measurement (echosounders) due to shallow depths, shifting seabed features, and often-dynamic ocean currents and surfs. These methods require also a lot of time and money to cover larges areas. Combination of aerial multispectral data and radiometric based technique have been in use in national Hydrographic Offices for almost thirty years (Lyzenga 1978, Lyzenga et al., 1985). With the advent of multispectral sensors (Landsat, Ikonos, SPOT, WorldView and Sentinel 2), efficient methods of monitoring sea floor have been developed. A popular approach to estimate bathymetry from multispectral imagery is based on a radiative transfer model. That stipulate the fact that the depth is a function with a logarithmic declining shape, involving the absorption and scattering of light and the bottom reflectivity. These equations have been reviewed by ARGANS, ARCTUS UK sister company, whilst uncertainties and depth of penetration have been improved. By analogy with the traditional wire-sweep, ARGANS hydrographers have also introduced the concept of optical sweep which consists of determining the depth threshold below which you lose sight of the bottom and only measure noise. Safety of navigation is guaranteed above this optical threshold. In a recent project ARGANS proved that, thanks to their 5 days revisit time, free Sentinel-2 images are better adapted to hydrographic applications than costly VHR images. This has important consequences to SDB Users access, particularly for Developing Countries and Hydrographic Offices. In liaison with ESA and the IHO, ARGANS is tasked to produce 4 SDB demonstrators in the Gulf of Mexico, in Myanmar, Coral Bay in the Canadian Northwest passage, and Madagascar. In addition, Chinese partners may develop their own fifth demonstrator in one of the islands of the volatile South China Sea. The Northwest passage is of special interest to hydrographers because SDB experts have focused so far on tropical waters and have very little experience of cold seas. This project should involve the Canadian Hydrographic who will contribute to the ESA assessment by providing ground truth. If Arctic waters prove clear enough, SDB could be used in Canada and Greenland, which are still broadly unsurveyed. Although the accuracy of SDB for the moment does not meet current International Hydrographic Organization (IHO) S-44 vertical standards, Sentinel-2 pixels offer a 12 m absolute horizontal precision which, translated practically into a charted 7 m precision, is sufficient for charts at scale 1: 30 000 and well within the S-44 standards. SDB is indeed a promising method to meet the growing requirements of end users, such as Coastal Zone managers, Environment Protection agencies, GIS providers, Cruising industries and National Hydrographic Offices.

Capabilities of multispectral satellite data in the estimation of the water column parameters

Satellite Derived Bathymetry (SDB) aims to estimate bathymetry (Water column depth) from multispectral data. Two approaches are classically adopted: an empirical method and a method based on a physical model describing the light propagation into the water. The former method requires ground truth data in order to calibrate the model. On the other hand the latter is based on a radiative transfer model and will be the subject of our study. Lee and al describe the water column through five parameters which contribute simultaneously to the measured reflectance spectrum. The inversion of this model provides an estimation of water column parameters including bathymetry (our main target), the sea floor ability to reflect the light, in addition to water columns optical properties (phytoplancton, particle backscattering...). The number of sampled bands in Hyperspectral data allows to properly invert this model. Whereas for multispectral data, the number of unknowns to be estimated is relatively close to the number of available bands (Four bands for Sentinel-2 and pleiades, five bands for LandSat8 and eight bands for WorldView2), which makes the estimation of these parameters more sensitive. In this talk, the ability of multispectral sensors to provide an estimation of all the water column parameters will be presented. The main question consists in evaluating the estimability of these parameters through the model and the available data, and it can be done thanks to the estimability function. In this study, the parameters estimability is studied according to : the water type (clear, moderately turbid or turbid), bathymetry (shallow water, optically deep water), the seafloor type and the sensor. This will allow a preliminary study of the estimation feasibility for different water column configurations and multispectral sensors.

Amélioration de la qualité de données LiDAR mobiles

Les systèmes LiDAR mobiles (aériens, terrestres, ou montés sur navires) sont de plus en plus utilisés pour des applications variées. Ils incluent un porteur (UAV, véhicule terrestre ou marin), un système de positionnement, une centrale inertielle, et un système d’acquisition. Ces systèmes sont tous soumis à des erreurs et produisent des incertitudes qui peuvent rendre les différentes lignes de scan incohérentes. Après une typologie des erreurs (aléatoires, systématiques, grossières) qui affectent les systèmes LiDAR mobile, on présentera un ensemble de méthodes et outils qui permettent d’atténuer leurs effets. On présentera ainsi des méthodes de débruitage (suppression des erreurs aléatoires), de détection de points aberrants (suppression des erreurs grossières), et différentes méthodes d’ajustement de ligne, et d’ajustement des paramètres internes du système. Chaque méthode sera illustrée par des exemples provenant de différents systèmes LiDAR aéroporté (Riegl, Velodyne, Sick) et différents vecteurs (aile volante, quadricopter).

Maude Pelletier, GÉNIDRONE Inc. Utiliser le drone comme outil de gestion des territoires côtiers pour les municipalités

L’arrivée sur le marché de multiples capteurs miniaturisés et de drones plus performants à des coûts abordables a stimulé considérablement les avancées technologiques tout en augmentant l’éventail d’applicabilité à tous les secteurs d’activité. La conférence aura comme objectif de présenter les avantages et limites des drones dans le secteur de la géomatique appliqué aux études géomorphologiques et environnementales, tel que l’érosion des versants hydrographiques le long d’infrastructures linéaires d’envergures, la gestion du territoire pour les municipalités côtières et les analyses de détection de changements. En addition, elle présentera la nouvelle réglementation en lien avec les opérations aériennes par drone émise par Transport Canada qui deviendra effective en Juin 2019. Elle illustrera les changements à venir et les impacts de ces derniers pour les opérateurs professionnels et amateurs. Pour finir, la conférence mettra de l\'avant la direction visée de l\'industrie et comment nous pouvons tous collaborer pour en tirer profit dans le but d\'améliorer nos méthodes de gestion des territoires municipaux.

Drones et géomatique en sécurité publique

L'utilisation des drones en sécurité publique est de plus en plus un incontournable. L\'ajout de la géomatique offre un ensemble d\'outils supplémentaires. La recherche et sauvetage, les catastrophes naturels ou les suivi de déplacement des sols ne sont que des exemples des nombreux avantages de cette collaboration technologique.

Implantation et évaluation de la performance d’une méthode d’ajustage en mode statique des systèmes lidar mobiles terrestres

À partir d'une plateforme mobile terrestre (véhicule routier) sur lequel repose un système de navigation (INS-GNSS) combiné avec un ou plusieurs scanneurs laser, un système lidar mobile (SLM) permet d’acquérir des données géospatiales 3D sur de longs corridors avec une précision et un niveau de détails élevés. Toutefois, l’intégration de ces capteurs, de fonction et de grade différents, requiert une procédure de contrôle et de validation des paramètres d’ajustage assurant la qualité du nuage de points. Les paramètres d\'ajustage d'un SLM sont: les angles de visée, la latence et les bras de levier. Dans ce projet de maîtrise, nous avons examiné la problématique du désalignement entre les capteurs d'un SLM et en particulier les angles de visée entre un scanner 2D et l’unité de mesure inertielle (IMU). Les angles de visées sont les trois angles d'orientations relatives entre le repère du scanneur et le repère de l'IMU. Elles représentent une des sources d'erreurs majeures sur laquelle il faut s'attarder pour éliminer les incohérences entre les nuages de points issus du même recouvrement. Pour déterminer les angles de visée, nous avons mis en œuvre une méthode d’estimation robuste et avancée utilisant la technique des moindres carrés. Cette méthode est effectuée en appliquant un ajustage statique qui utilise les observations du scanner formant des lignes de balayage acquises sur une surface plane à partir de différentes stations d’un SLM en mode statique. Ces lignes de balayage déterminent les orientations mesurées par l'IMU et affectées par un désalignement du scanner. Le mode statique élimine toute vitesse pouvant causer des erreurs de latence. De plus, il n'est pas nécessaire de connaître la position absolue du système, de sorte que l'erreur associée aux positions GNSS est éliminée. Cette méthode d’ajustage est simple à mettre en œuvre et ne nécessite pas l'utilisation d'instruments de laboratoire spécialisés. Cette méthode combine une série de tâches comprenant la sélection et l\'évaluation d'un site d'ajustage, la définition d'un patron de lignes et la procédure de validation des résultats obtenus avec un SLM et la répétabilité des valeurs déterminées. Le SLM Trimble MX2 a été utilisée pour tester notre méthode d’ajustage statique. Ce SLM détermine la position d'un retour lidar dans un système de coordonnées défini par l'utilisateur en fonction des observations brutes provenant du scanner, de l'IMU et du récepteur GNSS. Ces observations constituent des intrants au modèle mathématique de géoréférencement utilisé pour éliminer les erreurs systématiques. L’expérience démontre que les valeurs estimées sont proches et cohérentes de celles obtenues par une méthode d’ajustage en laboratoire. En appliquant les valeurs estimées sur des jeux de données réels, une diminution de l\'incertitude calculée sur les nuages de points se chevauchant acquis par différents passages du SLM a été observée. Plusieurs sites ont été utilisés pour évaluer les performances de la méthode proposée. Les distances orthogonales d\'un ensemble de plans communs observés à partir de différents passages sont passées d'environ 20 cm à 5 cm après l'application des paramètres déterminés avec l'approche statique proposée.

Définition d’un modèle d’incertitude-type composée pour les Systèmes LiDAR Mobiles (SLM)

Ce projet de recherche de maîtrise a permis de développer un modèle mathématique pour le calcul de l’incertitude-type composée des systèmes LiDAR mobiles (SLM). Les SLM sont devenus des outils d'acquisition de données géospatiales de plus en plus accessibles pour plusieurs professionnels œuvrant dans différents domaines. Cette accessibilité permet à ces professionnels la modélisation 3D de leurs projets s'étendant sur de longs corridors routiers, côtiers, ferroviaires, etc. Un SLM est une combinaison d'au moins trois capteurs, un récepteur GNSS, une centrale inertielle et un scanneur LiDAR. D'autres capteurs peuvent s'ajouter pour améliorer la qualité de l'acquisition des données. Le modèle de calcul d’incertitude-type composée développé permet à l’utilisateur d’un SLM de connaître la qualité associée aux données acquises à partir des incertitudes fournis par les spécifications techniques de chaque capteur du SLM. Les travaux de ce projet ont poussé plus loin l’analyse d’incertitudes en considérant que les erreurs sont divisées en trois composantes. La première, les incertitudes fournies par les capteurs. La deuxième, la variable d'état du système liée à la plateforme sur laquelle le système est embarqué. La troisième, la géométrie de l'objet scanné ou la morphologie du terrain. Cette combinaison montre que ce n'est pas seulement l'incertitude-type des capteurs qui est responsable de la qualité du levé, mais aussi la plateforme sur lequel il est installé et la morphologie du terrain à lever. Par exemple, un système terrestre qui observe les données d'une certaine surface à partir d'une voiture ne produira pas nécessairement des données de même qualité que celles levées sur cette même surface avec le même système embarqué sur un drone. Le modèle mathématique développé peut être adapté à tous les SLM en considérant les données acquises et l’intégration entre les capteurs. Pour valider le modèle développé dans ce projet de recherche, on a utilisé dans un premier temps des données simulées à partir des spécifications techniques du système commercial Trimble MX2. Ce système a ensuite été utilisé pour acquérir des données réelles permettant de valider le modèle d’incertitude-type composée proposé. La validation du SLM Trimble MX2 a été effectuée avec des données acquises sur des tours jumelles de 50 m de hauteur situées sur le campus de l’Université Laval. En déplaçant le SLM près d’une des tours, il a été possible de valider les valeurs d’incertitudes associées à différents angles de rasance, une contribution importante du projet. Le modèle d’incertitude-type composé a aussi été appliqué à un système hybride monté par le CIDCO en partenariat avec l’Université Laval. Le calcul a permis de valider les informations des incertitudes fournies par les spécifications techniques des capteurs de ce SLM hybride et d’estimer a priori la qualité attendue d’un levé avec ce SLM. Ce modèle pourrait finalement être adapté pour effectuer le calcul de la qualité des points en temps réel lors de l’acquisition des données ou le filtrage des données avant de les utiliser pour calculer les paramètres d’ajustage d’un SLM.

Towards automatic boresight angles adjustment of road and naval based Mobile LiDAR Systems and overall validation of the resulted point clouds

Nowadays, Mobile LiDAR Systems (MLS) play an important role in 3d geospatial data acquisition. Generally, they consist of one or two laser scanners and an IMU coupled with a GNSS receiver that constitute the position and orientation system. Thus, a MLS is able to perform direct georeferencing and delivers georeferenced 3D point clouds of the area. The applications of 3d georeferenced point clouds depend on the system platform. On a road vehicle-based platform, the applications are mostly in urban areas and long road and highway corridors. On a naval or boat-based platform the employments are mainly in coastal areas and ports surveying. On an aerial-based platform, medium scale data collection of vast areas is performed. To obtain high quality data, MLS integration parameters must be adjusted. The most crucial integration parameters are IMU-LiDAR boresight angles. But it is important to identify and if possible, eliminate or at least mitigate other sources of errors such as IMU-LiDAR latency, IMU-GNSS latency, IMU-LiDAR lever arms and positioning before adjusting boresight angles as they can introduce a bias in the boresight adjustment procedure. This research introduces an automatic and repeatable work-flow based on pre-fabricated geometric features like planar, cylindrical and spherical targets. A round-trip survey along a calibration site containing these features generates point clouds of the same targets with misalignment. The aim of this research is to eliminate any operator or manual interaction in the boresight angles adjustment estimation procedure. Thus, it is crucial to design a specific site and follow exactly the optimal line patterns to achieve a high level of automation. The next step is to validate the overall point cloud data captured by an adjusted MLS. There are two validation steps towards MLS data, internal and external validation. In the internal validation, based on the system configuration and the surveying conditions, a priori accuracy estimation is calculated for each point. After the survey with a MLS, a posteriori accuracy estimation is carried out on the real data acquired. The comparison of these two, a priori and a posteriori accuracy estimations, results in an internal validation of the collected data. This internal validation phase reveals part of the point cloud that are considered as good data based on the system configuration and scanning criteria. On the other hand, parts of the point cloud that are not accurate enough require a repetition of the acquisition procedure in these particular areas to have a better overall accuracy. The external validation is based on a comparison between point clouds generated by a specific MLS and another more accurate system, usually a 3D terrestrial laser scanner. The proposed approach will first be tested and applied to a terrestrial road vehicle-based MLS. Then, the feasibility of the proposed MLS adjustment procedure and validation workflow will be adapted and tested on a boat-based MLS performing surveying tasks like infrastructure inspection in port or erosion estimation in coastal areas.

Automated Data Processing Workflow for Trusted Crowd Sourced Bathymetry

Only six percent of the Canadian Arctic seafloor has been mapped to modern standards. While safe shipping lanes exist to guide vessels through the Northwest Passage, many areas outside these lanes are either inadequately mapped or completely uncharted. Research vessels, private boat operators and cruise ships are continuing to venture into these unexplored areas, and it is putting their vessels and subsequent search and rescue operators at significant risk. Crowd Sourced Bathymetry (CSB) data collection from vessels of opportunity is a potential solution to improving the mapping data within the Canadian Arctic. A challenge of using CSB data as a mapping product is the unknown reliability associated with the generated soundings. Generally, the CSB data is lacking metadata, including the positioning methods, the applied sound speed, and the horizontal and vertical datum. On top of this primary missing data, an analysis of the various sources of uncertainty is not possible due to a lack of information provided during collection and post-processing. This project attempts to improve the applicability of CSB as a mapping product through automated processing of three-dimensional positioning, raytracing, and vertical referencing. A workflow is explored using the following steps. 1) Precise Point Positioning (PPP) services are used to augment and analyze GNSS data. 2) Sound speed profiles are extracted from operational oceanographic models to capture the spatial and temporal variability of the Arctic water masses. 3) Vertical referencing using two methods are explored and compared, including ellipsoid referenced surveys and traditional water level reductions using calibrated tidal models. An analysis of uncertainty through each processing step is completed to estimate total sounding uncertainty with the best available information for each sounding. The experimental results and a proposed CSB automated processing framework are presented. The proposed methodology goes beyond standard automated processing of sonar data and will allow the full potential of CSB data to be realized.

Crowd-sourced bathymetry in Northern Canada

A crowd-sourced bathymetry (CSB) scenario has been designed for the Northern Canada area as a response to situations where the lack of hydrographic infrastructure makes soundings reduction from basic depth measurements very challenging and where the data redundancy is not sufficient to use solely statistical tools as a mean of sounding estimation. The CSB scenario consist to train Inuit communities to the use of pre-qualified and integrated single beam systems. The pre-qualified system used are Hydroballs, developed by CIDCO. The scenario also includes data processing, dissemination and visualization tools. In the summer of 2018 workshops in Northern Canada Communities were conducted. The presentation will detail the systems used, the deployments in Northern communities and give an overview of the developed CSB methodology. It will also explain how the CSB scenario could be generalized to contribute to the IHO capacity building programmes. This work has been conducted in the framework of the project “Crowd-Sourced Bathymetry in the Northern Canada area”, a project gathering the following partners from the COMREN network: - UNB (NB) - York University (ON) - Marine Institute (Memorial University) (NL)

« Mieux vaut d’la mauvaise information que pas d’information pantoute »

Évaluation de l’incertitude des données bathymétriques participatives issues d’un système de collecte HydroBox Mathieu Rondeau, Marc-Antoine Malouin Service Hydrographique du Canada (SHC) – Région du Québec La bathymétrie collaborative, c’est croire en l’idée que chaque navire équipé d’un écho-sondeur et d’un système de positionnement devient un capteur potentiel d’information hydrographique. Elle est souvent vue par ses détracteurs comme une machine à produire de la mauvaise donnée qui pourrait rapidement encombrer et par le fait même menacer la chaîne de production des produits de navigation officiels. Pourtant cette donnée doit selon nous être considérée et oui, souvent, elle vaut mieux que « pas de donnée pantoute ». Les moqueurs seront tentés d’user d’un raccourci facile afin de nous faire passer pour des « hydrographes d’opinion ». Néanmoins, notre intention n’est pas ici de supporter la promotion de la médiocrité, mais bien de reconnaître objectivement la valeur des données hydrographiques sur la base de leur incertitude associée. Car qu’est-ce que de la « mauvaise » donnée sinon une appréciation subjective. Appuyons nous plutôt sur un concept mathématique et laissons au navigateur le jugement du reste. Avec en main l’incertitude associée et en fonction de son contexte spécifique, de son embarcation, de sa tolérance aux risques, etc. il pourra lui seul en toute connaissance apprécier la qualité du produit de navigation et prendre ses décision en conséquence. L’objet de ce travail est donc de présenter comment le SHC a procédé pour quantifier l’incertitude associée aux données bathymétriques issues d’un système de collecte HydroBox. Une HydroBox est une boite de 15cm de côté qui contient un récepteur GNSS L1/L2 (mesure de position) et un inclinomètre (mesure d’attitude). Elle doit être connectée au sondeur de bord de l’embarcation hôte (mesure de profondeur). La fusion des mesures issues de ces trois capteurs, par l’intermédiaire du mini-contrôleur embarqué permet de géoréférencer 1 sonde par seconde sur le fond. A l’été 2018, une HydroBox a été installée à bord du navire de sondage GC03 et opérée pendant 10 jours lors des opérations de sondage de surveillance du chenal de navigation entre Neuville et la pointe Est de l’Ile d’Orléans. Le protocole expérimental utilisé nous a permis d’évaluer la précision/exactitude des données collaboratives récoltées en les comparants à des données de référence obtenues simultanément par le système de levé hydrographique du bord (sondeur multi-faisceaux Kongsberg EM2040D + PosMV OceanMaster + Proflex800 + AML BaseX). Les résultats présentés nous amènent à croire que le déploiement de systèmes de ce type permettrai d’obtenir de façon massive des données bathymétriques collaboratives avec une incertitude suffisante pour se mériter une place sur les produits de navigation officiels. *Éric Duhaime (animateur de radio au FM93 à Québec)

Feature extraction from dense point clouds with application to Vineyard management

La culture viticole tire désormais parti des progrès de la robotique agricole qui permet de mettre en œuvre des engins mécaniques sans pilotes pour réaliser différentes tâches et notamment limiter les traitements chimiques aux seules zones les nécessitant. Pour effectuer leur navigation, ces robots doivent naviguer avec précision entre les rangs de vigne, sans produire de dégâts sur la végétation ni sur les pieds. Cette conférence présentera une nouvelle approche pour la cartographie de pieds de vigne. A partir de levés photogrammétriques réalisés par UAV, nous produisons des nuages de point denses qui servent de base à une méthode d’extraction de caractéristique. Cette méthode se base sur des descripteurs locaux et globaux, ainsi que sur un algorithme d’agrégation de points. On montrera les capacité de cette approche et une analyse sur des jeux de données variés de vignobles Français (Champagne, Cognac, Fronton, Hérault) permettra de démontrer sa capacité à s’adapter à différentes morphologie de vignes.

Applied Geomatics Research Group (NSCC-AGRG). Photogrammetric Applications in the Coastal Environment

The Nova Scotia Community College - Applied Geomatics Research Group (NSCC-AGRG) have expanded their coastal monitoring activities to include high-resolution photogrammetry using imagery from a fleet of UAVs and airborne cameras. UAV data collection and photogrammetric results have supported research and development activities ranging from the classification of submerged aquatic vegetation, to the production of web-ready photorealistic models of tourist attractions, to the quantification of river and tidal flows for evaluating hydro-kinetic energy and other applications. This talk will focus on UAV data collection and trajectory processing, the photogrammetric process, and how the resultant data have been used to develop novel applications to support NSCC-AGRG project partners.

Après quatre ans : reflexion sur l'utilisation des drones en agriculture

Faire le point sur quatre ans de développement dans le domaine de la dronautique agricole : états des lieux, constats, priorités, développements futurs.

Drone, vision et IA en forêt : le regard d’aigle de l’ingénieur forestier

Au Québec, l’exploitation forestière fait toujours l’objet de suivi après les opérations, afin de vérifier la conformité des traitements sylvicoles et le respect des normes environnementales. Ce suivi est assuré par des techniciens forestiers sur le terrain. Cependant, le secteur forestier, comme bien d’autres secteurs, se heurte à une pénurie de main d’œuvre spécialisé. Conséquemment, les récoltes en forêts sont de moins en moins suivies, occasionnant potentiellement des coûts économiques pour les industries forestières de même que des impacts environnementaux. Les nouvelles technologies peuvent aider à solutionner ce problème. Les outils de télédétection et l’analyse d’image assistée par des algorithmes intelligents peuvent améliorer l’efficacité des techniciens forestiers, leur permettant de traiter de plus grandes superficies de parterre de récolte, plus rapidement, tout en améliorant la précision des mesures. Le CEDFOB et de CDRIN sont spécialisés, respectivement, dans la recherche en milieu forestier et dans les technologies d’imagerie et d’intelligence numériques. Leurs expertises complémentaires sont mises en commun dans des projets novateurs où différentes images (satellites, drone, images multispectrales) sont analysées par des algorithmes deep-learning. Dans cette conférence, nous présenterons la problématique vécue en milieu forestier et les solutions développées dans les projets du CEDFOB et du CDRIN. Des résultats préliminaires seront présentés, de même que les suites envisagées.

La bioacoustique - de l’acquisition des données au traitement automatisé ?

La bioacoustique est une approche couramment utilisée en milieu marin pour le suivi des populations et l’étude du comportement des mammifères marins. Solutions WavX Inc. est une jeune entreprise spécialisée dans l’automatisation de l’acquisition et du traitement de données environnementales, incluant majoritairement la bioacoustique. Nous avons développé un package pour le logiciel R dédié à la bioacoustique et plus particulièrement à l’analyse automatisée des enregistrements, un logiciel gratuit de détection et d’identification des cris de Grive de Bicknell et de Grive à joues grises appelé CallSeeker pour Environnement et Changements Climatiques Canada, ainsi qu’une application Web permettant l’analyse automatisée des signaux d’écholocation des chiroptères. Les vocalisations des mammifères marins peuvent être identifiées de manière automatisée par des technologies qui reposent sur l’intelligence artificielle comme celles développées par WavX, ouvrant la voie à des applications nécessitant une détection proche du temps réel. Ces technologies offrent également d’autres avantages comme celui d’offrir des bonnes performances de classification dans des niveaux de bruit de fond élevés et de ce fait sont des outils adaptés au contexte du Saint-Laurent.

Améliorer la classification des points lidar par apprentissage automatique

La modélisation urbaine 3D se fait traditionnellement par photogrammétrie d’une manière manuelle, soit un bâtiment à la fois. Avec l’avenue de nouvelles technologies de plus en plus populaires telles que le lidar aéroporté, il est devenu plus simple et abordable de collecter rapidement de données 3D sur de très grandes étendues. Les données 3D capturées contiennent des attributs qui permettent extraire de l’information concernant le sol, la végétation, les bâtiments, etc. De plus, les recherches actuelles combinent d'autres sources de données pour extraire des informations sur les bâtimentsou utilisent des modèles de bâtiment prédéfinis pour s'adapter aux structures de toit. Cependant, nous souhaitons trouver une solution alternative pour reconstruire les bâtiments 3D sans aucune source de données supplémentaire ni style de toit prédéfini. Une modélisation à partir de données du lidar aéroporté seulement est donc proposée.

Automated Data Processing Workflow for Trusted Crowd Sourced Bathymetry

The Nova Scotia Community College (NSCC) has been heavily involved in applied airborne lidar research since as early as 2003. As a spin off from the Centre of Geographic Science (COGS) campus in Lawrencetown Nova Scotia - the Applied Geomatics Research Group (AGRG) has served as a stepping stone for students in the geomatics program at NSCC jumping into advanced mapping technology research topics with exposure to a diverse set of equipment. Since 2014, the AGRG has been lucky to have been the first academic institution in Canada to be awarded purchase of a commercial grade airborne lidar bathymetry (ALB) scanning instrument. Working closely with the system developer, Leica-Geosystems, as well as end users and government, the AGRG has been continuing to refine the complete scope of techniques relating to bathymetric lidar including planning for environmental conditions, collection practices, automating data processing, and ensuring reliable product delivery. In Nova Scotia - where there is a keen interest in developing sustainable aquaculture practices - the AGRG has been progressively improving methods for routinely mapping shallow water habitats, such as eelgrass beds, using ALB technology and others, with the goal of establishing good monitoring practices such that we may observe changes to and the current health of Nova Scotia\'s diverse and complex coastlines. This talk will cover some of the lessons and approaches AGRG-NSCC has explored and uncovered in recent years while tackling the problem of reliable benthic habitat mapping with ALB technology.

« Le LiDAR Bathymétrique, un outil indispensable pour la cartographie des zones côtières"

Présentement, le SHC mène plusieurs projets de collecte de données LiDAR partout au Canada, d’un océan à l’autre. Plus spécifiquement, depuis 2012, le SHC région du Québec attribue sur une base régulière des contrats de collecte de données LiDAR à des compagnies privées. D’ici quelques années, l’ensemble des zones côtières de son territoire, à l’exception des secteurs qui sont peu ou pas viables pour le LiDAR, seront couvertes. Suite à la réception de ces immenses jeu de données couvrant des superficies incroyables, le SHC fait à présent face à différents enjeux. L’objet de cette présentation est double. Dans un premier temps nous reviendrons sur les différents projets LiDAR réalisés par le SHC région du Québec au cours des années ainsi que ceux à venir pour 2019. Ensuite, nous montrerons comment le SHC a su s’adapter pour gérer ce raz-de-marée de données. Les stratégies pour gérer le chargement de la base de données bathymétriques (BDB), la diffusion de l’information critique à l’aide d’avis à la navigation, la mise à jour des cartes seront entre autres abordées.

Rimouski, ville intelligente et ouverte ?

La première partie de la conférence se veut une présentation de la vision de la Ville de Rimouski de ce que devrait être une ville intelligente en considérant les capacités disponibles d’une ville de 50 000 habitants. Ensuite, un tour d’horizon des réalisations de la Ville de Rimouski au niveau du concept des villes intelligentes et des projets futurs. Le recours aux technologies de pointe est une composante majeure de la stratégie globale de développement d’une ville intelligente et c’est pourquoi on la qualifie aussi de « numérique ». Mais il s’agit surtout d’une ville qui se veut humaine, transparente, efficiente, moderne et soucieuse du développement durable. Plusieurs projets novateurs ont été réalisés en lien avec le service aux citoyens et dans un optique de donner un accès facile et gratuit à le plus d’informations possibles. Certains seront présentés, tel que le service de rappel des collectes ReCollect, les services en ligne comme les demandes de permis, le paiement de constat, l’inscription aux activités de loisirs, les dons de biens réutilisables, etc. D’autres projets misent sur l’optimisation des processus et l’efficience organisationnel comme les mesures volumétriques des carrières par drone, le suivi des véhicules de déneigement par GPS, les compteurs d’eau intelligents pour les ICI, etc. De plus, une communauté intelligente stimule, soutient et accélère l’innovation dans les entreprises, les institutions, la culture et le gouvernement. C’est pourquoi la Ville de Rimouski mise beaucoup sur les données ouvertes pour favoriser l’innovation et la collaboration des différents acteurs de la région, que ce soit les organismes publics ou privés, les établissements d’enseignements et de recherche ou encore les citoyens. La deuxième partie de la présentation est donc consacré au portail de données ouvertes Données Québec. Ce portail regroupe plusieurs données ouvertes d’intérêt public du gouvernement du Québec ainsi que de plusieurs municipalités dont Rimouski. Un survol des données disponibles ainsi que des bénéfices qui peuvent en être tirés seront présentés.

Les tuiles vectorielles ou l'avenir de la cartographie interactive

En 2015, ESRI a été le dernier grand joueur à adopter le standard ouvert "vector-tile-spec" de mapbox. En moins de 5 ans, ce format de diffusion de données spatiales vectorielles a réussi à s'imposer comme la nouvelle référence en matière de cartographie interactive. Plus performant qu'un WMS, sans la nécessité d'une architecture serveur complexe, venez découvrir les capacités de ce format hautement interactif et interropérable.

Mise en œuvre et exploitation d’un système participatif pour le suivi de l’environnement côtier

Depuis plusieurs années, un système collaboratif d’observations a été mis en place pour le suivi des méduses sur les côtes françaises méditerranéennes. Celui-ci fait écho à la fois, à une préoccupation scientifique sur leurs pullulations plus fréquentes que par le passé et, à un souci naturel des usagers des plages à connaitre les lieux ou pouvoir profiter de baignades en toute quiétude. Un système d’observation « citoyen » a ainsi été mis en œuvre, d’abord sous forme de site Web (meduse.acri.fr) puis récemment sous forme d’application (Simplex®).Il consiste à offrir un moyen très rapide (trois clics) aux usagers de témoigner et géo-localiser en temps réel l’échouage de méduses ou leurs présences dans les eaux de baignades). Le système permet aussi, et c’est fondamental, de déclarer les endroits sans méduses. Une carte des déclarations (présence/absence) est ainsi accessible en temps réel (meduse.acri.fr). Les usagers gèrent leurs lieux de baignades et les scientifiques ont accès à des données d’observations. La critique immédiate à cette technique d’observation est bien évidemment la représentativité et la validité (et même au-delà, la fiabilité) des observations du grand public. Se pose aussi le problème de l’assiduité des participants à faire remonter des observations. Ce système a été lancé pour évaluation, il y a 6 ans. Depuis 6500 utilisateurs sont inscrits et participent à l’effort d’observation bénévole. Un peu moins de 35000 observations (présence/absence/type/quantité) sont répertoriées dans une base de données ce qui lui donne une validité et une réalité statistiques. Le site internet a été consulté plus de 2 millions de fois. Lors d’épisodes de « crises » en été les médias relaient naturellement l’information sur ce site collaboratif et ainsi, ayant atteint un nombre d’utilisateurs suffisant, le système est ainsi auto-promu et nulle publicité n’est nécessaire pour le rendre attractif. Il fait désormais partie du paysage naturel des vacanciers et usagers de la plage Pour autant, trois questions (au moins !) subsistent i) ce système est-il suffisant pour mener des investigations scientifiques (en plus de servir une mission de service publique), ii) est-il extensible à d’autres types d’observations de l’environnement côtier ou marin, et iii) comment maintenir un engouement pour ce type d’observatoire ? La présentation que l’on propose ici consiste à illustrer les retours d’expérience sur le système d’observation de méduses et plus particulièrement suivant les trois points ci-avant. On verra respectivement i) comment adjoindre d’autres types de mesures/observations à ces données pour complémenter (et animer !) le réseau, ii) le cas actuel de déploiement, sur le même modèle, d’un réseau de suivi de macro-déchets sur les côtes et enfin iii) les techniques actuellement à l’essai pour que l’observateur citoyen reste motivé à participer.

Le projet Système de surveillance maritime au service des communautés

Ce premier sujet présentera l'utilisation de la plateforme eVouala pour un système de surveillance maritime en temps réel avec Transport Canada. Incluant les flux de données AIS pour le suivi de navires, l'intégration données de conditions météo et océaniques temps réel, la capture et le partage d\'observations par les usagers, et la possibilité de télécharger les donnnées cartographiques pour utilisation en mode déconnecté (sans lien cellulaire) sur un PC ou une tablette, dans le navigateur, sans installation de logiciel spécialisé.

Érosion et submersion des plages du Saint-Laurent : observation haute fréquence par imagerie vidéo pour la topo-bathymétrie actualisée.

Les côtes du fleuve Saint-Laurent forment des zones tampons entres les agents météo-marins et les communautés riveraines. Les changements climatiques perturbent cependant leur dynamique naturelle, ce qui nécessite d'adapter les méthodes scientifiques pour mieux comprendre leur fonctionnement. Depuis plusieurs années, les études portant sur l'érosion ont été réalisées principalement grâce à des analyses par télédétection et mesures sur le terrain. Ces méthodes sont efficaces mais leur couverture temporelle se limite généralement à des acquisitions ponctuelles à intervalle trop grand pour capter le phénomène d'érosion exactement lorsqu'il se produit. Cette présentation montre que l'imagerie vidéo permet également de surveiller les plages au quotidien et d'observer les processus qui s'y produisent à très fine échelle temporelle. Au Laboratoire de dynamique et gestion intégrée des zones côtière de l'UQAR, un réseau de plateformes de surveillance par vidéo a été développé le long du Saint-Laurent. Une dizaine de systèmes a été installée sur des environnements différents afin de mesurer les niveaux d\'eau et les vagues qui causent l\'érosion et la submersion, mais aussi pour réaliser des modèles d'élévation topo-bathymétriques (TBDEM). Le principe se base sur la détection des lignes d'eau à l'interface terre/mer lors d'un cycle de marée, résultant en une série de courbes topographiques à partir desquelles est interpolée une surface. Plusieurs études de cas au Québec sont présentées. La validation de la méthode grâce à des données LiDAR et GPS RTK indique une bonne performance (RMSE vertical < 6 cm). Grâce à la combinaison de l'imagerie vidéo acquise tout au long de l'année et d'autre méthodes de levés topographiques (LiDAR terrestre, photogrammétrie, profils de plage par GPS RTK), il est alors possible de reconstruire un TBDEM actualisé au moment souhaité afin de mesurer l'érosion, et potentiellement estimer les hauteurs de submersion atteintes lors des tempêtes.

Production of Land Use/ Land Cover Changes (LULC) data sets for the Coastal Zone hotspot, from shore to hinterland, incl. the coastline and seaward structures: how ensemble methods in machine learning/design of decision trees, can improve the performance of landscape objects’ mapping concurrently to other field-based and object-based Image Analysis tools, in support of photo-interpreters/cartographer

Les cartes de couverture et d'utilisation des sols (LULC) éditées jusqu’à ce jour ont une précision thématique faible quand elles sont produites automatiquement à partir d’images satellites (ex. la NALCD 2010 produites pour le compte de la CEC, i.e. Commission for Environmental Cooperation - basée à Montréal, dans le cadre du NAAEC, North American Agreement on Environmental Cooperation ; autre ex. MCD12Q1 ou Global Mosaics of the standard MODIS land cover type data product in the IGBP Land Cover Type Classification, by NASA) et bien plus élevée quand elles sont dessinées par des photo-interpréteurs cartographes (ex. la base de données européenne d’occupation biophysique des sols, gérée par l\'agence européenne de l\'environnement), mais à un coût encore plus élevé. L’usage de classificateurs comme les arbres de décision aléatoires sur des séries temporelles d’images, qui tiennent alors compte de la variabilité saisonnière des terrains, permet d’améliorer grandement la justesse de la classification automatique et/ou d’apporter une aide aux opérateurs qui accélère le travail, ce qui est requis pour suivre l’évolution des sols à la vitesse du changement climatique et des aménagements humains. Les zones côtières sont particulièrement difficiles à cartographier automatiquement car il y a une très grande variabilité temporelle des paysages littoraux en fonction de la marée, des tempêtes, etc. comparée aux paysages intérieurs, et il est facile de confondre le résultat de changements temporaires, y compris des zones masquées, avec des situations d’équilibre. Nous mettrons en évidence i. la manière dont les classificateurs doivent être entraînés, les variables requises, le nombre de points de base, etc., ii. la complémentarité avec des méthodes de détection automatique de changement basées sur de la géostatistique pour la mise à jour des cartes, et iii. les problèmes inhérents aux flux et reflux de l’eau sur le littoral, ou la présence de pieds de glace.

Système d’information pour les Voies navigables de la Garde côtière canadienne

Il s'agira d'une présentation en collaboration avec les gens de Pêches et océans Canada (MPO), pour présenter le projet \"Water Information System (WIS)\", un système d'information sur les voies navigables qui vise à automatiser l'exploitation les données bathymétriques des voies navigables canadiennes. Le tout utilise les technologies open source PostGIS, PGRaster et MapServer.

Une parfaite autonomie de votre information géospatiale en utilisant les logiciels libres

La gestion et la diffusion des données géospatiales sont des problématiques qui touchent un grand nombre d’organismes, de MRC et même de petites municipalités. Il existe de nombreuses solutions technologiques complètes et efficaces sur le marché, mais qui comportent souvent des frais importants pour leur pleine utilisation, ce qui les rend parfois hors budget. Comment gérer l\'information géospatiale à faible coût? La solution est parfois beaucoup plus simple que l\'on croit. Il existe une grande quantité de logiciels gratuits qui offrent des performances très intéressantes. GéoMont, entreprise à but non lucratif fidèle à sa mission de promouvoir une meilleure utilisation de la géomatique, a développé de nombreuses solutions complètes à différents niveaux de complexité pour la gestion et en diffusion des données géospatiales. Ces solutions sont basées principalement sur des technologies libres et gratuites, comme QGIS, PostGRESQL/PostGIS, GRASS GIS et de nombreuses librairies géospatiales. La présentation des solutions technologiques se fera à travers de projets réels réalisés par GéoMont qui vous permettront de constater que la gestion des fichiers d\'images ou de diverses géométries (point, ligne, polygone) et même de différentes sources, ne devrait pas être complexe ni couteuse.

DIAGNOSTICS D’OUVRAGES PAR VECTEURS AERIENS ET SOUS-MARINS Dam survey with UAV and ROV

La réglementation en matière de sécurité des ouvrages hydrauliques, les conditions d’intervention variables (accessibilité/conditions hydrologiques), les besoins de résultats exhaustifs, précis et pertinents ont nécessité la mise en œuvre et le développement de technologies combinées innovantes dans le domaine de l’inspection subaquatique et aérienne d’infrastructures. Les outils opérationnels permettent actuellement - de garantir un niveau de sécurité pour les intervenants humains en supprimant ou limitant les risques en plongée et intervention aérienne et garantir une perte de production minimale pour les exploitants, par l’utilisation de DRONE. - de s’affranchir des contraintes d’accessibilité (aérien, sub) de turbidité de l’eau et affiner les diagnostics sur les ouvrages, par l’utilisation de systèmes d’imagerie et/ou métrologie 2D, 3D haute résolution (sonar panoramiques, caméra acoustiques, sonar multifaisceaux, laser, reconstitution photogrammétriques…) - d’adapter et améliorer le positionnement des mobiles aériens et subaquatiques par l’utilisation couplée de systèmes adaptés, éprouvés dans le milieu topographique et hydrographique. L’utilisation opérationnelle de ces nouvelles méthodes et outils d’inspection, engendre une augmentation de la quantité et de la diversité des données tant sur le plan de leur source (images, vidéo, nuages de points, objets 3D/BIM, données vecteurs et raster…) que sur le plan des échelles de représentation (de la mesure sub-centimétrique aux données kilométriques). Ces constats imposent une réflexion sur les modalités de représentation des données cartographiques pour prendre en compte les notions de multiformité, d’interactivité et d’imbrication des échelles spatiales, imposant de ce fait une approche cartographique fédératrice adaptée et innovante. Sur ce point, les données acquises par drones et représentées sous plateforme cartographique 2D/ 3D réaliste et interactive, constituent une véritable avancée dans la mise à disposition des données (outil d’aide à la décision) pour tous les acteurs privés et institutionnels, en permettant d’accroitre à la fois l’accessibilité, la lisibilité, la pertinence et l’exhaustivité des données.

Scanner laser 3D - Rapidité, simplicité et précision

La technologie évolue sans cesse et les scanner laser 3D n'y font pas exception. Les appareils sont de plus en plus simple à utiliser, leur rapidité est sans égal et les nouvelles solutions de partage de la données entre les différents utilisateurs permettent de s'attaquer à des projets qui auraient été impensable il y a quelques années à peine. 3 volets seront abordés durant la conférence: - la simplicité et la précision des scanner 3D - les solutions logiciels pour gérer les millions de points recueillis - exemple concret d\'utilisation de nuages de points