Étude de cas
Les images aériennes et les données altimétriques de haute résolution de Hexagon facilitent la gestion de l’eau en Californie du Sud
Les données aériennes de très haute précision aident le distributeur Rancho California Water District à mettre en œuvre des initiatives de conservation de l’eau et à respecter la réglementation dans ce domaine, notamment l’interdiction d’arroser une surface d’herbe non fonctionnelle pendant les périodes de sécheresse. En exploitant ces données détaillées, les districts de distribution d’eau peuvent optimiser les efforts entrepris pour favoriser une utilisation durable de l’eau.
Kevin Corbley
Conseiller en activités géospatiales et start-ups chez Corbley Communications Inc. et basé au Colorado, États-Unis.
Rancho California Water District (Rancho Water) fournit de l’eau à plus de 150 000 habitants sur une superficie d’environ 40 400 ha, englobant la ville de Temecula, une partie de celle de Murrieta et des zones non incorporées du comté de Riverside. Situés au sud-est de Los Angeles, les services d’eau potable et d’eaux usées sont assurés à l’aide de 39 réservoirs captant l’eau de sources naturelles et d’installations de traitement.
Mandaté par le département californien des Ressources en eau(DWR), Rancho Water met en œuvre des procédures d’utilisation d’eau responsables et durables dans ses opérations quotidiennes. En période de sécheresse, le distributeur adopte des protocoles encore bien plus sévères. C’était le cas début 2023 lorsque la zone couverte par Rancho Water - comme bien d’autres régions de l’État - a été confronté à une période prolongée de faibles précipitations et de sécheresse récurrente, accentuée par le changement climatique. La grande pénurie d’eau a souligné la nécessité d’utiliser l’eau d’une manière plus rationnelle et de préparer la population à des périodes d’alimentation restreinte plus fréquentes et plus longues.
Dans le cadre des efforts entrepris pour respecter les dispositions légales de conservation de l’eau et préparer une étude visant à fixer des quotas, le district a lancé un projet dans le but d’identifier les surfaces d’herbe non exploitées dans son rayon d’action. Par ailleurs, l’analyse avait pour objectif de déterminer les besoins en eau en fonction de divers types de couverture du sol, jusqu’au niveau des parcelles individuelles.
Pour bénéficier d’un soutien dans la classification de la couverture parcellaire du sol et l’établissement de cartes de zones arrosées couvrant l’ensemble du district, Rancho Water a pris contact avec DCSE Inc., établi à Laguna Hills, en Californie, qui est un revendeur de Hexagon Content Program. DCSE est une société d’ingénierie, de SIG et de conseils en informatique spécialisée dans l’élaboration de solutions de gestion de l’eau potable, des eaux usées et de la durabilité pour des services et administrations publiques. L’entreprise a démarré le projet Rancho Water au printemps 2023.
de la taille du Rancho California Water District
Figure 1 : Lors de l’utilisation d’images aériennes d’une résolution de 60 centimètres (à gauche) pour générer la carte d’occupation du sol (à droite), le modèle a classé incorrectement les arbres comme herbe. (Source : DCSE, Inc.)
taux d’exactitude des images aériennes d'une résolution de 60 centimètres
CLASSIFICATION DES TYPES DE COUVERTURE DU SOL POUR LA CONSERVATION DE L’EAU
Les efforts californiens en matière de gestion durable impliquent des contacts avec des citoyens à tous les niveaux et les propriétaires de logements jouent un rôle important dans ce cadre. Comme les maisons individuelles, notamment celles dotées d’une surface verte, sont de grands consommateurs d’eau, la méthode de calcul se concentre sur l’identification et la mesure de surfaces d’arbres, de gazon, de bassins, de toits, de terres dénudées et de zones imperméables (par ex., routes, cours intérieures) ainsi que sur le gazon artificiel de chaque parcelle résidentielle familiale. Ces informations sont utilisées pour établir des plans d’arrosage et même pour offrir des programmes de remplacement de gazon et des avantages financiers pour les propriétaires de logements.
En outre, le district devait identifier les surfaces d’herbe non exploitées, souvent décoratives situées sur des bandes de terrain médianes etaux alentours de sites commerciaux et industriels. Contrairement aux surfaces vertes dans les propriétés résidentielles, les zones d’herbe non exploitées ont seulement une finalité esthétique. Ces surfaces sont vitales pour les mesures d’occupation du sol et les efforts de conservation de l’État, car une récente loi interdit l’utilisation d’eau potable pour les arroser, même en dehors des périodes de sécheresse.
DCSE avait déjà travaillé sur des projets de DWR similaires dans l’État et savait comment effectuer les calculs de couverture du sol grâce à son expérience. Pour un contrat similaire exécuté antérieurement, la société avait obtenu des données d’image libres du département américain de l’Agriculture. Créés à partir d’acquisitions aériennes, ces ensembles de données matricielles quadribandes (RVBN) offrent une résolution spatiale de 60 centimètres.
Les analystes de télédétection chez DCSE ont appliqué des modèles de classification à apprentissage automatique aux données libres afin de différencier les types de couverture souhaités. Cette démarche a permis d’identifier les classes d’occupation du sol souhaitées avec un taux de précision moyenne de 94 %. Mais lorsque les scientifiques ont étudié de près les résultats, ils ont constaté un problème. Les surfaces d’herbe et les arbres étaient confondus à un degré inacceptable, aboutissant à des précisions de classification moyennes entre 86 et 93 %.
Les signatures spectrales similaires d’herbe saine et d’arbres à feuilles caduques étaient à l’origine de cette erreur. « Ce sont de bons résultats, mais ils ne sont pas extraordinaires, en particulier au niveau des parcelles », déclare le Dr Tarlan Razzaghi, responsable de la télédétection chez DCSE. « Regrouper les surfaces d'herbe et d’arbres arrosées dans une même classe est en fait acceptable pour les exigences de DWR, mais certains districts souhaitent que les surfaces de d'herbe soient regroupées dans une classe distincte. »
Rancho Water faisait partie des districts souhaitant obtenir des mesures de zones d’herbe précises pour deux raisons importantes : En premier lieu, cette analyse permet au district d’identifier les clients éligibles à l’octroi d’une aide financière s’ils remplacent les surfaces de gazon de leur propriété par des plantes adaptées au climat qui supportent les écosystèmes locaux. Le programme de remplacement des surfaces d’herbe détermine les incitations financières sur la base du métrage carré d’herbe remplacée. En second lieu, pour anticiper la prise en compte de la réglementation qui interdit l’arrosage de surfaces non fonctionnelles, le district avait besoin de mesures précises de cette classe à des fins de préparation.
Figure 2 : Après l’exploitation des images aériennes d’une résolution de 15 centimètres, les arbres mal catégorisés dans la figure 1 ont été correctement reclassifiés, et les zones d’herbe, comme les étroites plateformes décoratives, ont été représentées avec plus de détails. (Source : DCSE, Inc.)
ÉCONOMISER DE L’EAU AVEC DES DONNÉES AÉRIENNES DE PLUS HAUTE QUALITÉ
En raison des hautes exigences de précision de Rancho Water, DCSE a décidé de traiter des ensembles de données de plus haute qualité à l’aide de Hexagon Content Program. Actualisée pour l’ensemble de la Californie en 2022, cette vaste bibliothèque d’images aériennes et de données d’élévation de haute résolution est réputée pour sa cohérence et sa haute précision sur de grandes zones géographiques. La collecte de données aériennes s’effectue en effet seulement lorsque le soleil a une position élevée et lorsqu’il n’y a pas de brume ou de nuages.
DCSE a obtenu des ortho-images aériennes quadribande de 15 centimètres fournies par Hexagon, couvrant l'ensemble du district, ainsi qu'un modèle numérique de surface (MNS) d'une résolution de 15 centimètres. Les scientifiques ont appliqué les mêmes modèles de classification pour différencier les classes sur la base des signatures spectrales dans les ortho-images. Mais, ils ont aussi créé et appliqué un filtre altimétrique à l’aide des données du MNS. Cela a différencié les zones de gazon des zones d’arbres sur la base de la hauteur dans le MNS, où une valeur seuil de 1,5 mètre a été utilisée comme critère de distinction.
“ Avec les images aériennes de plus haute résolution d' Hexagon Content Program et les MNS 15 centimètres, la précision des classes d’herbe et d’arbres a dépassé 96 % ”, explique Tarlan Razzaghi. « En outre, la précision des mesures pour les classes d’occupation du sol a également été améliorée en combinaison avec les images Hexagon d’une résolution de 15 centimètres, comparée aux données libres d’une résolution de 60 centimètres.
« Les classifications et les mesures précises fournies par les images de haute résolution et les données d’élévation de Hexagon permettent aux districts de remplir les mandats publics tout en offrant des services équitables à nos consommateurs d’eau », observe Liviu Rosu, coordinateur SIG chez Rancho Water.
DCSE a remis les données de classification à Rancho Water sous forme de vecteurs et de feuilles de calcul. L’entreprise a ensuite répertorié tous les résultats au niveau des polygones de parcelles individuelles. Lors de leur saisie dans l’application SIG du district, les classes et les mesures ont été mises en association avec des adresses de propriété spécifiques. De plus, le district a pu catégoriser les classes de gazon sur les parcelles non résidentielles comme étant des surfaces d’herbe non fonctionnelles.
« Optimiser la durabilité, comme l’illustre le projet Rancho Water, est une priorité pour les solutions que Hexagon élabore pour des secteurs cruciaux dans le monde entier », observe John Welter, président de l’unité Geospatial Content Solutions au sein de la division Geosystems de Hexagon. « Notre objectif est de permettre à nos clients d’utiliser d’une manière plus rationnelle les ressources terrestres en exploitant tout le potentiel informatif des données. »
taux d’exactitude des images aériennes de plus haute résolution de Hexagon Content Program et des MNS d’une précision de 15 cm
Les images aériennes et données d’élévation de haute résolution de Hexagon ont permis à Rancho Water de classer les types de couverture du sol. Elles facilitent ainsi la gestion de l’eau et la prise de décisions éclairées en matière de durabilité. Ces données précises aident à identifier les surfaces d’herbe non fonctionnelles, optimisant ainsi l’utilisation de l’eau et la conformité avec les prescriptions de conservation.
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