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Termes IGN > sciences naturelles > sciences de la Terre et de l'univers > géosciences > géographie physique > hydrographie > hydrographie de surface > eau de surface
eau de surfaceSynonyme(s)eau superficielle |
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Modélisations des écoulements fluviaux adaptées aux observations spatiales et assimilations de données altimétriques / Thibault Malou (2022)
Titre : Modélisations des écoulements fluviaux adaptées aux observations spatiales et assimilations de données altimétriques Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Thibault Malou, Auteur ; Jérôme Monnier, Directeur de thèse ; Pierre-André Garambois, Directeur de thèse Editeur : Toulouse [France] : Institut National des Sciences Appliquées INSA Toulouse Année de publication : 2022 Importance : 207 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse pour obtenir le grade de Docteur de l'Université de Toulouse, Spécialité : Mathématiques et ApplicationsLangues : Français (fre) Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de géodésie spatiale
[Termes IGN] altimétrie satellitaire par radar
[Termes IGN] assimilation des données
[Termes IGN] débit
[Termes IGN] données altimétriques
[Termes IGN] données Jason
[Termes IGN] écoulement des eaux
[Termes IGN] image Sentinel-3
[Termes IGN] modélisation spatio-temporelle
[Termes IGN] niveau de l'eau
[Termes IGN] problème inverse
[Termes IGN] réseau hydrographique
[Termes IGN] rivièreIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Ces travaux de thèse portent sur la modélisation des rivières adaptée à l'altimétrie spatiale, qui permet de mesurer la hauteur d'eau des rivières. Pour estimer le débit sur la base de ces données, les modèles mathématiques ont besoin d'être consistants avec l'échelle spatio-temporelle des observations (centaines de mètres et dizaines de jours) ainsi qu'une estimation de certaines grandeurs non-mesurées par ces satellites d'altimétrie, notamment la hauteur du fond et une paramétrisation physique (coefficient de friction).La difficulté de l'estimation du débit à partir des données altimétriques vient notamment de la pente de la surface libre, qui n'est pas non plus mesurée à une échelle assez fine. Une nouvelle méthodologie pour déterminer des lois algébriques locales d'estimation de débit (lois dites Stage-Fall-Discharge, SFD) à partir des données altimétriques issues de plusieurs satellites (e.g. Jason-3, Sentinel-3A et Sentinel-3B) est alors proposée. La méthode se base sur une modélisation hydrodynamique calibrée par assimilation des données altimétriques. Ces lois SFD sont déterminées de manière à reproduire le débit estimé par la modélisation hydrodynamique à partir de données altimétriques et de grandeurs hydrauliques simulées.Ces lois sont obtenues avec succès sur le réseau hydrographique complexe du Rio Negro-Rio Branco.La méthode devrait être applicable pour estimer le débit de manière opérationnelle.La modélisation adaptée aux observations spatiales nécessite donc de choisir des modèles cohérents avec les données disponibles et les échelles spatio-temporelles observées. De ce fait, l'équation de l'onde diffusante a l'avantage d'avoir comme variable d'état la hauteur d'eau de la rivière qui est directement mesurée contrairement au débit.Dans ces travaux, une double échelle spatio-temporelle est introduite pour prendre en compte l'échelle de la physique (petite échelle) et celle des observations (grande échelle). Les variations de la largeur sont négligeables à l'échelle de la physique, ce qui n'est pas le cas à l'échelle des observations. Une équation de l'onde diffusante adaptée à l'échelle des observations spatiales est établie. Cette nouvelle équation de l'onde diffusante prend en compte les variations de la largeur grâce à deux termes additionnels par rapport à l'équation classique.Une étude numérique met en avant que l'équation à l'échelle des observations estime avec une meilleure précision la pente de la surface libre et donc le débit par rapport à l'équation classique. Un des termes additionnels de l'équation à l'échelle des observations est aussi mis en avant grâce à une quantification de l'importance des termes d'un dictionnaire basée sur une régression parcimonieuse.Pour obtenir une estimation de la hauteur du fond et du coefficient de friction (non-observés par les satellites d'altimétrie), les données altimétriques sont assimilées dans les modèles hydrodynamiques en minimisant une fonction coût basée sur l'écart entre la hauteur modélisée et la hauteur mesurée. La qualité de cette assimilation de données dépend notamment de l'estimation de la covariance de l'erreur d'ébauche, i.e. erreur entre la valeur d'ébauche et la vraie valeur du paramètre, qui préconditionne la hessienne de la fonction coût. Cependant, cette covariance est couramment définie de manière empirique.Ainsi, ces travaux proposent une méthode pour estimer la covariance de l'erreur d'ébauche et la longueur de corrélation à partir des équations de la physique (équations de l'onde diffusante dans le cas présent) en utilisant les noyaux de Green.Ces nouveaux opérateurs ainsi que la longueur de corrélation consistante avec la physique couplée avec un noyau exponentiel décroissant donnent de meilleurs résultats que les opérateurs empiriques. Note de contenu : Introduction
1. Données satellitaires, modélisations d’écoulements fluviaux et problèmes inverses
1.1 Altimétrie spatiale et données satellitaires
1.2 Modélisation mathématique des écoulements
1.3 Problèmes inverses et assimilation de données
2. Generation and analysis of stage-fall-discharge laws from coupled hydrological-hydraulic river network model integrating sparse multi-satellite data
2.1 Introduction
2.2 Flow models and observables
2.3 Study zone and calibrated river network model
2.4 SFD calibration and analysis
2.5 Discussions
2.6 Conclusion
3. Double-scale diffusive wave equations dedicated to spatial rivers observations
3.1 Introduction
3.2 Derivation of the double-scale diffusive wave model
3.3 Numerical results
3.4 Quantification of each term importance
3.5 Conclusion
4. Covariance operators investigation from diffusive wave equations for data assimilation in hydrology
4.1 Introduction
4.2 Variational Data Assimilation based on classical covariance operators
4.3 Covariance operators from Green-like kernels of the double scale diffusive wave equations
4.4 Inference of the bathymetry zb(x) using the physically-derived covariance operators
4.5 Inference of the pair (zb, Ks)(x) from lower quality data
4.6 Conclusion
5. Travaux en perspectives et conclusion générale
5.1 Travaux en perspectives
5.2 ConclusionNuméro de notice : 26907 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : MATHEMATIQUE/POSITIONNEMENT Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Mathématiques et Applications : Toulouse : 2022 Organisme de stage : Institut de Mathématiques de Toulouse IMT nature-HAL : Thèse DOI : sans Date de publication en ligne : 14/10/2022 En ligne : https://hal.science/tel-03630148v1 Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101921 Use of multi-temporal and multi-sensor data for continental water body extraction in the context of the SWOT mission / Nicolas Gasnier (2022)
Titre : Use of multi-temporal and multi-sensor data for continental water body extraction in the context of the SWOT mission Type de document : Thèse/HDR Auteurs : Nicolas Gasnier, Auteur ; Florence Tupin, Directeur de thèse ; Loïc Denis, Directeur de thèse Editeur : Paris : Institut Polytechnique de Paris Année de publication : 2022 Importance : 213 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : Bibliographie
Thèse de doctorat présentée à l’Institut Polytechnique de Paris, spécialité ImagesLangues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image radar et applications
[Termes IGN] base de données localisées
[Termes IGN] détection d'objet
[Termes IGN] détection de changement
[Termes IGN] données hydrographiques
[Termes IGN] hauteurs de mer
[Termes IGN] image multitemporelle
[Termes IGN] image radar moirée
[Termes IGN] image Sentinel-SAR
[Termes IGN] image SWOT
[Termes IGN] lac
[Termes IGN] rivière
[Termes IGN] série temporelle
[Termes IGN] télédétection en hyperfréquenceIndex. décimale : THESE Thèses et HDR Résumé : (Auteur) Spaceborne remote sensing provides hydrologists and decision-makers with data that are essential for understanding the water cycle and managing the associated resources and risks. The SWOT satellite, which is a collaboration between the French (CNES) and American (NASA, JPL) space agencies, is scheduled for launch in 2022 and will measure the height of lakes, rivers, and oceans with high spatial resolution. It will complement existing sensors, such as the SAR and optical constellations Sentinel-1 and 2, and in situ measurements. SWOT represents a technological breakthrough as it is the first satellite to carry a near-nadir swath altimeter. The estimation of water levels is done by interferometry on the SAR images acquired by SWOT. Detecting water in these images is therefore an essential step in processing SWOT data, but it can be very difficult, especially with low signal-to-noise ratios, or in the presence of unusual radiometries. In this thesis, we seek to develop new methods to make water detection more robust. To this end, we focus on the use of exogenous data to guide detection, the combination of multi-temporal and multi-sensor data and denoising approaches. The first proposed method exploits information from the river database used by SWOT (derived from GRWL) to detect narrow rivers in the image in a way that is robust to both noise in the image, potential errors in the database, and temporal changes. This method relies on a new linear structure detector, a least-cost path algorithm, and a new Conditional Random Field segmentation method that combines data attachment and regularization terms adapted to the problem. We also proposed a method derived from GrabCut that uses an a priori polygon containing a lake to detect it on a SAR image or a time series of SAR images. Within this framework, we also studied the use of a multi-temporal and multi-sensor combination between Sentinel-1 SAR and Sentinel-2 optical images. Finally, as part of a preliminary study on denoising methods applied to water detection, we studied the statistical properties of the geometric temporal mean and proposed an adaptation of the variational method MuLoG to denoise it. Note de contenu : 1. Introduction
1.1 Context
1.2 Contributions
1.3 Organization of the manuscript
I BACKGROUND ON SAR REMOTE SENSING AND WATER SURFACE MONITORING WITH SAR IMAGES
2. SAR images
2.1 Physics and statistics of SAR images
2.2 The SWOT mission
2.3 Sentinel-1
3. SAR water detection and hydrological prior
3.1 Water detection in SAR images
3.2 SWOT processing and products
3.3 Prior water masks and databases
4. Methodological background
4.1 Markov random fields
4.2 Variational methods for image denoising
PROPOSED APPROACHES
5. Guided extraction of narrow rivers on SAR images using an exogenous river database
5.1 Introduction
5.2 Proposed river segmentation pipeline
5.3 Experimental results
5.4 Conclusion
6. Adaptation of the GrabCut method to SAR images: lake detection from a priori polygon
6.1 Single-date GrabCut method for lake detection from a priori polygon
6.2 Multitemporal and multi-sensor adaptations of the method
6.3 2D+T GrabCut of SAR images with temporal regularization for lake detection within an a priori mask
6.4 Joint 2D+T segmentation of SAR and optical images
7. Denoising of the temporal geometric mean
7.1 Introduction
7.2 Statistics of the temporal geometric mean of SAR intensities
7.3 Denoising method
7.4 Experiments
7.5 Application to change detection
7.6 Application to ratio-based denoising of single SAR images within a time series
7.7 Conclusion
8 Conclusion and perspectivesNuméro de notice : 26762 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Thèse française Note de thèse : Thèse de Doctorat : Images : Palaiseau : 2022 Organisme de stage : Télécom Paris nature-HAL : Thèse DOI : sans Date de publication en ligne : 17/02/2022 En ligne : https://tel.hal.science/tel-03578831/ Format de la ressource électronique : URL Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99823
Titre : Variations de volume des lacs pour l'analyse climatique : Améliorer la connaissance de la quantité d’eau des lacs et leur variation à partir de données satellitaires Type de document : Mémoire Auteurs : Iris Lucas, Auteur Editeur : Champs-sur-Marne : Ecole nationale des sciences géographiques ENSG Année de publication : 2022 Importance : 67 p. Format : 21 x 30 cm Note générale : bibliographie
Rapport de fin d'étude, cycle des Ingénieurs diplômés de l’ENSG 3ème année, Spécialité PPMDLangues : Français (fre) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection
[Termes IGN] bassin hydrographique
[Termes IGN] Canada
[Termes IGN] carte hypsométrique
[Termes IGN] Champagne (province, comté)
[Termes IGN] données altimétriques
[Termes IGN] extraction de traits caractéristiques
[Termes IGN] image Landsat-8
[Termes IGN] image radar moirée
[Termes IGN] image Sentinel-MSI
[Termes IGN] lac
[Termes IGN] méthode robuste
[Termes IGN] modèle de Gauss-Helmert
[Termes IGN] Ransac (algorithme)
[Termes IGN] régression
[Termes IGN] variation temporelle
[Termes IGN] volume d'eauIndex. décimale : MPPMD Mémoires du mastère spécialisé Photogrammétrie, Positionnement et Mesures de Déformation Résumé : (auteur) La ressource en eau douce est limitée, son étude fait partie des axes majeurs des études environnementales. C’est au sein de la cellule hydrologie continentale de CLS, pour le compte d’Apside que je me suis penchée sur cette question, appliquant les savoirs acquis en géomatique durant mes années à l’ENSG. L’objectif de ce stage est d’améliorer la connaissance de la quantité d’eau des lacs et leur variation à partir de données satellitaires. Ce savoir pourra être appliqué dans divers projets sur l’étude des lacs à CLS. Etudier les variations de volume nécessite l’utilisation de surfaces d’eau que l’on peut extraire par imagerie satellitaire (Sentinel-2, Landsat-8) et hauteurs d’eau provenant de satellites altimétriques (accessibles sur la plateforme Hydroweb). Pour ce faire, j’ai développé un algorithme d’extraction de surfaces d’eau par télédétection optique, puis développé une méthode d’estimation robuste pour dégager une courbe hypsométrique. Grâce à cette courbe, j’ai pu déterminer des variations de volumes pour divers bassins. Ce rapport détaille le processus développé, la méthodologie suivie et les éventuelles pistes d’amélioration possibles. Note de contenu :
1- Introduction
2- Extraire les données de surfaces d’eau
3- Extraire le profil des lacs : la courbe hypsométrique
4- Dernière étape de la chaine : génération des variations de volume
5- ConclusionNuméro de notice : 24053 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Mémoire de fin d'études IT Organisme de stage : Apside Toulouse Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=101951 Documents numériques
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Variations de volume... - pdf auteur -Adobe Acrobat PDF Particle swarm optimization based water index (PSOWI) for mapping the water extents from satellite images / Mohammad Hossein Gamshadzaei in Geocarto international, vol 36 n° 20 ([01/12/2021])
[article]
Titre : Particle swarm optimization based water index (PSOWI) for mapping the water extents from satellite images Type de document : Article/Communication Auteurs : Mohammad Hossein Gamshadzaei, Auteur ; Majid Rahimzadegan, Auteur Année de publication : 2021 Article en page(s) : pp 2264 - 2278 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Traitement d'image optique
[Termes IGN] analyse multibande
[Termes IGN] analyse spectrale
[Termes IGN] Arménie
[Termes IGN] bande infrarouge
[Termes IGN] cartographie thématique
[Termes IGN] détection d'objet
[Termes IGN] eau de surface
[Termes IGN] extraction de traits caractéristiques
[Termes IGN] Google Earth
[Termes IGN] image à haute résolution
[Termes IGN] image satellite
[Termes IGN] indice d'humidité
[Termes IGN] Iran
[Termes IGN] occupation du sol
[Termes IGN] optimisation par essaim de particules
[Termes IGN] polygoneRésumé : (auteur) Various spectral indices have been introduced to detect water extent from satellite images with different performances in various regions. The aim of this study is to provide an efficient index using particle swarm optimization (PSO) algorithm to detect water spread areas from satellite images with similar performance in different regions. This index is introduced for images containing water absorption bands from visible to middle infrared wavelengths. Eleven images were prepared from different satellites and water bodies with various environmental conditions. In addition, 40 pixels from water and 40 pixels from non-water regions were selected as training data for PSO algorithm. Results were evaluated using digitized polygons of water bodies on high-resolution images of Google Earth. The best results in PSO-based water index (PSOWI) were obtained by the combination of two bands (red and middle infrared). PSOWI represented proper performance in the selected various land covers and satellite images. Numéro de notice : A2021-831 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article nature-HAL : ArtAvecCL-RevueIntern DOI : 10.1080/10106049.2019.1700554 Date de publication en ligne : 12/12/2019 En ligne : https://doi.org/10.1080/10106049.2019.1700554 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99004
in Geocarto international > vol 36 n° 20 [01/12/2021] . - pp 2264 - 2278[article]Spatial variability of suspended sediments in San Francisco Bay, California / Niky C. Taylor in Remote sensing, vol 13 n° 22 (November-2 2021)
[article]
Titre : Spatial variability of suspended sediments in San Francisco Bay, California Type de document : Article/Communication Auteurs : Niky C. Taylor, Auteur ; Raphael M. Kudela, Auteur Année de publication : 2021 Article en page(s) : n° 4625 Note générale : bibliographie Langues : Anglais (eng) Descripteur : [Vedettes matières IGN] Applications de télédétection
[Termes IGN] baie
[Termes IGN] échantillonnage
[Termes IGN] estuaire
[Termes IGN] image Sentinel-MSI
[Termes IGN] pas d'échantillonnage au sol
[Termes IGN] qualité des eaux
[Termes IGN] réflectance
[Termes IGN] San Francisco
[Termes IGN] sédiment
[Termes IGN] spectroradiométrie
[Termes IGN] surface de l'eau
[Termes IGN] surveillance du littoral
[Termes IGN] turbidité des eaux
[Termes IGN] variabilitéRésumé : (auteur) Understanding spatial variability of water quality in estuary systems is important for making monitoring decisions and designing sampling strategies. In San Francisco Bay, the largest estuary system on the west coast of North America, tracking the concentration of suspended materials in water is largely limited to point measurements with the assumption that each point is representative of its surrounding area. Strategies using remote sensing can expand monitoring efforts and provide a more complete view of spatial patterns and variability. In this study, we (1) quantify spatial variability in suspended particulate matter (SPM) concentrations at different spatial scales to contextualize current in-water point sampling and (2) demonstrate the potential of satellite and shipboard remote sensing to supplement current monitoring methods in San Francisco Bay. We collected radiometric data from the bow of a research vessel on three dates in 2019 corresponding to satellite overpasses by Sentinel-2, and used established algorithms to retrieve SPM concentrations. These more spatially comprehensive data identified features that are not picked up by current point sampling. This prompted us to examine how much variability exists at spatial scales between 20 m and 10 km in San Francisco Bay using 10 m resolution Sentinel-2 imagery. We found 23–80% variability in SPM at the 5 km scale (the scale at which point sampling occurs), demonstrating the risk in assuming limited point sampling is representative of a 5 km area. In addition, current monitoring takes place along a transect within the Bay’s main shipping channel, which we show underestimates the spatial variance of the full bay. Our results suggest that spatial structure and spatial variability in the Bay change seasonally based on freshwater inflow to the Bay, tidal state, and wind speed. We recommend monitoring programs take this into account when designing sampling strategies, and that end-users account for the inherent spatial uncertainty associated with the resolution at which data are collected. This analysis also highlights the applicability of remotely sensed data to augment traditional sampling strategies. In sum, this study presents ways to supplement water quality monitoring using remote sensing, and uses satellite imagery to make recommendations for future sampling strategies. Numéro de notice : A2021-839 Affiliation des auteurs : non IGN Thématique : IMAGERIE Nature : Article DOI : 10.3390/rs13224625 Date de publication en ligne : 17/11/2021 En ligne : https://doi.org/10.3390/rs13224625 Format de la ressource électronique : URL article Permalink : https://documentation.ensg.eu/index.php?lvl=notice_display&id=99022
in Remote sensing > vol 13 n° 22 (November-2 2021) . - n° 4625[article]Tidal flood area mapping in the face of climate change scenarios: case study in a tropical estuary in the Brazilian semi-arid region / Paulo Victor N. Araújo in Natural Hazards and Earth System Sciences, vol 21 n° 11 (November 2021)PermalinkAutomatic detection of inland water bodies along altimetry tracks for estimating surface water storage variations in the Congo basin / Frédéric Frappart in Remote sensing, vol 13 n° 19 (October-1 2021)PermalinkCombining photogrammetric and bathymetric data to build a 3D model of a canal tunnel / Emmanuel Moisan in Photogrammetric record, Vol 36 n° 175 (September 2021)PermalinkTen years of Lake Taupō surface height estimates using the GNSS interferometric reflectometry / Lucas D. Holden in Journal of geodesy, vol 95 n° 7 (July 2021)PermalinkFluvial gravel bar mapping with spectral signal mixture analysis / Liza Stančič in European journal of remote sensing, vol 54 sup 1 (2021)PermalinkStreams and rural abandonment are related to the summer activity of the invasive pest Drosophila suzukii in protected European forests / Alberto Maceda-Veiga in Forest ecology and management, vol 485 ([01/04/2021])PermalinkEvaluation du potentiel des series d’images multi-temporelles optique et radar des satellites Sentinel 1 & 2 pour le suivi d’une zone côtière en contexte tropical: cas de l’estuaire du Cameroun pour la période 2015-2020 / Nourdi Njutapvoui in Revue Française de Photogrammétrie et de Télédétection, n° 223 (mars - décembre 2021)PermalinkGIS-based spatial landslide distribution analysis of district Neelum, AJ&K, Pakistan / Shah Naseer in Natural Hazards, vol 106 n° 1 (March 2021)PermalinkIntegrating runoff map of a spatially distributed model and thematic layers for identifying potential rainwater harvesting suitability sites using GIS techniques / Hamid Karimi in Geocarto international, vol 36 n° 3 ([15/02/2021])PermalinkCalcul de la largeur à pleins bords de grands cours d’eau à partir de MNT LiDAR / Nicolas Fermen (2021)Permalink