Détection de l’ensemencement et de la récolte des cultures par l’analyse des séries chronologiques de données SAR interférométriques de Sentinel-1

Citation

Shang, J., Liu, J., Poncos, V., Geng, X., Qian, B., Chen, Q., Dong, T., Macdonald, D., Martin, T., Kovacs, J., Walters, D. (2020). Detection of crop seeding and harvest through analysis of time-series Sentinel-1 interferometric SAR data. Remote Sensing, [online] 12(10), http://dx.doi.org/10.3390/rs12101551

Résumé en langage clair

Le radar à synthèse d’ouverture (SAR) est plus sensible aux propriétés diélectriques et à la structure des cibles et moins touché par les conditions météorologiques que les capteurs optiques, ce qui le rend plus à même de détecter les changements induits par les pratiques de gestion dans les champs agricoles. Dans le cadre de la présente étude, nous avons examiné la capacité des données SAR en bande C afin de détecter les événements d’ensemencement et de récolte des cultures. L’étude a été réalisée pour la saison de croissance 2019 à Temiskaming Shores, une région agricole du nord de l’Ontario, au Canada. Des séries chronologiques de données SAR acquises par la constellation Sentinel-1 ont été obtenues. Nous avons procédé à un traitement interférométrique SAR (InSAR) pour obtenir la cohérence entre chaque paire d’images SAR acquises consécutivement tout au long de l’année. Les dates d’ensemencement et de récolte des cultures ont été déterminées en analysant la cohérence des séries chronologiques InSAR et la rétrodiffusion SAR. À l’aide d’un ensemble de règles physiques, un algorithme simple a été mis au point pour déterminer les dates d’ensemencement et de récolte des cultures, avec une exactitude de 85 % (n = 67) pour la détermination de la date d’ensemencement et de 56 % (n = 77) pour la détermination de la date de récolte. Le défi supplémentaire que présente la détection des récoltes est attribué aux effets des conditions météorologiques, comme la pluie, et à ses effets sur l’humidité du sol et les propriétés diélectriques des cultures durant la saison des récoltes. D’autres facteurs, comme l’enlèvement des résidus après la récolte et le labourage des champs, pourraient également compliquer la détermination de l’événement de récolte. Dans l’ensemble, compte tenu de son mécanisme d’acquisition d’images avec capacité InSAR selon un cycle de réobservation de 12 jours avec un seul satellite pour la plus grande partie de la Terre, la constellation Sentinel-1 fournit une excellente source de données pour la détection des activités de gestion des cultures au moyen de techniques détection de changements cohérents ou incohérents. On s’attend à ce que cette méthode soit encore plus efficace avec un cycle de réobservation plus court de six jours avec les deux satellites de Sentinel-1. Avec le lancement réussi (en 2019) de la mission canadienne de la Constellation RADARSAT (MCR), la fiabilité du système et l’efficacité de la surveillance s’amélioreront probablement.

Résumé

© 2020 par les auteurs. Le radar à synthèse d’ouverture (SAR) est plus sensible aux propriétés diélectriques et à la structure des cibles et moins touché par les conditions météorologiques que les capteurs optiques, ce qui le rend plus à même de détecter les changements induits par les pratiques de gestion dans les champs agricoles. Dans le cadre de la présente étude, nous avons examiné la capacité des données SAR en bande C afin de détecter les événements d’ensemencement et de récolte des cultures. L’étude a été réalisée pour la saison de croissance 2019 à Temiskaming Shores, une région agricole du nord de l’Ontario, au Canada. Nous avons obtenu des séries chronologiques de données SAR acquises par la constellation Sentinel-1 en mode interférométrique large (IL) avec des polarisations doubles en VV (émission verticale et réception verticale) et en VH (émission verticale et réception horizontale). Nous avons procédé à un traitement interférométrique SAR (InSAR) pour obtenir la cohérence entre chaque paire d’images SAR acquises consécutivement tout au long de l’année. Les dates d’ensemencement et de récolte des cultures ont été déterminées en analysant la cohérence des séries chronologiques InSAR et la rétrodiffusion SAR. La variation des coefficients de rétrodiffusion SAR, en particulier la polarisation VH, a révélé des profils saisonniers de croissance des cultures. La variation de la cohérence InSAR peut être liée au changement de la structure de la surface induit par les activités d’ensemencement ou de récolte. À l’aide d’un ensemble de règles physiques, un algorithme simple a été mis au point pour déterminer les dates d’ensemencement et de récolte des cultures, avec une exactitude de 85 % (n = 67) pour la détermination de la date d’ensemencement et de 56 % (n = 77) pour la détermination de la date de récolte. La difficulté supplémentaire que présente la détection des récoltes pourrait être attribuée aux effets des conditions météorologiques, comme la pluie, et à ses effets sur l’humidité du sol et les propriétés diélectriques des cultures durant la saison des récoltes. D’autres facteurs, comme l’enlèvement des résidus après la récolte et le labourage des champs, pourraient également compliquer la détermination de l’événement de récolte. Dans l’ensemble, compte tenu de son mécanisme d’acquisition d’images avec capacité InSAR selon un cycle de réobservation de 12 jours avec un seul satellite pour la plus grande partie de la Terre, la constellation Sentinel-1 fournit une excellente source de données pour la détection des activités de gestion des cultures au moyen de techniques de détection des changements cohérents ou incohérents. On s’attend à ce que cette méthode soit encore plus efficace avec un cycle de réobservation plus court de six jours avec les deux satellites de Sentinel-1. Avec le lancement réussi (2019) de la mission canadienne de la Constellation RADARSAT (MCR), dotée d'un système à trois satellites et quatre polarisations, nous devrions observer une amélioration de la fiabilité du système et de l’efficacité de la surveillance.

Date de publication

2020-05-01