Un indice radar de végétation pour la surveillance des cultures à l’aide de données SAR en polarimétrie compacte
Citation
Mandal, D., Ratha, D., Bhattacharya, A., Kumar, V., McNairn, H., Rao, Y.S., Frery, A.C. (2020). A Radar vegetation index for crop monitoring using compact polarimetric sar data. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, [online] 58(9), 6321-6335. http://dx.doi.org/10.1109/TGRS.2020.2976661
Résumé en langage clair
Les satellites de la mission canadienne de la Constellation RADARSAT (MCR) mettent en œuvre un nouveau mode d’imagerie radar appelé polarimétrie compacte (PC). Ce mode permet de synthétiser de nombreux paramètres de radar à synthèse d’ouverture (SAR) sur de grandes étendues géographiques. La PC sera un important mode d’imagerie pour la surveillance de l’agriculture canadienne. Dans le cadre de cette étude, nous avons élaboré un indice de diffusion radar pour les données en PC (indice de végétation radar pol-compacte ou CpRVI). Le CpRVI est calculé à l’aide du concept de distance géodésique entre les matrices de Kennaugh projetées sur une sphère unitaire. Cette distance est utilisée pour calculer une mesure de similarité entre la matrice de Kennaugh observée (à partir de l’imagerie radar) et la matrice de Kennaugh d’un dépolarisant idéal (à partir d’un couvert végétal). La mesure de similarité est ensuite modulée avec une quantité mise à l’échelle dérivée du rapport de puissance de diffusion de la polarisation de même sens et de sens opposé par rapport à la polarisation circulaire transmise. Le CpRVI a été mis à l’essai à l’aide de données RADARSAT-2, simulées en PC, pour un site du Manitoba (Canada). Les cultures de blé et de soja étaient au centre de la présente étude, étant donné que ces cultures ont des structures de culture très différentes. Le CpRVI a été calculé au fil du temps et comparé aux paramètres biophysiques des cultures [indice de surface des plantes (ISP) et teneur en eau de la végétation (TEV)] à différents stades phénologiques. Le CpRVI permet de suivre la croissance des plantes du couvert du blé et du soja. Néanmoins, les valeurs du CpRVI varient en fonction de la densité des plantes pour les deux types de cultures. Une analyse de régression linéaire confirme que les valeurs du CpRVI présentent une corrélation significative avec l'ISP (r = 0,72 et 0,85) et la TEV (r = 0,62 et 0,75) pour le blé et le soja. Étant donné l’importance de l’imagerie en PC attendue de la MCR, la présente étude fournit une méthode pour estimer la croissance des cultures à l’aide de l’imagerie radar spatiale.
Résumé
© 1980-2012 IEEE. La surveillance de la croissance des cultures à l’aide de données de radar à synthèse d’ouverture en polarimétrie compacte (SAR-PC) suscite de plus en plus d’intérêt en raison des progrès rapides vers des applications opérationnelles. Dans le présent article, nous proposons un indice de végétation pour les données SAR en polarimétrie compacte [indice de végétation radar pol-compacte (CpRVI)]. Le CpRVI est calculé à l’aide du concept de distance géodésique entre les matrices de Kennaugh projetées sur une sphère unitaire. Cette distance est utilisée pour calculer une mesure de similarité entre la matrice de Kennaugh observée et la matrice de Kennaugh d’un dépolarisant idéal (une réalisation du couvert végétal). La mesure de similarité est ensuite modulée avec une quantité mise à l’échelle dérivée du rapport de puissance de diffusion de la polarisation de même sens et de sens opposé par rapport à la polarisation circulaire transmise. Dans le présent article, nous utilisons des séries chronologiques simulées (RH-RV) de données SAR en polarimétrie compacte de la mission de la Constellation RADARSAT (MCR) obtenues à partir des observations RADARSAT-2 en polarimétrie intégrale réalisées dans le cadre de l’expérience de validation passive de l’humidité active du sol (SMAP) en 2016 (SMAPVEX16-MB) au Manitoba, au Canada, pour évaluer l’indice de végétation proposé. Parmi les diverses plantes cultivées dans cette région, nous analysons en particulier les stades de croissance du blé et du soja en raison de la structure différente de leur couvert végétal. Une analyse temporelle du CpRVI proposé avec les paramètres biophysiques des cultures [l’indice de surface des plantes (ISP) et la teneur en eau de la végétation (TEV)] à différents stades phénologiques confirme la tendance du CpRVI avec la croissance des plantes. Néanmoins, les valeurs du CpRVI varient en fonction de la densité des plantes pour les deux types de cultures. De plus, l’analyse de régression linéaire confirme que les valeurs du CpRVI présentent une corrélation significative avec l'ISP (r = 0,72 et 0,85) et la TEV (r = 0,62 et 0,75) pour le blé et le soja. Nous avons observé une bonne récupération de l'ISP et de la TEV pour le blé et le soja.