HABITAT Yangtze

Bénéficiant des derniers capteurs de télédétection, des algorithmes d’IA et d'OpenGIS, ce projet fournira des cartes à grande échelle et haute résolution spatio-temporelle sur les zones humides du bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze. En open source, elles offriront une réponse rapide aux chercheurs sur les oiseaux et sur le changement climatique, ainsi qu’aux gestionnaires de zones humides

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Oiseaux d'eau © Chen Wang

PRÉSENTATION

Les zones humides du bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze constituent l'habitat d'hivernage de divers oiseaux d'eau migrateurs, comme la cigogne orientale (Ciconia boyciana, en danger) et l'oie à front blanc (Anser albifrons). Le comportement de ces oiseaux en matière de migration et d'habitation s'est modifié progressivement mais constamment, le changement climatique étant considéré comme l'une des principales causes de cette évolution. Le mécanisme d'influence du changement climatique sur la migration des oiseaux est généralement indirect, car il modifie l'état de leurs habitats humides. La surveillance des caractéristiques des zones humides dans le bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze, l'observation de la distribution et du comportement migratoire des oiseaux, la découverte de leurs schémas spatio-temporels, l'analyse de leur corrélation avec le changement climatique et la prévision des tendances futures peuvent contribuer à la compréhension de l'impact du changement climatique sur les habitats et la migration des oiseaux d'eau, et fournir ainsi des informations précieuses pour la prise de décision concernant la gestion des zones humides et la protection des oiseaux d'eau menacés.

Étude de terrain au lac Shengjin, Chine. En haut à gauche : observation hivernale © Li, Chunlin ; en haut à droite : Cygne siffleur Cygnus columbianus © Wei, Zhen-hua ; en bas : Spatule blanche Platalea leucorodia © Wei, Zhen-hua

Au cours des 20 dernières années, grâce au laboratoire clé de protection et de restauration écologique des zones humides de l'École d'ingénierie des ressources et de l'environnement de l'Université d'Anhui la Chine a collecté des attributs environnementaux, observé les oiseaux et surveillé le bien-être des zones humides par le biais d'enquêtes sur le terrain et d'interprétations manuelles par télédétection. Cela ne permet cependant pas une compréhension claire de l'impact du changement climatique sur les zones humides car la résolution spatio-temporelle des données acquises par les méthodes précédemment mentionnées est relativement faible, et les études sur le terrain n'ont pas pu observer simultanément toutes les zones humides du bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze.

Pour pallier les limites des enquêtes sur le terrain, ce projet surveille et cartographie les zones humides des bassins moyen et inférieur du fleuve Yangtze en utilisant des séquences temporelles d'images de télédétection haute résolution multi-sources et des algorithmes de reconnaissance automatique d'objets de zones humides, de détection de changements et d'extraction d'attributs basés sur l'intelligence artificielle. L'objectif est de fournir une base de données riche en fonctionnalités, à grande échelle et à haute résolution spatio-temporelle, ainsi qu'un service de cartographie correspondant pour les zones humides des bassins moyen et inférieur du fleuve Yangtze. L’outil offrira ainsi une réponse rapide et accessible à distance aux chercheurs et aux protecteurs des oiseaux aux niveaux local, national et international, aux gestionnaires de zones humides et aux chercheurs spécialisés dans le changement climatique.

Structure globale du projet HABITAT Yangtze © Wang, Chen

Une série de modèles d'apprentissage profond et les algorithmes de cartographie automatique correspondants constituent les piliers de ce projet. Un logiciel qui intègre un modèle profond d'extraction automatique des plans d'eau et des zones humides a déjà été développé et testé au niveau national. Il peut identifier et cartographier automatiquement les plans d'eau, les types de couverture terrestre dans les zones humides, les routes et les bâtiments, extraire leurs limites et détecter les changements temporels à partir d'images de télédétection avec une très grande précision (95% pour les pixels et 98% pour les surfaces) dans plusieurs zones d'essai. Le logiciel a déjà démontré sa capacité à être étendu à une grande région et sur une plus longue période.

Détection par intelligence artificielle des masses d'eau à grande échelle menée dans le cadre d'HABITAT Yangtze © Wu, Yan-lan

Interprétation de l'occupation du sol et cartographie automatique par HABITAT Yangtze. Bleu foncé : eau profonde, bleu clair : eau peu profonde, vert : herbe, gris : vasière. © Wu, Yan-lan, Wang, Chen & Li, Chun-lin

Le projet fournira un portail web à travers lequel la carte thématique concernant les attributs des zones humides pourra être consultée librement grâce à des interfaces standard ouvertes comme OGC WMS et WFS. Puisque le partage des données se fait de manière ouverte et en ligne, le portail web de ce projet pourrait être intégré de manière transparente dans les réseaux d'observatoires mondiaux, et ainsi contribuer à la compréhension des phénomènes à l'échelle continentale, comme la migration des oiseaux, et à l'échelle mondiale, comme le changement climatique.

Site(s) d’application

Anhui Province, China, avec 3 principales régions d'enquête sur le terrain :

Shengjin Lake
Caizi Lake
Huayang Rivers & Lakes

DONNÉES

Satellite

Gaofen-2 de la Chine, 5 bandes. La bande 1 est une bande en couleur avec une résolution de 1 mètre, les bandes 2 à 5 sont des bandes multispectrales avec une résolution de 4 mètres. La période de revisite du satellite est de 5 jours. Les données seront bientôt disponibles pour les chercheurs internationaux.
Gaofen-6 de la Chine, 5 bandes. La bande 1 est une bande panchromatique avec une résolution de 2 mètres, et les bandes 2 à 5 sont des bandes multispectrales avec une résolution de 8 mètres. Les données seront bientôt disponibles pour les chercheurs internationaux.
Landsat-8 (capteur OLI) de la NASA (télédétection optique)
Sentinel-2 de l'ESA (télédétection optique)

Autres

Données de l'enquête de terrain sur les zones humides du lac Shengjin et du lac Caizi
Données de l'enquête de terrain sur la Cigogne orientale (Ciconia boyciana, en danger) et l'Oie à front blanc (Anser albifrons)
Données géographiques, sociales et économiques du bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze.

RÉSULTATS – PRODUITS FINAUX

Profiter des dernières nouveautés :

Capteurs de télédétection
Algorithmes d'IA profonde
Outils et normes SIG ouverts

Construire une plateforme de surveillance et de cartographie des habitats d'hivernage des oiseaux d'eau : Ecodata (en construction, uniquement en chinois pour le moment)

Interprétation IA à haute résolution spatio-temporelle
Cartographie automatique
Peut s'étendre à l'ensemble du bassin moyen et inférieur du fleuve Yangtze.
Affichage et service de cartes thématiques en ligne (Prototype en ligne en octobre 2021)

Les données spatio-temporelles et à grande échelle sur les zones humides obtenues grâce à HABITAT Yangtze peuvent améliorer considérablement le potentiel des modèles utilisés dans la recherche sur les zones humides. Elles nous aident à repérer de nouveaux modèles qui ne pouvaient pas être identifiés auparavant, contribuant ainsi à une meilleure compréhension de l'impact du changement climatique ainsi que d'autres facteurs influents comme les activités humaines. HABITAT Yangtze est encore à un stade de test et de prototypage. La recherche sur le changement climatique pourra obtenir un résultat préliminaire une fois que l'algorithme sera stable et que le système sera déployé.