Utiliser les données satellitaires pour aider à répondre directement aux catastrophes naturelles

Les chercheurs ont développé un moyen d’utiliser les données d’imagerie satellitaire pour créer des images 3D capables de détecter rapidement les changements à la surface de la Terre, selon une nouvelle étude.

L’outil pourrait être utilisé pour détecter des catastrophes naturelles importantes dans des régions éloignées du globe peu de temps après qu’elles se produisent, donnant aux premiers intervenants des informations précises sur les besoins de la région touchée.

La constellation de satellites Planetscope, exploitée par la société de données satellitaires Planet, collecte des images hebdomadaires et parfois même quotidiennes de l’ensemble du globe. En moyenne, sa flotte de Cubesats, ou satellites miniatures, compte environ 1 700 images de chaque emplacement sur Terre. Les données qu’ils capturent ont été utilisées pour surveiller la propagation des incendies de forêt, détecter les changements dans la santé des cultures et étudier les zones de déforestation.

Ce type de couverture mondiale est sans précédent, a déclaré Rongjun Qin, co-auteur de l’étude et professeur agrégé d’ingénierie civile, environnementale et géodésique à l’Ohio State University.

« Il y a beaucoup d’avantages à avoir des satellites qui couvrent le monde très rapidement », a déclaré Qin, qui est également membre du corps professoral du Translational Data Analytics Institute de l’Ohio State. « Nous nous concentrons sur l’information de la communauté sur les changements dans nos villes, nos forêts et nos écosystèmes. »

L’étude, publiée dans le Journal SIGscience et télédétectionont découvert que les vastes ensembles de données de Planetscope pouvaient être utilisés pour créer des reconstructions 3D, ou des modèles de surface numériques, de n’importe quelle zone donnée.

« La télédétection pourrait nous aider à estimer la zone touchée par une catastrophe naturelle », a déclaré Qin. « Nous pourrions déterminer combien de personnes envoyer pour des opérations de sauvetage et observer le niveau de dégâts que ces événements créent réellement. »

Les précédentes études sur les catastrophes basées sur la télédétection ont été limitées par leur manque de données et de couverture disponibles et leur résolution, ou la fréquence à laquelle les images sont collectées ou mises à jour.

Par exemple, beaucoup de gens connaissent Google Earth, un programme informatique qui rend une représentation 3D du globe à l’aide d’images satellites et de photographies aériennes. Mais le programme populaire est l’une des raisons pour lesquelles l’équipe de Qin a voulu créer un modèle capable d’une résolution ou d’un taux de mise à jour beaucoup plus élevé.

« Certains endroits sur le site ont de très belles reconstructions 3D », a déclaré Qin. « Mais il y a beaucoup d’endroits où ces images attachées à la Terre sont déformées. »

Des images purement plates superposées sur un globe peuvent faire apparaître des objets ou des emplacements sur la carte hors d’échelle les uns par rapport aux autres et influencer négativement la précision de l’ensemble du programme.

Cependant, les reconstructions 3D de Qin, qui prennent en compte différents niveaux d’élévation et paysages, sont précises jusqu’à environ 6 mètres du sol. En termes de données de cartographie, il a déclaré que cela équivalait à atteindre « une précision d’environ un pixel ».

Et parce que les données de Planetscope sont en libre accès pour les éducateurs, d’autres scientifiques peuvent utiliser les mêmes ensembles de données que l’étude a utilisés pour créer leurs propres simulations. Selon Qin, pour une zone aussi grande que le campus de Columbus de l’État de l’Ohio (1 600 acres), il faudrait moins d’une heure pour transformer les images satellites en une reconstruction 3D précise de la région.

Mais pour mettre leur méthode à l’épreuve, l’équipe de Qin a conçu trois études de cas différentes, ou des expériences utilisant des milliers d’images Planetscope collectées entre 2016 et 2021.

Un cas test a montré qu’ils pouvaient utiliser les images satellites pour faire une reconstruction 3D d’une zone urbaine et d’une zone rurale en Espagne. Un deuxième cas de test a montré qu’ils pouvaient détecter des changements 3D au fil du temps dans une zone urbaine et boisée près d’Allentown, en Pennsylvanie.

Pour déterminer la qualité de leur modèle lors de l’évaluation post-catastrophe, une expérience a enquêté sur une zone glaciaire à Chamoli, en Inde.

L’année dernière, la zone autour de la région a connu une inondation dévastatrice qui a tué des centaines de personnes et détruit deux centrales électriques à proximité. Les progrès de la technologie satellitaire ont révélé plus tard que l’inondation avait été causée par une avalanche de roches et de glace.

Leurs résultats ont montré que leur modèle pouvait non seulement recréer la topographie modifiée qui a conduit à la catastrophe, mais rendre compte du volume des roches et de la glace dans l’avalanche. « Nous avons vérifié que le modèle de surface numérique de Planetscope peut être utilisé pour évaluer les changements de masse pour des catastrophes naturelles mondiales similaires à l’événement d’avalanche », a déclaré Qin.

Les découvertes de Qin aideront à concevoir de meilleures façons d’utiliser les données satellitaires, en particulier à mesure que le nombre de satellites et leurs diverses applications augmentent.

« Ceci est encore dans sa phase d’incubation et nécessitera encore des efforts d’ingénierie », a-t-il déclaré, « mais je pense que ce sera un gros problème dans l’industrie et pour les scientifiques intéressés par la lutte contre le changement climatique. »

Les co-auteurs de la recherche incluent Debao Hung et Yang Tang de l’État de l’Ohio.