SEGMENT - Sol et non-sol
Segmentation automatique du sol sur la base d'images aériennes. Administrations bénéficiaires : Canton de Fribourg, Canton de Vaud et Canton de Bâle-Ville.
Contexte
Les sols pollués présentent divers risques pour la santé. En particulier, la pollution par le plomb, le mercure et les hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP) mobilisent actuellement l'Office fédéral de l'environnement (OFEV). Pour la prévention et la gestion des déplacements de terre lors des travaux de construction, il est donc nécessaire de connaître précisément l'emplacement des sols potentiellement pollués.
Les cartes actuelles, qui indiquent la nature du sol, se limitent souvent au niveau de précision des parcelles et sont donc imprécises à proximité des maisons (un terrain comprend souvent une maison et un jardin), alors qu'il s'agit d'un endroit critique.
Ce projet vise à créer une carte à haute résolution sur laquelle sont indiqués les sols potentiellement pollués, c'est-à-dire non imperméabilisés, comme les champs, les pelouses ou les sols argileux. La résolution spatiale visée est de 1m. La classification des sols s'appuie sur une méthode automatique de segmentation d’images appliquées à des images aériennes multicanaux (R, G, B).
En créant cette carte, il s'agit de :
- réduire le temps passé par les services publics à identifier manuellement les surfaces de pleine terre à partir d'orthophotos ;
- améliorer les inventaires cantonaux des sols potentiellement pollués ;
- élaborer et tester une méthodologie qui pourra être utilisée par d'autres administrations.
Le projet a été mené en collaboration avec le Canton de Fribourg.
Méthodologie
Une première étape a été d’établir une vérité terrain constituée d’images segmentées manuellement par les experts du sol pour les classes représentatives du territoire fribourgeois.
Cela a permis une évaluation quantitative des modèles d'apprentissage profond dédiés à des tâches de prédiction de couverture du sol actuellement développés par l'Institut National de l'Information Géographique et Forestière (IGN), la Haute Ecole d'Ingénierie et de Gestion du Canton de Vaud (HEIG-VD), et l'Office Fédéral de la Statistique (OFS).
Par la suite, le modèle développé par l'HEIG-VD, qui a montré des résultats particulièrement prometteurs dans les zones urbaines, a été entraîné avec une partie de la vérité terrain ; le reste a été conservé pour l'évaluation des résultats. Cette étape a permis d’optimiser les performances du modèle pour le cas d'utilisation présent et les données spécifiques au projet : imagerie à plus haute résolution, différentes apparences de végétation dues aux différences saisonnières, et un schéma de classification customisé.
Résultats
Avec le modèle optimisé, les classes de sols peuvent être inférées sur n’importe quelle tuile de swissimage, comme dans l’exemple ci-après.
Suite aux résultats satisfaisants de l’algorithme après optimisation avec la vérité terrain fribourgeoise, les bénéficiaires ont été intéressés à l’enrichir avec des exemples supplémentaires afin d’améliorer davantage la performance du modèle.
De plus, le canton de Vaud a rejoint le projet, étant intéressé à explorer la possibilité d’un monitoring des sols entre deux acquisitions successives de SWISSIMAGE 10 cm. Pour cette application, de nouveaux défis devront être relevés consistant notamment à différencier les changements réels de ceux dus à des erreurs de prédiction du modèle.
Pour ce faire, il est tout d’abord question d’entraîner le modèle sur la vérité terrain constituée par le canton de Vaud sur des images SWISSIMAGE 10 cm prises en été. Puis, dans le post-traitement, il s’agira d’utiliser des informations comme le score de confiance du modèle, les types de changements de classes et des critères géométriques pour obtenir un produit renseignant sur les changements effectifs du sol.
Ressources documentées
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Le Swiss Territorial Data Lab (STDL), lancé en 2020 dans le cadre de la stratégie suisse pour la géoinformation (SGS), a fait partie du champ d'action n°5 « Promotion de l’innovation ». Ce laboratoire a offert aux administrations publiques un véritable espace d'expérimentation, où elles pouvaient tester de nouvelles approches pour répondre à leurs défis concrets. Le STDL a favorisé un travail collaboratif entre experts techniques et métier, afin de co-créer des solutions efficaces et adaptées.
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