Classification par arbre individuel au service de l'inventaire forestier

Au Canada, la majorité des inventaires forestiers sont encore dressés au moyen de l’interprétation d’images appuyées de relevés effectués sur le terrain, un procédé fastidieux et coûteux. Des améliorations de l’exactitude, de la rapidité et de la rentabilité de la production de données forestières sont plus que nécessaires, que ce soit à l’échelle locale, nationale ou mondiale.

Avec l’avènement de capteurs satellitaires et aériens à grande résolution, et grâce à des techniques plus perfectionnées d’analyse d'images par ordinateur, les chercheurs du Centre de foresterie du Pacifique du Service canadien des forêts ont travaillé à la mise au point d’une approche différente. Au lieu de délimiter de grands ensembles tels que les peuplements forestiers pour ensuite en évaluer le contenu, nos scientifiques ont préconisé qu’il serait plus utile de laisser les ordinateurs délimiter la cime de chaque arbre, d'en déterminer l’espèce, puis de regrouper les arbres en peuplements forestiers.

Les chercheurs ont mis au point la Suite ITC (Individual Tree Crown : cime de chaque arbre), constituée d’environ 35 programmes informatiques qui concrétisent cette approche. Le système est essentiellement automatique, nécessitant une contribution humaine, principalement pour qu’on fournisse des parcelles d’échantillonnage (ou des arbres individuels) avec lesquels on « entraine » l’ordinateur à reconnaître les espèces, et surtout, pour qu’on contrôle la qualité des résultats.

Inventaire forestier ITC d’une partie de la Forêt expérimentale de Petawawa, en Ontario.

Figure 1. Inventaire forestier ITC d’une partie de la Forêt expérimentale de Petawawa, en Ontario.

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Pour que l’ordinateur puisse reconnaître plus d’une douzaine d’espèces d’arbres sur la zone d’inventaire, on commence par masquer les zones non forestières. Ensuite, l’ordinateur délimite individuellement la cime de chaque arbre, en détermine l’espèce, puis regroupe les arbres en peuplements forestiers typiques (figure 1). Une composition en espèces précise et plusieurs autres paramètres forestiers sont générés pour chaque peuplement dans un format compatible avec les systèmes d’information géographique (figure 2).

Information ITC obtenue sur les peuplements forestiers telle qu’elle est typiquement transférée aux systèmes d’information géographique.

Figure 2. Information ITC obtenue sur les peuplements forestiers telle qu’elle est typiquement transférée aux systèmes d’information géographique.

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Au moyen de données aériennes LiDAR (Light Detection and Ranging : détection et télémétrie par ondes lumineuses) ou d'une autocorrélation d’images stéréoscopiques, on produit un modèle numérique de la hauteur du couvert forestier qui servira à évaluer la hauteur des peuplements forestiers ou la hauteur individuelle des arbres. On pourra alors calculer les volumes de bois selon la méthode habituelle, vu que l’on possédera des compositions en espèces plus précises; ou, pour chaque peuplement ou pour chaque arbre, en fonction de l’espèce, de la superficie des cimes et de la hauteur des arbres.

La Suite ITC en action

La Suite ITC est déjà utilisée par des entreprises canadiennes d’experts-conseils en foresterie, certains gouvernements provinciaux, ainsi que par des groupes de chercheurs partout dans le monde.

Entre autres, la Suite ITC est actuellement mise à l’essai en Ontario dans le cadre du projet TAIRF (Technologies avancées d’inventaire de ressources forestières), codirigé par le Centre canadien sur la fibre de bois de Ressources naturelles Canada et le ministère des Richesse naturelles de l’Ontario, avec la collaboration de Tembec Inc., le Partenariat pour la recherche forestière de l’Ontario et l’Université Queen.

Ce vaste projet de démonstration et de transfert de technologie utilise la Suite ITC pour analyser certaines parties des 1,3 million d’hectares de la forêt Hearst. Un autre but de ce projet conjoint est d’utiliser la technologie ITC pour la production d’un inventaire forestier complet de la Forêt expérimentale de Petawawa du Service canadien des forêts.

Les images satellitaires à haute résolution actuelles peuvent aussi servir à l’analyse des forêts par la méthode ITC. Le volume et la biomasse ont déjà été estimés grâce à cette approche dans certaines régions nordiques du Canada pour la réalisation de l’Inventaire forestier national. D’autres études ont révélé que la composition en espèces établie à partir d’images satellitaires était comparable à celle établie à partir d’images aériennes multispectrales de la même région.

Dans le cadre du Projet TAIRF (et d’autres projets du Service canadien des forêts et du Centre canadien sur la fibre de bois), on essaie actuellement d’évaluer le volume, la biomasse et la qualité des fibres à partir d’une combinaison de données LiDAR et multispectrales.

La Suite ITC a par ailleurs servi à toute une gamme d’inventaires spécialisés portant par exemple sur une espèce en particulier, sur les chicots, sur les dommages et d’autres questions phytosanitaires ou sur les ouvertures du couvert. La Suite comporte enfin des modules spécialisés permettant d’évaluer la régénération.

Pour l’instant, les données ITC doivent être regroupées à l’échelle des peuplements forestiers, mais il sera bientôt possible de recueillir l’information sur chaque arbre et de l’utiliser directement pour l’aménagement des forêts et la planification de leur exploitation. L’utilisation d’images satellitaires ou aériennes de haute résolution permet maintenant de dresser des inventaires forestiers précis, exacts et rapides grâce à la méthode semi-automatique fondée sur les cimes d’arbres individuels. Bientôt, cette technologie remplacera le processus coûteux utilisé aujourd’hui.

Personne-ressource du Service canadien des forêts

François Gougeon, Chercheur, télédétection numérique

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