Exploitation de l’intensité du signal LASER d’un LiDAR topographique aéroporté pour des environnements littoraux sableux

Analysis of Airborne Laser Scanning intensity in sandy coastal environments

• Auteur / Autrice : Emilie Poullain
• Direction : Franck Levoy
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Terres solides et enveloppe superficielle
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Humidité du sol

Réflexion (optique)

Littoraux

Lidar

Résumé

L’environnement littoral est un milieu particulièrement soumis aux conséquences du changement climatique. Il est donc nécessaire de surveiller son évolution régulièrement afin de le préserver. Dans cette optique, le LiDAR aéroporté est un outil performant qui présente l’intérêt de réaliser des acquisitions répétées de grande précision sur de vastes étendues. En complément des informations délivrées sur la topographie, le LiDAR permet aussi d’enregistrer l’intensité rétrodiffusée par les surfaces variées de la zone littorale. Cette information, encore peu exploitée dans la littérature, permet d’obtenir de nouvelles données caractérisant les surfaces scannées. Toutefois, elles sont fortement influencées par l’angle d’incidence variable des tirs laser depuis l’avion. Le comportement de l’intensité rétrodiffusée par les surfaces survolées en fonction de ce paramètre est étudié grâce au modèle des distributions de microfacettes. Les résultats ont montré, qu’en zone littorale, trois types de surfaces ont des comportements distincts : (i) les zones en eau réfléchissant de manière spéculaire le faisceau incident, (ii) les surfaces sableuses fortement diffuses, (iii) les zones sableuses fortement saturées en eau combinant les mécanismes spéculaire et diffus. Concernant les surfaces sableuses non saturées, les études ont montré que (i) la granulométrie, pour des sables fins à très grossiers, n’influence pas l’intensité rétrodiffusée et (ii) qu’une loi, obtenue empiriquement, a permis de relier le facteur d’humidité à l’intensité.

The coastal environment is particularly subject to the effects of the climate change. It is thus necessary to survey frequent its evolution to preserve it. In this context, the Airborne Laser Scanning (ALS) is a powerful tool that offers the possibility to survey very large areas with repeatable and regular acquisitions with a high spatial resolution. Along with the discrete topography measurements, the ALS backscattered intensity by the coastal surfaces is also acquired. This data, not fully yet studied in the litterature, provides new information characterizing the scanned surfaces. However, they are very much influenced by the variable incidence angle of the laser shots from the plane. The behavior of the intensity reflected by the surface flown according to the incidence angle is analyzed using the microfacets distribution model. The results showed that, in coastal environments, three surface types have distinct behaviors: (i) the water surfaces reflecting specularly the incident beam, (ii) highly diffuse sandy surfaces, (iii) and higly water-saturated sandy areas combining specular and diffuse mechanisms. For the unsaturated sandy surfaces, studies demonstrated that (i) the granulometry, for the fine to very coarse sand, does not influence the backscattered intensity and (ii) a empirically law allows to link the moisture factor to the intensity.