Création d’une nouvelle approche de cartographie des cours d’eau du Québec forestier par le traitement automatisé de données massives géospatiales à haute résolution produites par lidar

1. Résumé du projet

Le Québec a lancé récemment un programme d’acquisition de données géospatiales à très haute résolution par technologie lidar couvrant tout le Québec méridional. Cette source de données permet de produire une information beaucoup plus précise et complète sur la hauteur de la canopée, la pente du terrain et la présence de chemins et de cours d’eau. Cette donnée a donc une valeur économique importante pour la gestion des ressources naturelles et les opérations forestières. Elle commence à être utilisée pour créer une cartographie des cours d’eau avec une précision et une exactitude inégalées. Cependant, les méthodes existantes, développées pour traiter des photos aériennes ne sont plus adaptées à des volumes de données de plusieurs centaines de téraoctets. Ces méthodes requièrent de découper l’espace en tuiles et d’effectuer des approximations pour calculer les cours d’eau. De ce fait, des interventions manuelles arbitraires sont toujours requises pour corriger les erreurs et raccorder les cours d’eau entre les tuiles afin de reconstituer les écoulements à l’intérieur d’un bassin versant.
Afin de traiter l’ensemble des données collectées, ces interventions manuelles doivent être limitées voire supprimées. L’automatisation du processus permettrait de garantir la qualité du résultat final et, en évitant le tuilage, de traiter des bassins versants complets sans découpage. Pour ce faire, nous suggérons une approche innovante afin de modéliser le terrain par une triangulation bâtie sur les points lidar au sol directement rendant le tuilage et l’interpolation non nécessaires et de modéliser les cours d’eau à partir des talwegs pour éviter les prétraitements sur le terrain et les raccordements manuels de cours d’eau. Pour mettre en œuvre notre approche, nous fixons deux objectifs de recherche :

• Concevoir une architecture de données géospatiales massives qui permette de traiter les points lidar et de stocker la triangulation et qui fournisse les outils nécessaires pour analyser le modèle de terrain ;
• Développer de nouveaux algorithmes de détection des cours d’eau à partir d’une triangulation qui tiennent compte des chemins dans le calcul des écoulements.

Un premier doctorant développera une architecture de données géospatiales massives qui permettra d’accéder à de très larges ensembles de points et de triangles. Il s’attachera à ce que les données et les calculs soient répartis sur plusieurs machines afin de garantir des temps de réponse à l’échelle des données.

Un deuxième doctorant concevra une structure topologique intégrant les cours d’eau et les chemins. Il s’appuiera sur le réseau de crêtes et de talwegs du terrain de façon à éviter les problèmes liés aux interruptions de flux des approches traditionnelles.

Plusieurs retombées majeures seront générées par ce projet. D’abord, les algorithmes permettront de construire plus rapidement de nouvelles cartes plus précises de l’hydrologie du Québec à haute résolution. Ensuite, pour le ministère des forêts, de la faune et des parcs et les compagnies forestières, le projet résoudra deux problèmes : le traitement des données acquises et la prise en compte des chemins et des cours d’eau pour l’accès par la machinerie aux zones de coupe et la protection des milieux aquatiques.