DE Africa Waterbodies : Un service de surveillance des plans d’eau
Date de modification : octobre 2024
Il s’agit d’un produit bêta, mis à disposition pour évaluation par tous les utilisateurs. L’équipe DE Africa travaille activement à la validation et à l’amélioration de ce produit.
Présentation du service
Aperçu
Le service de surveillance des plans d’eau continentaux de Digital Earth Africa identifie plus de 700 000 plans d’eau à partir de plus de trois décennies d’observations par satellite. Ce service cartographie les plans d’eau persistants et saisonniers et l’évolution de leur surface d’eau au fil du temps. Les plans d’eau cartographiés peuvent inclure, sans s’y limiter, des lacs, des étangs, des réservoirs artificiels, des zones humides et des segments de certains systèmes fluviaux.
À l’échelle locale, régionale et continentale, ce service contribue à améliorer notre compréhension de la dynamique des eaux de surface et de la disponibilité de l’eau et peut être utilisé pour surveiller les plans d’eau tels que les zones humides, les lacs et les barrages dans des endroits éloignés et/ou inaccessibles.
Spécifications
Plusieurs produits sont disponibles dans le cadre du service Plans d’eau.
Un Jupyter Notebook qui démontre le chargement et l’utilisation des produits Waterbodies dans le Sandbox est également disponible.
Tableau 1 : Produits de service pour les plans d’eau
Type de produit |
Description |
Type de données |
|---|---|---|
Étendue historique des plans d’eau |
Contours statiques des plans d’eau. Les contours cartographient les endroits où l’eau était présente dans au moins 5 % des acquisitions satellite claires depuis 1984. |
Vecteur - polygone |
Changement de la superficie des plans d’eau |
Séries chronologiques dynamiques de la surface humide, sèche et non observée en proportion de l’étendue historique de la masse d’eau. |
CSV |
Tableau 2 : Spécifications du service des plans d’eau
Nom du service |
Service des eaux de l’Afrique de l’Ouest |
Service des eaux de l’Afrique de l’Ouest |
Nom du produit |
Étendue historique des plans d’eau |
Changement de la superficie des plans d’eau |
Système de référence de coordonnées |
ESPG:4326 |
– |
Résolution temporelle |
Étendue historique unique dérivée de la gamme temporelle complète |
16 jours |
Plage temporelle |
1984 - 2022 |
1984 - présent |
Ensemble de données parent |
||
Fréquence de mise à jour |
Une fois tous les 3 à 5 ans |
Hebdomadaire |
Figure 1 : Étendue géographique du Service des plans d’eau d’Afrique de l’Est
DE Africa Waterbodies est un service continental qui comprend l’étendue historique des masses d’eau individuelles et une série chronologique de la surface de l’eau dans la masse d’eau. Ce service utilise les produits Water Observations from Space et a été généré dans les limites du masque terrestre HydroSHEDS version 1.1.
Étendue historique des plans d’eau
Tableau 3 : Descriptions des attributs de l’étendue historique des plans d’eau
Attribut |
|
|---|---|
uid |
Un identifiant unique déterminé à partir de l’emplacement du plan d’eau. L’uid de chaque polygone de plan d’eau est un geohash, qui représente les coordonnées lat/lon du centre du polygone de plan d’eau mappées dans une chaîne de caractères plus courte. Un geohash peut être reconverti en une paire lat/lon. |
wb_id |
Un identifiant alternatif qui attribue une valeur entière à chaque plan d’eau. Les plans d’eau avec des valeurs « wb_id » similaires sont situés à proximité les uns des autres. |
superficie_m2 |
La superficie du plan d’eau, mesurée en mètres carrés. |
longueur_m |
La longueur du côté le plus long du plan d’eau, mesurée en mètres. |
périm_m |
Le périmètre du plan d’eau, mesuré en mètres. |
géométrie |
La géométrie de la masse d’eau dans EPSG:4326. |
date_dernière_obs |
La date de l’observation la plus récente d’un plan d’eau à partir du produit Changement de surface |
dernière_date_d’obs_valide |
La date de l’observation valide la plus récente pour un plan d’eau à partir du produit Changement de surface |
dernière_obs_valide |
L’observation d’humidité valide la plus récente pour un plan d’eau à partir du produit Changement de surface |
date_de_mise_à_jour_de_la_dernière_attrs |
La date la plus récente à laquelle les attributs |
Remarque : - Pour qu’une observation soit valide, plus de 85 % de l’étendue historique de la masse d’eau doit avoir été observée et plus de 95 % de l’étendue historique de la masse d’eau doit avoir été clairement observée lors de l’acquisition par satellite (moins de 5 % de l’étendue historique de la masse d’eau doit avoir été classée comme « non valide » dans l’observation). - On s’attend à ce que les très grandes masses d’eau n’aient aucune observation valide car elles ne peuvent pas être capturées en un seul jour solaire.
Changement de la superficie des plans d’eau
Tableau 4 : Descriptions des attributs de changement de surface des plans d’eau
Attribut |
Description |
|---|---|
date |
La date d’acquisition de l’image satellite utilisée pour mesurer la surface humide, sèche et invalide du plan d’eau. |
surface_humide_m2 |
La superficie totale, dans l’étendue historique du plan d’eau, qui a été classée comme « humide », mesurée en mètres carrés. |
pourcentage_humide |
Pourcentage de l’étendue historique d’une masse d’eau qui a été classée comme « humide ». |
surface_sèche_m2 |
La superficie totale, dans l’étendue historique du plan d’eau, qui a été classée comme « sèche », mesurée en mètres carrés. |
pourcentage_sec |
Le pourcentage de l’étendue historique de la masse d’eau qui a été classée comme « sèche ». |
superficie_invalide_m2 |
La superficie totale, dans l’étendue historique du plan d’eau, qui a été classée comme « invalide », mesurée en mètres carrés. |
pourcentage invalide |
Pourcentage de l’étendue historique de la masse d’eau qui a été classée comme « non valide ». Une zone est classée comme « non valide » si elle n’a pas été clairement observée lors de l’acquisition satellite. |
surface_observée_m2 |
La superficie totale dans l’étendue historique de la masse d’eau qui a été observée par le satellite à la date donnée. |
pourcentage_observé |
Pourcentage de l’étendue historique de la masse d’eau observée par le satellite à la date donnée. Ce pourcentage peut être inférieur à 100 pour les grandes masses d’eau qui ne peuvent pas être capturées par une seule scène. |
Traitement
Le produit DE Africa Waterbodies Historical Extent est une vue statique basée sur des polygones du produit DE Africa Water Observations from Space All-Time Summary. L’étendue historique représente les endroits où l’eau est apparue dans au moins 5 % des observations claires depuis 1984. Il ne s’agit pas d’une capture de l’étendue réelle d’une masse d’eau au cours d’une année donnée, mais d’un enregistrement des endroits où l’eau est apparue depuis 1984.
Les polygones d’étendue historique des plans d’eau sont définis comme des ensembles contigus de pixels qui ont été classés comme humides dans au moins 5 % des observations claires depuis 1984. Pour être conservés, les polygones d’étendue historique doivent également inclure un ensemble contigu de pixels qui ont été classés comme humides dans au moins 10 % des observations claires depuis 1984. Ce critère permet de sélectionner des plans d’eau permanents et saisonniers tout en ignorant les événements d’inondation très irréguliers.
Pour chaque plan d’eau, le produit Surface Area Change fournit le pourcentage de l’étendue historique qui a été classée comme humide, sèche ou non valide, pour chaque scène Water Observation from Space Feature Layer qui a capturé le plan d’eau. Ces mesures sont également fournies sous forme de surface en mètres carrés. La catégorie non valide capture les classifications qui ne sont ni humides ni sèches (par exemple, nuage, ombre de nuage ou manquant). Les mesures de pourcentage ne sont fournies que lorsque les scènes Water Observation from Space Feature Layer capturent clairement au moins 85 % de l’étendue historique en une seule journée et que le pourcentage d’observations non valides est inférieur à 10 %, ce qui est considéré comme suffisant pour donner une mesure fiable du pourcentage de la couverture humide et sèche du plan d’eau.
Les scripts utilisés pour produire le produit DE Africa Waterbodies Historical Extent et le produit DE Africa Waterbodies Surface Area Change sont disponibles à partir du référentiel GitHub Digital Earth Africa Waterbodies.
Services connexes
Références
Krause, Claire E. ; Newey, Vanessa ; Alger, Matthew J. ; Lymburner, Leo. 2021. « Cartographie et surveillance de la dynamique multidécennale des plans d’eau ouverts d’Australie à l’aide de Landsat » Remote Sens. 13, no. 8 : 1437. https://doi.org/10.3390/rs13081437
Mueller, N., Lewis, A., Roberts, D., Ring, S., Melrose, R., Sixsmith, J., Lymburner, L., McIntyre, A., Tan, P., Curnow, S., et Ip, A. (2016). Observations de l’eau depuis l’espace : cartographie des eaux de surface à partir de 25 années d’images Landsat à travers l’Australie. Télédétection de l’environnement, 174, 341–352. https://doi.org/10.1016/j.rse.2015.11.003
Licence
Licence internationale CC BY Attribution 4.0.
Remerciements
Le flux de travail de DE Africa Waterbodies est adapté du flux de travail initialement développé par Geoscience Australia. Digital Earth Africa remercie l’équipe de développement de produits de Digital Earth Africa pour la co-conception, le co-développement et les premiers retours sur le service.
Accès aux données
Amazon Web Service S3
Les produits Digital Earth Africa Waterbodies sont accessibles à partir du bucket S3 associé.
Tableau 5 : Détails de l’accès aux données AWS
Détails AWS S3 |
|
|---|---|
ARN du compartiment |
|
Noms de produits |
« plans d’eau » |
Région |
|
La version 0.0.3 (bêta) du produit DE Africa Waterbodies Historical Extent peut être téléchargée à partir des liens ci-dessous :
Services Web OGC (OWS)
Ce produit est disponible via OWS de DE Africa.
Tableau 6 : Détails d’accès aux données OWS
Détails de l’OWS |
|
|---|---|
Nom |
« DE Africa Services » |
URL des services de cartographie Web (WMS) |
|
URL des services de fonctionnalités Web (WFS) |
|
Noms des calques |
|
Sandbox de DE Africa
Le service Waterbodies peut être chargé et analysé dans le DE Africa Sandbox en suivant l’exemple Jupyter Notebook <https://github.com/digitalearthafrica/deafrica-sandbox-notebooks/blob/main/Datasets/Waterbodies.ipynb>`__.
Pour plus d’informations sur l’utilisation du service DE Africa Water Bodies, visitez le service d’assistance de Digital Earth Africa <https://helpdesk.digitalearthafrica.org/portal/en/kb/search/waterbodies>`__.
Informations techniques
Le service des plans d’eau de DE Africa comprend deux produits principaux :
Étendue historique des plans d’eau : un ensemble de données polygonales de contours statiques de plans d’eau. Les contours cartographient les endroits où de l’eau a été observée dans au moins 5 % des acquisitions satellite claires entre 1984 et 2002.
Changement de la surface des plans d’eau : une série chronologique CSV capturant la surface humide, sèche et non valide et le pourcentage de couverture pour chaque polygone de plan d’eau individuel pour chaque scène de couche d’entités spatiales d’observations de l’eau disponible.
Étendue historique des plans d’eau
Fréquence de mise à jour
Le produit DE Africa Waterbodies Historical Extent est actuellement généré en tant que produit unique à partir du produit DE Africa Water Observations from Space All-Time Summary.
Inexactitudes et limites
Plans d’eau manquants
Plusieurs facteurs peuvent expliquer pourquoi un plan d’eau peut être absent de ce service.
Il est peut-être trop petit : l’étendue historique des plans d’eau ne cartographie que les plans d’eau de plus de 4 500 m2 (5 pixels Landsat).
Il se peut que ce ne soit pas assez humide : l’étendue historique des plans d’eau ne cartographie que les plans d’eau qui ont été observés comme humides 10 % du temps entre 1984 et 2022. Si un plan d’eau se remplit rarement, il se peut qu’il n’atteigne pas ce seuil.
Il se peut que la masse d’eau soit entourée de trop de végétation : le classificateur DE Africa Water Observations from Space, qui détermine où l’eau est observée, ne fonctionne pas bien lorsque l’eau est mélangée à la végétation. Si de la végétation masque l’eau (comme un arbre penché sur une rivière ou une zone humide), le classificateur peut ne pas la considérer comme de l’eau et la masse d’eau peut ne pas être cartographiée.
L’eau dans le plan d’eau ne ressemble pas à de l’eau : l’eau dense remplie de sédiments est souvent classée à tort comme de la terre.
Le plan d’eau peut être nouveau : les plans d’eau nouvellement construits/formés ne seront pas inclus dans ce service car ils n’auront pas été observés comme humides au moins 10 % du temps entre 1984 et 2022.
Des segments de rivière manquants
Le classificateur d’observations spatiales de l’eau en Afrique de l’Ouest, qui détermine où l’eau est observée, ne fonctionne pas bien lorsque l’eau est combinée à la végétation. Si de la végétation masque l’eau (comme un arbre penché sur une rivière), le classificateur peut ne pas considérer cela comme de l’eau et la masse d’eau peut être tronquée, même si la rivière continue sous la végétation.
De plus, le produit Water Observations from Space Feature Layers (utilisé pour produire le produit Waterbodies Historical Extent) a une résolution de pixel de 30 mètres sur 30 mètres. Un pixel ne sera classé comme eau que s’il est presque entièrement constitué d’eau. Par exemple, dans les zones où les rivières se rétrécissent ou contiennent de grands bancs de sable, le pixel inclura ces autres signatures et ne sera pas classé comme eau. Ces deux facteurs signifient que certaines rivières ne sont pas considérées comme des entités continues dans le produit Waterbodies Historical Extent.
Étendue incomplète des plans d’eau
Certains polygones de l’étendue historique des plans d’eau contiennent des trous ou sont de forme irrégulière. Cela est dû au fait que le classificateur DE Africa Water Observations from Space ne voit pas suffisamment souvent certaines parties du plan d’eau ; un pixel doit être clairement observé au moins 60 fois pour être inclus. De plus, le classificateur DE Africa Water Observations from Space qui détermine où l’eau est observée ne fonctionne pas bien lorsque l’eau est combinée à la végétation. Si de la végétation masque l’eau (comme un arbre penché sur une rivière ou une zone humide), le classificateur peut ne pas voir cela comme de l’eau et le plan d’eau cartographié résultant peut contenir des trous.
Les plans d’eau fusionnés au lieu d’être séparés
Les polygones de l’étendue historique des plans d’eau sont cartographiés à l’aide de pixels classés provenant du produit Water Observations from Space Feature Layers. Si un pixel est principalement constitué d’eau, il sera cartographié comme tel. Les petites digues ou routes entre les plans d’eau adjacents ne sépareront pas nécessairement les plans d’eau cartographiés s’ils ne sont pas suffisamment grands pour influencer la composition totale de leur pixel. Cela signifie que certains plans d’eau distincts sont cartographiés comme un seul plan d’eau dans l’étendue historique des plans d’eau.
Cartographie des zones inondées
Par conception, nous avons exclu les endroits où l’eau n’est visible que lors d’événements de crue extrêmes. Un seuil d’humidité de 10 % a été appliqué aux données, ce qui signifie que seuls les plans d’eau observés comme humides au moins 10 % du temps entre 1984 et 2022 ont été inclus. Ce seuil a été déterminé comme étant suffisamment sensible pour capturer les emplacements des plans d’eau persistants, mais pas au point de détecter trop de faux positifs comme l’irrigation par inondation, les événements de crue ou les zones détrempées dans le paysage.
Changement de la surface des plans d’eau
Fréquence de mise à jour
Le produit DE Africa Waterbodies Surface Area Change sera mis à jour chaque semaine. Une série chronologique individuelle peut ne pas être mise à jour avec de nouvelles mesures de couverture en pourcentage dans le délai prévu de 16 jours si le temps était nuageux les jours où les données pertinentes ont été acquises et traitées. Les satellites Landsat n’observent pas toute l’Afrique en même temps. Les dates des observations par satellite dépendent de la date à laquelle le satellite a observé cette masse d’eau.
Toutes les observations utilisables pour chaque plan d’eau ont été incluses dans la série chronologique des variations de la surface de l’eau pour ce plan d’eau. Des séries chronologiques courtes ou manquantes peuvent résulter d’une couverture nuageuse fréquente, d’une mauvaise classification ou d’autres problèmes de traitement. Si moins de 85 % de la totalité du plan d’eau est observée au cours d’une journée donnée, ou si plus de 10 % est invalide en raison d’une couverture nuageuse ou de données manquantes, les pourcentages humides et secs ne sont pas fournis dans la série chronologique des variations de la surface de l’eau. La couverture nuageuse entraînant des données invalides peut constituer un problème particulier dans les régions côtières.
Inexactitudes et limites
Faire face à la couverture nuageuse
Les données utilisées dans le produit DE Africa Waterbodies Surface Area Change sont masquées par les nuages. Lorsqu’une fraction significative d’une masse d’eau n’est pas observée, en raison d’une couverture nuageuse ou de données manquantes, l’estimation de la zone humide en pourcentage de la surface totale n’est pas fiable. Par conséquent, les pourcentages humides et secs ne sont pas fournis lorsque moins de 85 % de la masse d’eau totale est observée au cours d’une journée donnée.
Mesures erronées et valeurs aberrantes
Le produit DE Africa Waterbodies Surface Area Change est dérivé du produit DE Africa Water Observations from Space. Toute imprécision dans ce produit produira des mesures erronées et des valeurs aberrantes dans la série chronologique de changement de surface.
Deux exemples sont présentés dans la figure 2. À gauche, l’observation entourée en 2017 présente un pourcentage d’humidité inférieur à celui des deux observations précédentes. Cela est dû au fait qu’une partie de la masse d’eau est masquée par la couverture nuageuse, ce qui est visible sur l’image en couleurs réelles Landsat correspondante et la classification WOfS. À droite, l’observation entourée en 2019 présente un pourcentage d’humidité bien inférieur à celui des deux observations précédentes. Cela est dû au fait que l’algorithme WOfS a classé à tort une grande partie de la masse d’eau comme sèche, plutôt qu’humide, ce qui est visible sur l’image en couleurs réelles Landsat correspondante et la classification WOfS.
Les utilisateurs doivent effectuer leur propre analyse pour examiner et supprimer les mesures erronées et les valeurs aberrantes de la série chronologique en fonction de leur cas d’utilisation. Par exemple, dans la figure 2, une médiane mobile a été calculée à l’aide des trois observations précédentes, ce qui produit une tendance lissée plus robuste (mais pas complètement à l’abri) des valeurs aberrantes.
Figure 2 : Mesures erronées et valeurs aberrantes dans la série chronologique des variations de la surface des plans d’eau
Séries temporelles irrégulièrement espacées
Les satellites Landsat n’observent pas toute l’Afrique en même temps. Les dates d’observation des satellites dépendent de la date à laquelle un satellite a observé cette masse d’eau. Actuellement, le produit Water Observations from Space Feature Layers a une résolution temporelle de 16 jours.
Aucune distinction entre les sources d’eau
Ce service ne fait pas de distinction entre les sources d’eau, que l’eau provienne d’un approvisionnement en eau naturel ou artificiel.
Aucune mesure du volume de la masse d’eau
Ce service ne mesure pas le volume d’eau d’un plan d’eau. Cet outil détecte la surface mouillée d’un plan d’eau. La surface mouillée n’est pas nécessairement corrélée au volume d’eau dans un réservoir. Par exemple, un plan d’eau peut être observé comme étant mouillé avec seulement une fine couche d’eau.