Empreinte de peuplement mondial

Date de modification : 21 novembre 2023

Présentation du produit

Aperçu

Selon le Département des affaires économiques et sociales de l’ONU, la planète comptera 9,7 milliards d’habitants d’ici 2050. 55 % de la population mondiale réside actuellement dans des zones urbaines et ce chiffre devrait atteindre 68 % d’ici 2050. L’urbanisation rapide et anarchique, associée aux problèmes posés par le changement climatique, peut accroître la pollution de l’air, rendre les populations plus vulnérables aux catastrophes et entraîner des problèmes de gestion des ressources telles que l’eau, les matières premières et l’énergie (Mapping Our Human Footprint From Space, 2023).

Afin d’améliorer la compréhension des tendances actuelles de l’urbanisation mondiale, l’ESA et le Centre aérospatial allemand (DLR), en collaboration avec l’équipe de Google Earth Engine, développent conjointement l’empreinte mondiale des établissements humains – l’ensemble de données le plus complet au monde sur les établissements humains (équipe G.D., 2023).

L’empreinte mondiale de peuplement 2015 est un masque binaire d’une résolution de 10 m (0,32 seconde d’arc) décrivant l’étendue de la colonisation mondiale de 2015, dérivée de l’exploitation conjointe du radar multitemporel Sentinel-1 et de l’imagerie satellite optique Landsat-8 (Marconcini et al., 2020).

L’empreinte mondiale des établissements 2019 présente les données des missions Copernicus Sentinel-1 et Sentinel-2 et fournit des informations sur les établissements humains mondiaux avec un niveau de détail et une précision sans précédent (Marconcini et al., 2021).

L’évolution de l’empreinte des peuplements mondiaux a été produite en traitant sept millions d’images du satellite américain Landsat collectées entre 1985 et 2015 et montre la croissance annuelle des établissements humains à l’échelle mondiale (Mapping Our Human Footprint From Space, 2023).

Les données World Settlement Footprint 2015, 2019, World Settlement Footprint Evolution sont désormais indexées dans la plateforme DE Africa.

Manuel d’utilisation du produit

Empreinte de peuplement mondial

Un Jupyter Notebook pour l’ensemble de données World Settlement Footprint 2015 et 2019 et Jupyter Notebook pour l’évolution de l’empreinte mondiale des peuplements qui illustre le chargement et l’utilisation des ensembles de données dans le Sandbox sont également disponibles.

Spécifications

Couverture spatiale et temporelle

Les étendues temporelles et géographiques spécifiques du produit peuvent être explorées sous forme de carte interactive sur les métadonnées pour 2015, 2019 et Evolution.

Tableau 1 : Spécifications du produit World Settlement Footprint

Spécification
Nom du produit	fsm_2015	fsm_2019	wsf_evolution
Taille de la cellule - X	10 m	10 m	30 m
Taille de la cellule - Y	10 m	10 m	30 m
Système de référence de coordonnées	« EPSG:4326 »	« EPSG:4326 »	« EPSG:4326 »
Résolution temporelle	N / A	N / A	N / A
Plage temporelle	2015	2019	1985 - 2015
Fréquence de mise à jour	N / A	N / A	N / A

Les données sont disponibles pour la région ombrée en bleu.

Figure 1 : Étendue géographique du produit Empreinte de peuplement mondial

Mesures

Tableau 2 : Mesures du produit Empreinte de peuplement mondial

ID de la bande	Description	Unités	Type de données	Aucune donnée\(^\dagger\)
fsf_2015	Empreinte de peuplement mondiale 2015	1	uint8	0,0
fsf_2019	Empreinte de peuplement mondiale 2019	1	uint8	0,0
évolution wsfe	Evolution de l’empreinte de la colonisation mondiale	1	uint8	0,0
idcscore	Score de cohérence des données d’entrée	1	uint8	0,0

Traitement

L’empreinte mondiale des établissements humains WSF 2015 version 2 (WSF2015 v2) est un masque binaire de résolution 10 m décrivant l’étendue des établissements humains à l’échelle mondiale pour l’année 2015. Plus précisément, le WSF2015 v2 est un produit pilote généré en combinant plusieurs ensembles de données. L’empreinte mondiale des établissements humains (WSF) 2015 est dérivée à une résolution spatiale de 10 m au moyen d’images multitemporelles Landsat-8 et Sentinel-1 de 2014-2015 (dont ~217 000 et ~107 000 scènes ont été traitées, respectivement). La couche de peuplement haute résolution (HRSL) générée par l’équipe du Connectivity Lab de Facebook grâce à l’utilisation d’images satellite DigitalGlobe THR de 2016 et publiée publiquement à une résolution spatiale de 30 m pour 214 pays (Marconcini et al., 2020).

L’empreinte mondiale des établissements humains (WSF) 2019 est un masque binaire de résolution de 10 m décrivant l’étendue des établissements humains à l’échelle mondiale, dérivée au moyen d’images multitemporelles Sentinel-1 (S1) et Sentinel-2 (S2) de 2019. Sur la base de l’hypothèse selon laquelle les établissements humains présentent généralement un comportement plus stable par rapport à la plupart des classes de couverture terrestre, des statistiques temporelles sont calculées pour les indices basés sur S1 et S2. En particulier, une analyse complète a été réalisée en exploitant un certain nombre de contours de bâtiments de référence pour identifier l’ensemble de caractéristiques temporelles le plus approprié (incluant finalement 6 de S1 et 25 de S2). Des points d’entraînement pour la classe d’établissement et de non-établissement sont ensuite générés en définissant des seuils pour des caractéristiques spécifiques, qui varient en fonction des 30 types de climat du schéma bien établi de Köppen Geiger. Ensuite, une classification binaire basée sur Random Forest est appliquée et, enfin, un post-traitement dédié est effectué où des ensembles de données auxiliaires sont utilisés pour réduire davantage les erreurs d’omission et de commission. Ici, l’ensemble du processus de classification a été entièrement réalisé au sein de la plateforme Google Earth Engine. Pour évaluer la haute précision et la fiabilité du WSF2019, deux exercices de validation indépendants basés sur le crowdsourcing ont été réalisés avec le soutien de Google et Mapswipe, respectivement, où un total de 1 million d’étiquettes de référence ont été collectées sur la base de la photo-interprétation d’images optiques à très haute résolution (Marconcini et al., 2021).

Français L”empreinte mondiale de peuplement (WSF Evolution) est un ensemble de données de résolution de 30 m décrivant l’étendue mondiale du peuplement sur une base annuelle de 1985 à 2015. Sur la base de l’hypothèse selon laquelle la croissance du peuplement s’est produite au fil du temps, tous les pixels classés comme non-peuplement dans le WSF2015 (Marconcini et al., 2020) sont exclus a priori de l’analyse. Ensuite, pour chaque année cible dans le passé, toutes les scènes Landsat-5/7 disponibles acquises sur la zone d’intérêt donnée sont collectées et des statistiques temporelles clés (c’est-à-dire la moyenne temporelle, le minimum, le maximum, etc.) sont ensuite extraites pour différents indices spectraux. Parmi ceux-ci, on trouve notamment : l’indice de construction par différence normalisée (NDBI), l’indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et l’indice d’eau par différence normalisée modifié (MNDWI). Les caractéristiques temporelles se sont avérées généralement robustes si elles étaient calculées sur au moins 7 observations claires sans nuages/ombres de nuages ; en conséquence, si pour un pixel donné de l’année cible cette contrainte n’est pas satisfaite, la période de temps est élargie vers l’arrière (par pas d’un an) tant que la condition est remplie.

En partant de l’année 2015 - pour laquelle le WSF2015 est utilisé comme référence - les échantillons d’apprentissage de tassement et de non-tassement pour l’année cible donnée t sont extraits de manière itérative en appliquant un filtrage morphologique au masque de tassement dérivé pour l’année t+1, ainsi qu’en excluant les échantillons potentiellement mal étiquetés en définissant de manière adaptative le seuillage de la moyenne temporelle NDBI, MNDWI et NDVI. Enfin, une classification binaire Random Forest est effectuée.

Pour évaluer quantitativement la grande précision et la fiabilité de l’ensemble de données, une vaste campagne basée sur la photo-interprétation participative d’images historiques aériennes et satellitaires à très haute résolution a été réalisée avec le soutien de Google. En particulier, pour les années 1990, 1995, 2000, 2005, 2010 et 2015, environ 200 000 cellules de référence de taille 30x30 m réparties sur 100 sites à travers le monde ont été étiquetées, ce qui représente au total environ 1,2 million d’échantillons de validation.

Il convient de noter que la disponibilité des images Landsat-5/7 passées varie considérablement à travers le monde et au fil du temps. Indépendamment de l’approche mise en œuvre, cela peut alors entraîner une qualité inférieure du produit final lorsque peu ou pas de scènes ont été collectées. En conséquence, pour fournir aux utilisateurs une mesure appropriée et intuitive qui tient compte de la qualité de l’imagerie Landsat, nous avons conçu le score de cohérence des données d’entrée (IDC), qui va de 6 à 1 avec : 6) très bon ; 5) bon ; 4) moyen ; 3) modéré ; 2) faible ; 1) très faible. Le score IDC est disponible sur une base annuelle entre 1985 et 2015 et permet une interprétation correcte du produit d’évolution du WSF.

Les jeux de données d’évolution du WSF et de scores IDC sont organisés en 5138 fichiers GeoTIFF (projection EPSG4326), chacun faisant référence à une portion de taille de 2 x 2 degrés (~ 222 x 222 km) au sol. Les valeurs d’évolution du WSF varient entre 1985 et 2015, ce qui correspond à l’année estimée de détection des implantations, tandis que 0 correspond à l’absence de données. Une publication complète avec tous les détails techniques et les chiffres de précision est en cours de finalisation. Pour le moment, veuillez vous référer à Marconcini et al,. 2021.

Médias et exemples d’images

Figure 2 : Empreinte de peuplement mondial sur Kumasi, Ghana

Figure 3 : Empreinte de peuplement mondial sur Harare, Zimbabwe

Figure 4 : Évolution de l’empreinte de peuplement mondiale sur Mansoura, en Égypte, avec le score IDC pour l’image

Références

Cartographie de notre empreinte humaine depuis l’espace (consulté en août 2023). ESA - Cartographie de notre empreinte humaine depuis l’espace. https://www.esa.int/Applications/Observing_the_Earth/Mapping_our_human_footprint_from_space

Marconcini, M., Metz-Marconcini, A., Üreyen, S. et al. Décrire les lieux de vie des humains, l’empreinte mondiale des peuplements 2015. Sci Data 7, 242 (2020). https://doi.org/10.1038/s41597-020-00580-5

Mattia Marconcini, Annekatrin Metz-Marconcini, Thomas Esch et Noel Gorelick. Comprendre les tendances actuelles de l’urbanisation mondiale - The World Settlement Footprint Suite. GI_Forum 2021, numéro 1, 33-38 (2021) https://austriaca.at/0xc1aa5576%200x003c9b4c.pdf

G.D.Team (consulté en août 2023). Contextes cartographiques des géoservices de l’EOC. Contextes cartographiques des géoservices de l’EOC. https://geoservice.dlr.de/web/maps

Licence et Remerciements

L’empreinte de la colonie mondiale est fournie gratuitement, sans restriction d’utilisation. Pour les informations complètes sur la licence, consultez la Licence internationale Creative Commons Attribution 4.0 <https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/>.

Accès aux données

Amazon Web Service

L’empreinte de peuplement mondiale 10m 2015-2019, les produits Evolution sont disponibles dans AWS S3.

Tableau 3 : Détails d’accès aux données AWS.

Détails AWS S3
Seau ARD	arn:aws:s3:::wsf_{année}
Seau	« ensembles de données d’entrée dedeafrica »

Les produits sont hébergés sur le bucket S3 « wsf_{year} » dans les « deafrica-input-datasets » AWS.

Les chemins d’accès aux fichiers suivent le format : s3://deafrica-input-datasets/wsf_{year}/

Services Web OGC (OWS)

Les produits World Settlement Footprint 10m « wsf_2015 », « wsf_2019 », « wsf_evolution » sont disponibles via l’OWS de Digital Earth Africa.

Tableau 4 : Détails d’accès aux données OWS.

Détails de l’OWS
Nom	« DE Africa Services »
URL des services de cartographie Web (WMS)	https://ows.digitalearth.africa/wms
URL du service de couverture Web (WCS)	https://ows.digitalearth.africa/wcs
Nom de la couche	wsf_{année}

Les détails de Digital Earth Africa OWS peuvent être trouvés sur https://ows.digitalearth.africa/.

Pour obtenir des instructions sur la façon de se connecter à OWS, consultez « ce tutoriel <../web_services/index.ipynb> ».

Open Data Cube (ODC)

Le produit World Settlement Footprint est accessible via l’API ODC de Digital Earth Africa, qui est disponible via le « Digital Earth Africa Sandbox <https://sandbox.digitalearth.africa/hub/login> »__.

Nom du produit ODC : « wsf_{year} » et « wsf_evolution »

Le produit « wsf_{year} » ne possède qu’une seule bande de données spécifique qui peut être appelée en utilisant le nom par défaut, « wsf{year} », comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Les commandes ODC « Datacube.load » sans bandes spécifiées chargeront la bande « wsf_{year} ».

Tableau 5 : Noms des bandes d’empreintes mondiales des produits ODC.

Nom du groupe	Noms alternatifs	Remplir la valeur
wsf{année}	NaN	« 0,0 »
évolution wsfe	NaN	« 0,0 »