programme kalideos appel a propositions de sites...

Direction du Centre spatial de Toulouse Sous-Direction Charges Utiles Scientifiques & Imagerie Service "Analyse & Produits Image"

Ref : DCT/SI/AP/2015.0008125 Date : 28/05/2015 Page : 1/13 Version : V1.0

PROGRAMME KALIDEOS

APPEL A PROPOSITIONS DE SITES 2015

Réponse avant le 10/07/2015 à 18h00

Préparé / rédigé par Approuvé par Pour application

Sigle DCT/SI/AP DCT/SI/AP DCT/SI

Nom Sellé Arnaud Hélène De Boissezon Jean-Marc Laherrere

Visa

Ref : DCT/SI/AP/2015.0008125

Date : 28/05/2015 Version : V1.0 Page : 2/13

DCT/SI/AP/2015.0008125 Appel à Proposition de Sites Kalideos DCTSIAP 2015 0008125 V1 Signé.docx

1. INTRODUCTION

Pour favoriser le développement de méthodes visant à une plus grande utilisation des données de télédétection spatiale et le développement d’applications novatrices, le CNES a mis en place le programme Kalideos en 2000. Les sites géographiques Kalideos sélectionnés entre 2000 et 2011 contiennent un grand nombre d’images satellite issues de multiples capteurs optiques et radar, prétraitées géométriquement et radiométriquement pour être intercomparables. Ces séries temporelles spatiales permettent un suivi sur des périodes allant jusqu’à 30 ans et sont accompagnées de données exogènes telles que cartes, occupation des sols, mesures in-situ, historiques de la zone, etc. Elles sont accessibles gratuitement à tous les scientifiques qui en font la demande pour leurs activités de recherche fondamentales ou tournées vers le développement de méthodes à vocation opérationnelle. A ces sites sont associées des bases de données multi-thématiques : Adam, pour l’assimilation de données spatiales dans des modèles agronomiques ; Isle-Réunion pour l’aide à la décision en agriculture tropicale, la volcanologie, le suivi des zones coraliennes … ; Littoral axée sur les problématiques côtières et forestières autour du bassin d’Arcachon ; OSR-MiPy focalisée sur la gestion des ressources hydro-agricoles et les questions d’aménagement du territoire et enfin KAL-Haïti, créée en 2011 en réponse à un appel à projet ANR Flash Haïti à vocation de gestion globale du risque. Le contexte de Kalideos et de l’observation de la terre en France et en Europe est en forte évolution : fin de vie des deux capteurs emblématiques Spot4 et Spot5, images Pléiades apportant de nouvelles opportunités applicatives, filière institutionnelle Spot 6-7, et mise en place du pôle thématique Surfaces Continentales THEIA. Ce pôle multi-organismes a pour vocation de faciliter l’usage des images issues de l’observation de la terre, en mettant à disposition de la communauté scientifique et des politiques publiques une vaste panoplie d’images à différentes échelles. Par ailleurs, le lancement des Sentinels dans le cadre Copernicus révolutionne l’accès aux séries temporelles avec des données décamétriques gratuites et à forte répétitivité.

Pour tirer le meilleur parti de ce changement de contexte dans le domaine de l’imagerie spatiale, le CNES, au travers de cet appel à proposition,

a décidé de remettre en jeu les sites Kalideos.

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2. OBJECTIFS DE L’APPEL A PROPOSITION

Kalideos va continuer à offrir des services complémentaires aux autres initiatives institutionnelles en OT (pôle THEIA, Form@terre, etc) et les principaux objectifs de cet appel à proposition vont dans ce sens :

• Tirer parti au mieux de la complémentarité entre les nouvelles offres d’imagerie gratuite, en particulier avec les Sentinel et l’imagerie disponible via les autres canaux (imagerie optique avec ISIS/Pléiades, Spot6/7, Formosat 2, imagerie radar avec TerraSAR X, Alos-2, etc)

• Soutenir non seulement la recherche académique, mais aussi et surtout les recherches pouvant déboucher vers une offre de services dans le cadre du « secteur aval »

• Développer des collaborations entre laboratoires et sociétés de services, le cas échéant dans un cadre international, et alimenter les initiatives de type Inspace, Booster Applis, ESA-BIC visant à favoriser l’émergence de start ups et développement de services innovants.

• Favoriser le caractère multidisciplinaire des activités dans l’objectif de viser une utilisation

multithématique de l’imagerie qui sera mise à disposition.

• Favoriser les projets permettant de faire émerger des services fusionnant des données / informations spatiales et hors spatial

• Favoriser le rapprochement entre acteurs du numérique et du spatial avec comme objectif l’automatisation des traitements, avec injection d’expertise humaine.

3. PRINCIPALES MODALITES

Les sites Kalideos remis en jeu sont ADAM, ISLE_Reunion, Littoral et OSR-MiPy. Les utilisateurs actuels de ces sites sont bien entendu invités à recandidater à cet appel à projet

Le site Kalideos non remis en jeu est Kal-Haïti, créé en réponse à un appel à projet ANR avec engagement à le maintenir dans le cadre Kalideos.

A l’issue de la sélection des réponses à cet appel à proposition, cinq sites actifs au maximum seront retenus incluant Haïti.

Les données des sites existants non retenus resteront accessibles (comme le site ADAM par exemple).

Il n’y a pas de limitation au territoire français sur la localisation des zones d’intérêt pouvant être proposées.

Les réponses à l’appel à proposition pourront inclure des sujets préliminaires de R&T, Thèses, post-doc, et stages qui pourront être soumis au CNES en vue d’un co-financement pour accompagner le projet, dans des cadres de type TOSCA, R&D, etc.

Les propositions feront l’objet d’une présélection puis d’une sélection finale.

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4. CARACTERISTIQUES DES REPONSES ATTENDUES

Le CNES sollicite la communauté scientifique française, associée à des acteurs institutionnels ou industriels, afin de proposer des projets de sites Kalideos. On entend par « projet » la conjonction « site géographique + domaines thématiques abordés + groupement d’acteurs scientifiques et-ou institutionnels ». Le choix de sites d’études fédérateurs est une première étape essentielle pour garantir le succès et une durée de vie significative à la base constituée. Il s’agit donc d’une « remise en lice » de tout ou partie des 4 sites historiques. Les sites géographiques sélectionnés seront donc soit une reconduction d’un site Kalideos existant soit une création d’une nouvelle emprise géographique pour Kalideos. Il s’agira au final de sélectionner les zones d’études à plus fort potentiel pour des travaux de R&D

multidisciplinaires ayant pour vocation de développer des services à valeur ajoutée. S’il s’avérait qu’un ou plusieurs sites Kalideos actuels ne serait pas reconduit, l’ensemble des données déjà acquises resteraient néanmoins accessibles pour la communauté scientifique aux mêmes conditions. Il n’est pas imposé de thématiques d’études, d’application ou de services à valeur ajoutée dans les réponses à cet appel à propositions. Pour autant, il pourra être envisagé des thématiques :

• Tirant parti de la très haute résolution Pléiades (problématiques urbaines, aménagement etc.)

• Tirant parti de la fusion de données à haute répétitivité temporelle vs haute résolution

• Tirant parti de la fusion de données optique/radar/superspectrales Les réponses seront analysées en tenant compte notamment des critères suivants :

• Utilité et/ou caractère innovant du « projet »

• Site déjà bien instrumenté et étudié par des équipes scientifiques.

• Zone géographique permettant d’aborder plusieurs domaines thématiques

• Positionnement du projet par rapport à l’état de l’art des services à valeur ajoutée disponibles sur la/les problématique(s) développée(s).

• Démarche partenariale et interdisciplinaire.

• Durée d’activité prévisible du site (objectif la dizaine d’année).

• Applications et livrables fournis durant la durée d’activité.

• Engagements de participation à la communauté d’utilisateurs via le portail internet Kalideos sur le principe suivant : - Engagement des acteurs (scientifques et autres) à travailler sur les données satellites mises à

disposition par Kalideos - Modalités de partage des données collectées et produites par le soumissionnaire durant la période

du projet (produits résultats, mesures de terrain, etc). - Enrichissement, à minima bimensuellement, des espaces collaboratifs du portail web (description

de son profil sur le portail, participation aux groupes de discussions, dépôt des publications, participation aux colloques et autre événements scientifiques ou aval).

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5. LE PROGRAMME KALIDEOS

5.1. RAPPEL DES PRINCIPES

• Chaque base de données (BD) associée à un site Kalideos est constituée de 20 à 30 acquisitions annuelles d’imagerie commerciale (par exemple Pléiades, TerraSAR, Formosat, ALOS2 …) permettant ainsi un suivi temporel de la zone d’étude sur plusieurs années.

• Lors de la création d’un nouveau site et si les thématiques le nécessitent, un historique est constitué à partir des images en archive, en fonction du budget disponible.

• Le financement, la programmation et le suivi des acquisitions sont assurés par le CNES en fonction des besoins exprimés par les utilisateurs (lors d’une réunion annuelle et via des échanges réguliers).

• Des prétraitements permettent d’assurer une qualité optimale en termes de corrections géométriques (ortho-rectification homogène pour la série temporelle) et radiométriques (p.ex. réflectance de surface pour les images optiques).

• Les données brutes (N1A) sont également disponibles en téléchargement pour les utilisateurs qui veulent développer leurs propres algorithmes de correction.

• Les données de télédétection sont accompagnées de données exogènes telles que cartes, occupations des sols, mesures in-situ, météo, etc…

• Les données sont accessibles gratuitement à tout scientifique et autres acteurs qui en font la demande pour leurs activités de recherche, fondamentales ou tournées vers le développement de méthodes à vocation plus opérationnelle. Ces données ne sont en aucun cas disponibles pour des services commerciaux.

• Le CNES assure l’animation de la communauté utilisatrice en favorisant les échanges et discussions tout au long de la durée de l’étude et organise des Journées Utilisateurs annuelles.

• Le CNES fournit un support technique et des conseils aux utilisateurs sur l’utilisation des images satellitaires et un support pour des propositions de stages, thèses et Post Docs CNES.

• Les utilisateurs sont accompagnés dans leur projet, notamment par l’organisation de réponses groupées aux appels à projets scientifiques (i.e. TerraSAR-X, Alos 2, Spot 5 Take 5, etc.) pour faire bénéficier au groupement de la renommée du projet Kalideos.

En résumé, le programme Kalideos comprend plusieurs volets :

• le volet « Fourniture de données » ayant pour objectif l’acquisition, le traitement (corrections géométriques et radiométriques) de données satellite et le support technique à leur utilisation

• le volet « Animation thématique » dont le but est de faire vivre la communauté des utilisateurs.

• le volet « Accompagnement » en favorisant le montage de projets européens ou nationaux (ANR, FUI,…), ou la sélection des propositions de thèses et Post-Docs CNES associés à un projet Kalideos.

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5.1. CARACTERISTIQUES TECHNIQUES

5.1.1. Description des sites Kalideos à retenir

• Emprise globale : superficie de 50x50 kms recommandée (compatibilité avec Spot 5,6, 7).

• Deux sous-emprises maximum pour les imageries THR telles que Pléiades, TerraSAR-X Spotlight…

• Localisation : à choisir pour permettre au minimum deux domaines thématiques

• Produits traitables à ce jour pour créer les séries temporelles superposables (cf. § 6.1 ci-dessous pour les futurs produits) : SPOT 4, SPOT 5, Terrasar-X, Envisat ASAR, Pléiades (version préliminaire).

5.1.2. Processus de choix, programmation et accès aux images (licences)

Les programmations des acquisitions de chaque site sont coordonnées chaque année par le CNES pour répondre au mieux aux différents partenaires. De même, le CNES s’assure de la gestion des programmations, ce qui permet aux utilisateurs de se concentrer sur leurs activités de recherche. Il est à noter que certaines images ne sont pas à licence ouverte, comme les produits obtenus via ISIS ou les produits obtenus via les réponses concertées, sous l’égide CNES, aux appels d’offres « PI » d’agences spatiales (TerraSAR-X, ALOS2, Venµs, etc.). Sur ce sujet « licences », le CNES travaille actuellement à faire évoluer la licences ISIS afin de la rendre plus ouverte, et agit comme intermédiaire auprès des agences spatiales pour donner un accès maximal aux données allouées dans le cadre des projets PI proposés par Kalideos.

5.1.3. Les traitements radiométriques et géométriques

Les traitements réalisés sur les données Images s’appuient sur les outils d’agences spatiales tels que SIGMA

pour les traitements géométriques, NEST pour les traitements RADAR, etc.

Les données optiques

S’agissant des données optiques, les chaines de traitement Kalideos produisent des ortho-images de

réflectance « Top Of Atmosphere » (TOA) et « Top Of Canopy » (TOC).

Sont concernées les données SPOT 5, Formosat, Pléiades, et prochainement Landsat8, Sentinel2,

SPOT 6-7…

Les traitements de passage TOA vers TOC utilisent des données atmosphériques selon le lieu et la date de

prise de vue. Pour mémoire, THEIA fournit des données soit en TOA dans le cas général, soit en TOC pour

les acquisitions fréquentes et à angle constant (Landsat 8, Sentinel 2) avec une méthode qui n’utilise pas de

données atmosphériques externes mais la persistance statistique des scènes observées.

Prétraitements géométriques

Chaque site Kalideos s’appuie sur une Ortho-image de référence qui sert de référentiel géométrique pour

les séries temporelles. Jusqu’à présent, cette référence est constituée d’une image SPOT 5 2,50m

panchromatique ou couleur ortho-rectifiée par site. A court terme (2016), cette référence sera constituée

par un jeu d’orthoimages multi-résolution.

Les images Kalideos sont rendues superposables à cette Ortho-image de référence et sont donc par

transitivité superposables entre elles avec une précision inférieure à 0.5 pixel de l’image la mieux résolue,

condition nécessaire pour obtenir des séries temporelles de qualité.

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Les produits sont générés avec des masques d’information de qualité image et une fiche produit indiquant

notamment leurs performances géométriques.

Prétraitements radiométriques

1. Estimation des réflectances TOA :

2. Corrections atmosphériques :

• Ozone stratosphérique : Données TOMS / TOAST

• Pression atmosphérique : Données météo NCEP

• Epaisseur optique aérosols, vapeur d’eau : Données Aéronet

• Données climatologiques par défaut et par zone

• Code de transfert radiatif « 6S »

• Correction des effets d’environnement

Contribution des pixels voisins au signal TOA selon l’approche 6S (fenêtre ± 500 m)

-> dépend de l’épaisseur optique de l’atmosphère

• Correction des pentes

Les données RADAR

La chaine de traitement SAR déroule les étapes suivantes :

• Projection de la donnée sur le Géoïde

• Conversion en coordonnées cartographiques

• Registration par rapport à l’image de référence

• Conversion en dB et quantification en un entier non signé 16 bits (format GeoTIFF).

Une image est générée par type de polarisation.

Sont concernées les données ENVISAT/ASAR et TerraSAR-X, et ultérieurement : Sentinel1, ALOS2 et Cosmo

Skymed.

Produit 1A Ortho-image : réflectance TOA

Ortho-image : réflectance

Orthorectification

& Calibration

Correction atmosphère

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6. LES EVOLUTIONS 2015 DU PROGRAMME KALIDEOS

6.1. LES CHAINES DE TRAITEMENT

Les évolutions prévues début 2016 sur les chaines de traitement Kalideos concernent en particulier les points suivants :

• l’utilisation du format standard GeoTiff pour les produits satellitaires mis à disposition

• l’ortho-rectification à partir de la sélection, parmi un jeu d’images de référence, d’une image de référence la plus adaptée (i.e. date, résolution), et non plus une seule ortho—image de référence.

• la prise en compte de nouveaux capteurs optiques et radar dont les travaux commenceront au 4ème trimestre 2015 selon l’ordre de priorité suivant :

1. Pléiades (finalisation de la chaine actuelle en version préliminaire) 2. Landsat 8 3. Sentinel 2 4. Spot 6/7 5. Sentinel-1 6. Alos-2 7. CosmoSkyMed

A noter qu’en fonction des besoins exprimés par les utilisateurs Kalideos, cet ordre pourrait être modifié.

6.2. LE PORTAIL WEB

Un nouveau portail web sera mis en ligne à l’automne 2015 avec un accent porté sur les fonctionnalités communautaires, la publication par les utilisateurs et la recherche cartographique.

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6.3. LA PLATEFORME D’EXPERIMENTATION

Un nouveau service prototype va être mis en place en 2016 pour offrir aux utilisateurs une ressource de

traitements distants pour les séries de données Kalideos, afin de produire et publier les données à valeur ajoutée durant une phase probatoire. Il s’agit en effet de tester l’intérêt, la faisabilité et les retours utilisateurs sur le service prototype, dans une optique de déploiement opérationnel à terme, si les retours sont positifs. L’objectif de ce prototype de plateforme d’expérimentation est notamment :

o d’offrir un cadre structuré de traitements avec des briques de base disponibles (GDAL, OTB, python, etc.)

o de permettre aux contributeurs de se concentrer sur les niveaux avancés de données, sans se préoccuper notamment d’orthorectification ou de collecte de données sources.

o de fédérer la publication des résultats produits dans le portail Kalideos (effet « marketplace »)

o de recueillir le feedback de la communauté

o de tester la robustesse des algorithmes sur des zones géographiques et temporelles plus étendues que lors des essais « en laboratoire ».

o de se préparer, via ces traitements, à une production opérationnelle, dans le cadre du pole THEIA pour les CES produits par exemple, ou dans le cadre d’autres plateformes de diffusion.

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7. GUIDE POUR LA REPONSE

Si vous êtes intéressé par la démarche Kalideos et souhaitez y participer, nous vous invitons à participer à

la première phase (présélection) en proposant un site d’étude, des domaines thématiques cibles et un

groupement d’acteurs associés selon le formalisme décrit ci-dessous.

Les propositions découlant d’une concertation préalable entre organismes seront analysées favorablement. Nous invitons donc les divers partenaires sur une même zone géographique à interagir et à se coordonner pour établir leurs propositions. A l’issue du dépouillement un sous-ensemble de sites seront présélectionnés et nous reprendrons contact avec les équipes pour la sélection finale. Vos propositions devront être rédigées selon le plan ci-après et envoyées au plus tard le 10/07/2015 sous format Word, aux adresses [email protected] et [email protected] .

1. Description du projet (4 pages maxi)

1.1 Objectifs recherchés et caractère innovant du projet

1.2 Caractéristiques du site proposé, emprise, domaines thématiques (cf § 5.1.1)

1.3 Stratégie, planning

1.4 Applications et livrables envisagés, propriété des données, résultats attendus 2. Description des partenaires (3 pages maxi hors CV et références)

2.1 Pertinence du groupement et compétences des partenaires impliqués

2.2 Dispositif de pilotage, modalités pour faire vivre et évoluer ce consortium

2.3 Adossement à d’autres groupements, synergies attendues

2.3 Annexe avec CV et références bibliographiques des acteurs clefs 3. Bénéfices réciproques de Kalideos et du projet proposé (2 à 4 pages)

3.1 Contributions attendues de Kalideos :

o Imagerie satellite nécessaire pour la 1ère année de réalisation du projet o Opportunités de réponses à A.O. scientifique o Utilisation de la plateforme d’expérimentation o Prévision (résumé succinct) de Thèses ou Post-Doc à soumettre au processus de sélection

de thèses co-financées par le CNES o Prévision (résumé succinct) de R&T à soumettre au processus de sélection du CNES

3.2 Contributions du projet pour Kalideos :

o Engagements de participation régulière au portail o Publication de documents et de données partagées (type de données, nombre de

contributions)

3.3 Autres ressources externes et internes au groupement sur la durée du projet

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8. ANNEXE : FICHE D’IDENTITE DES 5 SITES KALIDEOS EXISTANTS

Site ADAM

Créée en 2000

Zone Région de Fundulea (Roumanie)

Thèmes Agriculture (modélisation agrométéorologique pour la culture du blé

Plage temporelle 2000-2003

Produits 63 SPOT + 4 ERS + 6 Radarsat

Utilisateurs 163

Acteurs Scientifiques INRA Avignon, UCL, BRGM, LISTIC, ICPA en Roumanie, Télécom ParisTech

Acteurs institutionnels Romanian Space Agency, Romanian National Meteorological Administration

Site Isle-Réunion

Créée en 2001

Thèmes Agriculture (aide à la décision pour la culture de la canne à sucre)

Environnement (suivi de l'environnement côtier et des récifs coralliens)

Aménagement du territoire (mode d'occupation des sols, mitage,

consommation de l'espace)

Gestion des risques (volcanologie, érosion, feux de forêts, glissements de

terrain)


Produits 277 SPOT + 88 FORMOSAT + 172 TerraSAR-X

Utilisateurs 218

Acteurs Scientifiques IRD, CIRAD, IRSTEA, Université de la Réunion, BRGM, IPGP, OPGC, Sertit

Acteurs institutionnels Conseil Régional de la Réunion, Observatoire Marin de la Réunion

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Site Littoral (Région du Bassin d'Arcachon)

Créée en 2006

Thèmes Environnement (suivi des zones côtières, extraction de paramètres forestiers,

cartographie d'indicateurs du suivi du littoral et de la qualité de l'eau)

Gestion des risques (évolution du trait de côte, feux de forêts, dégâts de

tempêtes)


Produits 211 SPOT + 22 Formosat + 32 TerraSAR-X + 11 ERS + 16 Envisat

Utilisateurs 221

Acteurs Scientifiques EPOC, GEOTransfert, INRA, ENSEGID, BRGM, Telecom Bretagne, Ifremer,

CNRS, Enitab

Acteurs privés Acri ST, Telespazio

Site OSR MiPy (Région sud-ouest de Toulouse)

Créée en 2010

Thèmes Agriculture (cartographie et suivi des cultures, modélisation biophysique et

agro-météorologique)

Environnement (gestion des territoires, évolution des paysages, gestion des

ressources en eau, estimation des flux de carbone, cartographie des espèces

arborées)

Aménagement du territoire (cartographie de la TrameVerte et Bleue)


Produits 167 SPOT + 140 Formosat + 59 TerraSAR-X

Utilisateurs 173

Acteurs Scientifiques Cesbio, ENSAT, INRA, EI Purpan, LISST CIEU, GEODE, Observatoire Spatial

Régional

Acteurs institutionnels Cerema, DREAL Midi Pyrénées

Ref : DCT/SI/AP/2015.0008125



Base ANR KAL-Haïti

Créée en 2010

Zone Haïti

Thèmes Gestion globale du risque, reconstruction durable


Produits 75 Spot 4/5 (P, XS, PXS) + 32 Pléiades (P, MS, PMS) + 23 Alos1 + 1 mosaïque Spot 5 + 2 MNS Pléiades + 1 MNT HRS + THR US

Utilisateurs 40

Acteurs Scientifiques IPGP, Télécom ParisTech , CMLA- ENS Cachan, INRIA, iCube, BRGM, IGN Espace, Université de Technologie de Troyes , Cerema Méditerranée (…)

Acteurs institutionnels Haïti : Université Quisqueya, Campus de Limonade UEH, Université d’Etat Haïti, Faculté d’Agronomie et de Médecine, Faculté des Sciences Économiques, Centre National Information GéoSpatiale , Comité Interministériel d'Aménagement du Territoire, Bureau des Mines et de l’Energie (…)

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