Le site Take5 de Midi-Pyrénées - Réunion le 6 février 2013

Le CESBIO s'est bien évidemment mobilisé pour proposer plusieurs sites pour l'expérience Take5. Trois sites ont été proposés et finalement retenus : un site au Maroc, un site en Tunisie et un grand site occupant tout le Sud de la région Midi-Pyrénées, de Cahors jusqu'à la frontière Espagnole. Le site SudMiPy couvre 220*160 km², soit l'emprise de 12 images SPOT.

Les 8 images à l'ouest seront acquises simultanément, le jour 2 du cycle de 5 jours, les 4 images à l'ouest seront acquises le jour 3. Il existe une zone d'intersection qui s'étend de Cahors au Val d'Aran en passant par Montauban, Toulouse, Rieumes et Saint Girons, qui sera observée deux fois lors de chaque cycle de 5 jours, à un jour d'intervalle et sous deux angles assez différents.

Une réunion (invitation) présentant l'expérience Take5 et les activités prévues sur le site SudMiPy aura lieu le 6 février après midi au CESBIO (merci à ceux qui comptent venir de prévenir Jean-François Dejoux)

Jean-François Dejoux a réuni pour cette proposition 12 équipes scientifiques basées en Midi-Pyrénées, qui travailleront sur 7 sujets différents :

  1. Détection de nuages, corrections atmosphériques, produits composites mensuels
  2. Détection de la couverture neigeuse, observation et modélisation du dépôt et de la fonte de la neige, et lien avec le bilan hydrologique de bassins versants
  3. Développement de méthodes automatiques et robustes de classification de l'occupation des sols, permettant de traiter de grandes superficies
  4. Production de cartes d'occupation des sols.
  5. Détection et caractérisation des cultures irriguées dès leur émergence
  6. Production de cartes de rendement, biomasse et évapo-transpiration, bilans hydrologiques à l'échelle de bassins versants
  7. Détection des étendues d'eau, modélisation du signal fourni par le futur satellite SWOT, à partir de l'occupation des sols.

Par ailleurs, sur la même zone, l'INRA de Bordeaux a prévu de travailler sur la date de débourrement de différentes espèces d'arbres dans les Pyrénées, en étudiant la variation de cette date avec l'altitude.

Bien entendu, l'utilisation de ces données n'est pas limitée à ces 7 applications, et les personnes intéressées par ces données sont invitées à nous contacter, et à commencer au plus vite leurs relevés de terrain, les 4 mois de l'expérience Take5 seront vite passés.

Le Pôle Thématique Surfaces Continentales THEIA

(English Version)

Le "Pôle Thématique Surfaces Continentales" THEIA est une structure nationale inter-organismes destinée à valoriser les données satellitaires, en premier lieu au service de la recherche environnementale sur les terres émergées, et en second lieu des politiques publiques de suivi et de gestion des ressources environnementales. Son objectif est de faciliter la mesure de l’impact des pressions anthropiques et du climat sur les écosystèmes et les territoires, observer, quantifier et modéliser les cycles de l’eau et du carbone, de suivre les évolutions des sociétés et de leurs activités, notamment de leurs pratiques agricoles, et de comprendre les dynamiques de la biodiversité.

Au sein de ce Pôle Thématique, le CNES met en place un centre de production MUlti Satellite, multi-CApteurs, pour des données multi-TEmporelles (MUSCATE). Ce centre a pour but de mettre à disposition des utilisateurs des produits prêts à l'emploi issus de séries temporelles d'images acquises sur de grands territoires. La mission Sentinel-2 sera bien sûr le fer de lance de ce centre de production, mais avant le lancement de la constellation, MUSCATE a d'ores et déjà produit les données issues de l'expérience SPOT4 (Take 5). En même temps, le centre de traitement prépare aussi l'exploitation de toutes les données LANDSAT acquises au dessus de la France continentale, de 2009 à 2011.

Le centre de production MUSCATE existe déjà sous la forme d'un prototype développé au CNES avec un fort soutien de la société CAP GEMINI. Ce prototype est déjà capable de traiter les données des satellites LANDSAT, SPOT, Formosat-2, Venµs et Sentinel-2, à partir de chaînes développées au CNES pour le traitement géométrique [1], au CESBIO pour la détection des nuages [2] et pour la correction des effets atmosphériques [3]. En parallèle, le développement d'un centre de production opérationnel est en phase de spécification.

Les produits fournis par le centre MUSCATE sont les suivants :

Simulations des produits SPOT4(Take5) à partir d'images Formosat-2

  • Niveau 1C (Données ortho-rectifiées en réflectance au sommet de l’atmosphère)
  • Niveau 2A (Données ortho-rectifiées en réflectance de surface après correction atmosphérique,  avec un masque des nuages et de leurs ombres, ainsi qu'un masque des surfaces d’eau et de neige).
  • Niveau 3A (Synthèses bi-mensuelles ou mensuelles de réflectances de surface, constituées de la moyenne pondérée des réflectances de surface des pixels non nuageux obtenus au cours de la période). Pour le moment, la chaîne de Niveau 3A n'existe que pour le satellite Venµs.

Les données produites par le centre MUSCATE seront autant que possible distribuées gratuitement aux laboratoires de recherche d'une part, et aux institutions publiques françaises d'autre part. Le PTSC disposera bien sûr, dans les mois qui viennent d'un serveur de distribution des données, dont la première version est en cours de finalisation.

[1]: Baillarin, S., P. Gigord, et O. Hagolle. 2008. « Automatic Registration of Optical Images, a Stake for Future Missions: Application to Ortho-Rectification, Time Series and Mosaic Products ». In Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2008, 2:II‑1112‑II‑1115. doi:10.1109/IGARSS.2008.4779194.

[2]: Hagolle, Olivier, Mireille Huc, David Villa Pascual, et Gérard Dedieu. 2010. « A multi-temporal method for cloud detection, applied to FORMOSAT-2, VENµS, LANDSAT and SENTINEL-2 images ». Remote Sensing of Environment 114 (8) (août 16): 1747‑1755. doi:10.1016/j.rse.2010.03.002.

[3]: Hagolle, O, G Dedieu, B Mougenot, V Debaecker, B Duchemin, et A Meygret. 2008. « Correction of aerosol effects on multi-temporal images acquired with constant viewing angles: Application to Formosat-2 images ». REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 112 (4) (avril 15): 1689‑1701. doi:10.1016/j.rse.2007.08.016.

 

THEIA : A new French Data Centre dedicated to Land Surfaces

(French Version)

The THEIA Land Data Centre is a French inter-agency initiative designed to promote the use of satellite data, primarily for environmental research on land surfaces but also for public policy monitoring and for management of environmental resources. Its objective is to foster the use of remote sensing data to measure the impact of human pressure and climate on ecosystems and local areas, to observe, quantify and model water and carbon cycles, to follow the evolution of societies and of their activities, including agricultural practices, and to understand the dynamics of biodiversity.

 

Within the Land Data Centre, CNES set up a production centre named MUSCATE. This centre aims are providing users with ready-to-use products derived from time series of images acquired over large areas. Sentinel-2 will of course be the spearhead of the production centre, but before the launch of the Sentinel-2, MUSCATE will already begin to produce data from the SPOT4 (Take 5) experiment. At the same time, the processing centre also prepares the production of all Landsat data acquired over mainland France from 2009 to 2011.

 

MUSCATE production centre already exists in the form of a prototype developed by CNES with strong support from Cap Gemini. This prototype is already able to handle LANDSAT, SPOT, FORMOSAT-2, Sentinel-2 and Venμs data, using processors developed by CNES for geometric processing [1], and developed by CESBIO for cloud detection [2] and for atmospheric correction [3]. Simultaneously, the development of an operational production facility is being specified.

Products provided by the MUSCATE Centre are:

Simulations of SPOT4(Take5) products from Formosat-2 data
  • Level 1C (orthorectified reflectance at the top of the atmosphere)
  • Level 2A (ortho-rectified surface reflectance after atmospheric correction, along with a mask of clouds and their shadows, as well as a mask of water and snow).
  • Level 3A (bi-monthly or monthly composite products of surface reflectances, obtained as the weighted average surface reflectance of non-cloudy pixels obtained during the period). Up to now, Level 3A chain is only available for Venμs satellite.

The data produced by MUSCATE will be freely distributed to research laboratories on the one hand, and to the French public institutions on the other, they will be if possible distributed freely to a wider community. The Land Data Center is also building a distribution server to make all these data available.

 

Further reading about these products :

[1]: Baillarin, S., P. Gigord, et O. Hagolle. 2008. « Automatic Registration of Optical Images, a Stake for Future Missions: Application to Ortho-Rectification, Time Series and Mosaic Products ». In Geoscience and Remote Sensing Symposium, 2008, 2:II‑1112‑II‑1115. doi:10.1109/IGARSS.2008.4779194.

[2]: Hagolle, Olivier, Mireille Huc, David Villa Pascual, et Gérard Dedieu. 2010. « A multi-temporal method for cloud detection, applied to FORMOSAT-2, VENµS, LANDSAT and SENTINEL-2 images ». Remote Sensing of Environment 114 (8) (août 16): 1747‑1755. doi:10.1016/j.rse.2010.03.002.

[3]: Hagolle, O, G Dedieu, B Mougenot, V Debaecker, B Duchemin, et A Meygret. 2008. « Correction of aerosol effects on multi-temporal images acquired with constant viewing angles: Application to Formosat-2 images ». REMOTE SENSING OF ENVIRONMENT 112 (4) (avril 15): 1689‑1701. doi:10.1016/j.rse.2007.08.016.

 

Choix des sites pour SPOT4 (Take 5)

(English Version)

Choisir les sites pour l'expérience SPOT4(Take5) ne fut pas de tout repos. Le délai de choix était très court, nous sentions que la demande serait forte, nous ne voulions pas être accusés de favoritisme et de copinage (et nous n'avons même pas accepté de cadeaux (1)).

 

Nous avons procédé de deux manières différentes pour les sites destinés aux laboratoires et organismes français d'une part, et pour les sites destinés aux agences spatiales d'autre part.

 

Emprise approximative des sites observés par SPOT4(Take5) en France et en Belgique

Pour les sites français, nous avons lancé un appel à proposition de sites, avec un délai de réponse très court (de l'ordre du mois), et c'est le comité TOSCA qui a procédé à la sélection. Cet appel d'offres a connu un grand succès, puisque 20 propositions ont été reçues, avec la participation de 81 laboratoires et organismes.

 

Les sites de SPOT4 (Take 5) en Afrique

Pour les sites internationaux, nous nous sommes rapprochés des agences spatiales ou de recherche impliquées dans le programme Sentinel-2, à savoir l'ESA, le JRC, la NASA ou le CCRS. Ici, l'accusation de copinage pourrait être retenue (mais nous n'avons pas reçu de cadeaux), nous n'avions pas le temps d'émettre un appel à proposition et de constituer un jury pour le choix. Cependant, la participation de ces agences implique de leur part une contribution financière pour l'achat des images de niveau 1A au fournisseur privé : Astrium Geo (anciennement Spot Image).

 

Bien évidemment, nous souhaitons que les images acquises pour l'expérience SPOT4(Take5) soient le plus largement diffusées. Les images seront donc disponibles pour toute personne en faisant la demande, pour une utilisation non commerciale dans le cadre de la préparation à Sentinel-2. Les demandes d'accès seront à adresser au Pôle Thématique Surfaces Continentales (PTSC)

(1) Par contre, maintenant que les sites sont choisis...

Changer l'orbite d'un satellite, facile ?

(English version)

Lorsque nous avons proposé au CNES l'expérience SPOT4(Take 5), nous savions que le CNES ne l'accepterait pas facilement, puisque déjà, lors de la désorbitation de SPOT2, une expérience analogue, défendue par Gérard Dedieu, avait été refusée. Mais nous n'imaginions pas le travail que nous demandions à nos collègues du CNES. Pour démontrer la faisabilité du projet, nos collègues du CNES ont dû :

  • trouver une chef de projet qui a coordonné les études : Sylvia Sylvander
  • choisir la nouvelle orbite (Cycle de 2 à 6 jours) minimisant la consommation de carburant (au CNES, on parle d'Ergols). Il faut en effet garder suffisamment d'ergols pour réduire l'altitude du satellite, afin que celui-ci brûle dans l'atmosphère au bout d'une durée inférieure à 25 ans. L'orbite retenue fournit un cycle de 5 jours, qui conduit à une consommation de carburant très faible et fournit une répétitivité égale à celle des deux satellites Sentinel-2.
  • choisir la stratégie de changement d'orbite. La date de manœuvre optimale, le 29 janvier, correspond à la fin d'une période de pleine lune, or il est interdit de manœuvrer SPOT4, durant la pleine lune. Il ne s'agit pas de superstition, mais seulement d'un éblouissement potentiel des senseurs qui permettent de connaître l'orientation du satellite. Une analyse des dernières pleines lunes à la même période de l'année montre que la manœuvre devrait bien pouvoir être exécutée le 29 janvier, mais cela reste à confirmer. Au cas où, une stratégie de repli a été définie.
  • vérifier que le segment sol du satellite (conçu il y a plus de 15 ans) sait gérer cette nouvelle orbite. Le segment sol doit savoir à la fois programmer le satellite et ses prises de vue, gérer les enregistreurs de bord, coordonner le téléchargement des données sur la station de réception, tout en évitant de brouiller les autres satellites. Comme le satellite n'est plus sur son orbite nominale, toutes les conditions de brouillages sont à recalculer.
  • vérifier que le segment sol sait aussi inventorier et traiter les produits. Les produits sont habituellement référencés par leur numéro d'orbite, or ceux-ci ont changé...
  • tester le bon dialogue de tous les systèmes : un essai d'une semaine sur un simulateur du satellite et de son système a permis de montrer que tout devrait bien fonctionner.
  • le système habituel de programmation des prises de vues, à SpotImage, ne fonctionnera pas sur cette orbite, il faut utiliser le système de programmation du CNES, plus souple mais beaucoup moins automatisé. Il faut maintenant une heure trente pour programmer les 42 sites observés sur 5 jours.
  • trouver les personnels internes et externes (et donc les budgets), permettant de prolonger la vie de SPOT4 pendant 5 mois.
  • négocier avec SpotImage (Astrium Geo), le tarif de production des produits de Niveau 1A et le maintien d'une notation nuageuse
  • préparer le centre de production MUSCATE qui fournira les données de niveau 1C et 2A aux utilisateurs. Ce centre de production sera implémenté au sein du Pôle Thématique Surfaces Continentales (PTSC).

Un grand merci donc à Didier Roumiguières, Sylvia Sylvander, Laurence Houpert, Jean-Marc Walter, Jordane Sarda (CS-SI), Aurélie Moussy-Soffys, Frédéric Daniaud (CS-SI), Michel Moulin, Benoît Boissin,  Selma Cherchali, Françoise Schiavon, Marc Leroy, Jerôme Bijac (Astrium geo) et à toutes les personnes CNES et Astrium-Geo qui ont contribué à l'instruction de l'opération.

Changing SPOT4 orbit : easy ?

(French Version)

When we submitted the SPOT4(Take 5) experiment to CNES, we knew that CNES would not accept it easily, since a similar proposal made by Gérard Dedieu before SPOT2 de-orbitation had been rejected. But we did not imagine the amount of work we were requesting from our colleagues at CNES. To show the project feasability, our CNES colleagues had to :

  • find a project manager who coordinated the study: Sylvia Sylvander
  • choose the new orbit (2 to 6 days repeat cycle) minimizing fuel consumption : We must keep enough fuel to be able to reduce the altitude of the satellite, so that it burns in the atmosphere after a period of less than 25 years. The finally chosen orbit provides a 5 days repeat cycle, resulting in a very low fuel consumption. This orbit also provides the exact repeatability of the two satellites Sentinel-2.
  • choose the strategy change orbit. The date of optimal maneuver is January 29, but it corresponds to the end of a full moon, and it is prohibited to maneuver SPOT4 during the full moon. It is not due to superstition, but only because of a potential blinding of star sensors used to determine the orientation of the satellite. But a detailed analysis of recent full moons in the same period last year showed that the maneuver could still be executed on January 29 without any risk.
  • check that the ground segment (designed 15 years ago) can handle the new orbit. The ground segment programs the satellite and the acquisitions, manages the old tape recorders, coordinates the data download to the receiving station, while avoiding interference with other satellites. Because the satellite is no longer on its nominal orbit, all the conditions of interference are to be recalculated.
  • check that the ground segment is able to ingest and process products. The products are usually referenced by their orbit number, which will be different...
  • test the system interfaces: a one-week trial on a simulator of the spacecraft and its system showed that everything should work fine
  • the usual programming system at SpotImage will not work on this orbit, we will have to use CNES programming system, more flexible but less automated. It takes one hour and a half to program the 42 sites observed over 5 days, but someone will have to do it every 5 days.
  • find internal and external staff (and budgets) to extend the life of SPOT4 for 5 months.
  • negotiate with SpotImage (Astrium Geo), the cost of producing Level 1A products and maintaining the cloud notation
  • prepare the MUSCATE production center that will provide level 1C and 2A users. This production facility will be implemented within the Land Data Centre.

Many thanks to Didier Roumiguières, Sylvia Sylvander, Laurence Houpert, Jean-Marc Walter, Jordane Sarda (CS-SI), Aurélie Moussy-Soffys, Frédéric Daniaud (CS-SI), Michel Moulin, Benoît Boissin,  Selma Cherchali, Françoise Schiavon, Marc Leroy, Jerôme Bijac (Astrium geo) and to all CNES and Astrium-Geo people who contributed to the acceptation SPOT4(Take5) experiment.

Sentinel-2, Spot-4, Take-5

(English version)

Lors de la fin de vie de chaque satellite, le CNES fait un appel à idées pour des expériences de courte durée se déroulant avant la désorbitation du satellite. Le CESBIO a saisi l'occasion de la fin de vie du satellite SPOT4 pour proposer l'expérience Take 5, qui consiste à faire de SPOT4, pendant 4 mois, un simulateur des séries temporelles que fournira la mission Sentinel-2 de l'ESA.

 

Le morceau Take 5, écrit par Paul Desmond dans l'album Time Out de Dave Brubeck, a la particularité d'être écrit sur un rythme à 5 temps

Le premier satellite de la mission Sentinel-2 devrait être lancé d'ici deux ans, le deuxième satellite devrait le suivre 18 mois plus tard. A eux deux, ces satellites nous fourniront tous les 5 jours des images à haute résolution de toutes les terres émergées... ou des nuages qui les recouvrent. Malgré ces nuages, les utilisateurs seront assurés d'avoir  accès à des données sans nuages au moins une fois par mois. L'arrivée de ces données devrait donc provoquer une révolution dans l'utilisation des données de télédétection.

 

Pour ne pas perdre de temps à l'arrivée des Sentinel-2, il est nécessaire de nous préparer dès aujourd'hui à l'utilisation de ces données. Or, il n'existe pas, à l'heure actuelle, de données permettant de simuler parfaitement les caractéristiques de Sentinel-2 :

  • L'ESA s'est attachée à fournir des jeux de données simulant les bandes spectrales de l'instrument, mais ces données, issues de données aéroportées, ne sont pas multi-temporelles.
  • Le CNES et l’Agence Spatiale Israélienne développent le projet Venµs, dont l'objectif est de fournir des séries temporelles à haute répétitivité, mais son lancement est prévu vers la fin de l’année 2014. Les calendriers de lancement de Venµs et Sentinel-2 sont donc très proches.
  • Le CESBIO a fourni des séries temporelles d'images de FORMOSAT-2 et LANDSAT, mais dans le premier cas, les données ne couvrent que des zones de 20*20 km, alors que dans le second cas, la répétitivité des données est très inférieure à celle qu'on attend de Sentinel-2.

Après 6 mois d'études de faisabilité et de recherche de financement, le CNES vient de décider de lancer l'expérience Take 5. Le 29 janvier, l'orbite de SPOT 4 sera abaissée de 3 kilomètres pour lui donner un cycle de 5 jours, ce qui veut dire que le satellite survolera les mêmes endroits sur terre tous les 5 jours. Spot4 restera sur cette orbite jusqu'à fin mai 2013. Pendant cette période, 42 sites vont être observés tous les 5 jours, comme dans le cas de Sentinel-2. Les données seront traitées et distribuées par le PTSC, et distribuées aux utilisateurs vers la fin du mois de juin 2013 ; elles seront fournies aux deux niveaux suivants :

  • Niveau 1C (Données ortho-rectifiées en réflectance au sommet de l'atmosphère)
  • Niveau 2A (Données ortho-rectifiées en réflectance de surface après correction atmosphérique, accompagnées d'un masque des nuages et de leurs ombres, ainsi que d'un masque d'eau et de neige).
Simulations des produits SPOT4(Take5) à partir d'images Formosat-2

 

 

Sentinel-2, Spot-4, Take-5 (English)

Paul Desmond's Take 5 jazz standard was written in an unusual 5 beat rythm.

(French version)

At the end of life of each satellite, CNES issues a call for ideas for short-term experiments taking place before de-orbiting the satellite. CESBIO took the opportunity to set up the Take 5 experiment at the end of SPOT4' life : this experiment will use SPOT4 as a simulator to give us a hint of the time series that ESA's Sentinel-2 mission will provide.

 

The first Sentinel-2 satellite should be launched within the next two years, and the second satellite should follow 18 months later. Together, these satellites will provide us every fifth day with high-resolution images of all land areas... or of the clouds that cover them. Despite these clouds, users will be guaranteed access to cloud-free data at least once per month. The arrival of these data should therefore cause a revolution in the use of remote sensing data.

 

In order to avoid wasting time when Sentinel-2 is launched, it is necessary to prepare today for the use of these data. However, at present, there are no suitable data to perfectly simulate the features of Sentinel-2:

  • ESA is providing datasets simulating the spectral bands of the instrument, but these airborne data are not multi-temporal, and only cover small areas.
  • -CNES and the Israel Space Agency are developing the VENµS project, whose goal is to provide high repeatability time series, but its launch is only scheduled for late 2014.
  • CESBIO provided time series of FORMOSAT-2 images and LANDSAT, but in the first case, the data only cover areas of 20 * 20 km, whereas in the second case, the repeatability of the data is much lower than expected from Sentinel-2.

 

After 6 months of feasibility studies, CNES has just decided to launch Take 5 experiment. On January 29, the orbit will be lowered from SPOT4 by 3 kilometers to put it on a 5 day repeat cycle orbit, which means that the satellite will fly the same places on earth every 5 days. Spot4 will follow this orbit until the end of May 2013. During this period, 42 sites will be observed every 5 days, as in the case of Sentinel-2. The data will be processed and distributed by the "Pôle Thématique Surfaces Continentales" (PTSC) and distributed to users by the end of June 2013, they will be provided with the following two levels:

  • Level 1C (data orthorectified reflectance at the top of the atmosphere)
  • Level 2A (Data ortho-rectified surface reflectance after atmospheric correction, along with a mask of clouds and their shadows, as well as a mask of water and snow).