Explorer les images Sentinel-2 à l'aide de Sentinel-2 Explorer
Depuis 2015, la mission Copernicus Sentinel-2 fournit des images optiques pour un large éventail d'applications, notamment la surveillance des terres, des eaux et de l'atmosphère. Elle repose sur une constellation de deux satellites identiques, phasés à 180 degrés, volant en tandem et couvrant l'ensemble des terres et des eaux côtières de la Terre tous les cinq jours.
Chaque satellite embarque un capteur multispectral qui génère des images optiques dans le visible, le proche infrarouge et l'infrarouge court du spectre électromagnétique. Ces images couvrent 13 bandes spectrales à des résolutions de 10, 20 et 60 mètres.
Avec son capteur multispectral et sa large couverture, la mission Sentinel-2 offre non seulement une continuité avec les missions Landsat, mais les élargit également en offrant une plus grande résolution spatiale et des capacités spectrales uniques pour la surveillance de l'agriculture et de la végétation dans le monde entier.
Sentinel-2 permet des applications opérationnelles principalement pour les services terrestres, notamment la surveillance de la végétation, des sols et de la couverture hydrique, ainsi que l'observation des voies navigables intérieures et des zones côtières.
Pour vous aidez à explorer facilement ce type de données, Esri propose l'application "Sentinel-2 Explorer" que je vous propose de découvrir dans cet article sous la forme d'un tutoriel.
Introduction de Sentinel-2 Explorer
Depuis de nombreuses années, un catalogue des images Sentinel-2 multispectrales et multitemporelles corrigées atmosphériquement est disponible sur le Living Atlas ArcGIS. Proposées avec rendus visuels instantanés et indices pour la visualisation et l'analyse, elles comprennent treize bandes multispectrales à des résolutions spatiales de 10, 20 et 60 mètres. Cette couche d'images provient du catalogue de données Sentinel-2 de niveau 2A de Planetary Computer sur Azure, mis à jour quotidiennement avec les dernières images disponibles.
Pour faciliter la recherche et l'exploration de ce catalogue de données, Esri propose désormais l'application Sentinel-2 Explorer est une application ArcGIS Living Atlas qui vous permet de déverrouiller et d'explorer la richesse des informations fournies par Sentinel-2.
L'application offre des fonctionnalités intéressantes :
- Exploration visuelle d'une mosaïque globale dynamique des dernières scènes Sentinel-2 disponibles.
- Combinaisons et indices de bandes/polarisation à la volée pour la visualisation et l'analyse.
- Recherche interactive d'une scène par emplacement, capteur, heure et couverture nuageuse.
- Changement visuel au fil du temps, et comparaison de différents rendus, avec modes de balayage et d'animation.
- Analyses telles que le masquage de seuil et les profils temporels pour la végétation, l'eau, etc.
Ouvrir l'application
Sentinel-2 Explorer peut être ouvert depuis la page Applications d'ArcGIS Living Atlas, accessible via l'onglet Applications de la page d'accueil de Living Atlas. L'application peut également être ouverte directement depuis l'aperçu de Sentinel-2 Explorer. Cet aperçu fournit des informations complémentaires sur l'application et le programme Sentinel-2.
Outils essentiels
Les outils suivants sont toujours disponibles et peuvent être utilisés pour naviguer, partager, faire des captures d’écran, etc.
En haut à gauche, vous trouverez des outils pour en savoir plus sur l'application, Zoom, ainsi que les éléments suivants :
a - Zoom sur la résolution native des pixels de l’imagerie Sentinel-1.
b - Zoomez sur toute l’étendue de l’image.
c - Capturez la vue actuelle de la carte sous forme d’image.
d - Copiez un lien vers l'application actuelle. C'est un moyen pratique de sauvegarder tous les paramètres et de partager votre travail.
e - Enregistrer une nouvelle instance de Sentinel-2 Explorer dans son état actuel. Cela crée une nouvelle application web ArcGIS Online.
Explorer les scènes Sentinel-2
Mode d'affichage dynamique
L'application s'ouvre par défaut en mode "Vue dynamique". Dans ce mode, les scènes les plus récentes et les moins nuageuses de l'archive Sentinel-2 sont priorisées et fusionnées dynamiquement en une seule couche d'image mosaïquée. À mesure que vous effectuez un panoramique et un zoom, la carte continue de récupérer et de restituer dynamiquement les meilleures scènes disponibles.
L'application s'ouvre dans plusieurs emplacements intéressants, chacun utilisant un moteur de rendu différent mettant en valeur au mieux les caractéristiques spécifiques de l'image. Vous pouvez sélectionner ces emplacements et en savoir plus en suivant les étapes ci-dessous.
Étape 1 - Ouvrez Sentinel-2 Explorer. L'application ouvre un lieu intéressant grâce à un moteur de rendu spécifique, indiqué par les cartes sélectionnées (mises en surbrillance).
Étape 2 - Survolez une carte dans la section Lieux intéressants pour en savoir plus. Cliquez dessus pour zoomer sur le lieu.
Les capteurs multispectraux Sentinel-2 fonctionnent passivement en collectant la lumière solaire réfléchie par la surface terrestre. Les images sont collectées à différentes plages, ou bandes, du spectre électromagnétique. Ces bandes d'images peuvent être combinées pour créer des représentations de la Terre destinées à différentes applications.
Étape 3 - Survolez un moteur de rendu pour en savoir plus. Cliquez sur la carte pour appliquer le moteur de rendu à l'image.
Étape 4 - Cliquez n'importe où sur la carte pour obtenir plus d'informations sur les images Sentinel-2, comme la date et les coordonnées. Les autres informations présentées incluent l'indice d'humidité par différence normalisée (NDMI), l'indice de végétation par différence normalisée (NDVI) et l'indice d'eau par différence normalisée modifié (MNDWI).
Dans la section suivante, vous utiliserez les outils et les paramètres décrits ci-dessus pour en savoir plus sur un domaine spécifique.
Étape 5 - Dans la section "Lieux intéressants" , choisissez "Fucino". Survolez la carte pour en savoir plus sur la région.
Notez que lorsque Fucino est affiché, le rendu IR couleur est appliqué automatiquement. Survolez la carte IR couleur pour en savoir plus ; ce rendu affiche la végétation saine en rouge vif, tandis que la végétation stressée est rouge terne.
Étape 6 - Choisissez le moteur de rendu NDVI et visualisez l'image. Survolez la carte du moteur de rendu pour en savoir plus. Le vert foncé représente une végétation vigoureuse et le marron une végétation clairsemée.
Étape 7 - Explorez davantage en utilisant d'autres lieux et moteurs de rendu intéressants. Utilisez l'outil de recherche en haut à gauche pour trouver d'autres lieux intéressants.
Étape 8 - Utilisez l'outil "Copier le lien" décrit dans la section "Les essentiels de Sentinel-2 Explorer" pour capturer l'état actuel de votre carte pendant votre exploration. Voici quelques exemples :
Rechercher des scènes Sentinel-2
Ce mode permet de sélectionner des scènes Sentinel-2 individuelles par année, mois et jour. Dans l'exercice suivant, vous trouverez des scènes couvrant la zone proche du village d'Odeceixe, au Portugal, où plusieurs incendies de forêt se sont déclarés en 2023.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer dans la zone proche d’Odeceixe en mode dynamique.
Étape 2 - Cliquez sur "Rechercher une scène" pour passer en mode scène.
Le calendrier de sélection des scènes s'affiche, affichant les scènes Sentinel-2 disponibles. Les filtres en haut du calendrier vous permettent de trouver les scènes par date et par couverture nuageuse.
Les scènes correspondant à vos critères sont incluses dans le calendrier et celles répondant aux paramètres de date et de couverture nuageuse sont mises en évidence par un remplissage uni.
Pour en savoir plus sur une scène spécifique, passez la souris sur un carré pour afficher l'info-bulle sur la scène.
Ensuite, vous trouverez des scènes disponibles autour de l’époque des incendies de forêt de 2023.
Étape 3 - Cliquez sur la liste déroulante des dates du calendrier et sélectionnez 2023 pour trouver les scènes disponibles pour cette année.
Étape 4 - Choisissez la scène du 7 août 2023.
La scène, utilisant le moteur de rendu Natural Color, montre les énormes panaches de fumée de l'incendie de 2023 soufflant vers l'ouest
Étape 5 - Choisissez un autre moteur de rendu pour visualiser les incendies. Testez différents moteurs de rendu pour trouver celui qui offre la meilleure visualisation.
Exemples :
- Couleur naturelle : ce rendu montre la fumée des feux de forêt.
- IR à ondes courtes : ce moteur de rendu coupe à travers la fumée pour montrer les zones en combustion active.
- Rendu urbain : ce rendu montre clairement les zones en feu actif.
Exemple de rendu IR à ondes courtes lors de l'éruption du Mauna Loa le 3 décembre 2022:
Comparer différentes scènes Sentinel-2
Utilisez l'outil de balayage pour comparer les scènes
En mode Glissement , vous pouvez sélectionner deux scènes et les balayer pour comparer visuellement leurs différences. Il est courant de choisir entre des scènes de dates différentes, mais vous pouvez également balayer et comparer différents rendus de la même date, ou combiner les deux. Le balayage est un moyen simple et extrêmement puissant de détecter, d'explorer et d'analyser visuellement les différences et les similitudes entre deux images.
L'incendie de Cameron Peak s'est déclaré près de Chambers Lake, dans le Colorado, le 13 août 2020. Il a ravagé 83 000 hectares dans les forêts nationales d'Arapaho et de Roosevelt, dans les comtés de Larimer et de Jackson, ainsi que dans le Parc National des Rocheuses. Il est devenu le plus grand incendie de forêt de l'histoire du Colorado.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer en mode dynamique avec le moteur de rendu de couleurs naturelles autour de la zone de l’incendie.
Étape 2 - Cliquez sur Balayer pour passer en mode balayage de scène.
Les cases empilées gauche et droite indiquent les scènes sélectionnées pour les côtés gauche et droit du balayage.
Étape 3 - Cliquez sur Gauche et, en suivant le flux de travail de sélection de scène décrit dans la section précédente, sélectionnez la scène du 20 juillet 2020. Il s’agit de la scène Sentinel-2 avant l’incendie.
Étape 4 -Choisissez le moteur de rendu "IR à ondes courtes" pour la scène de gauche.
Étape 5 - Cliquez avec le bouton droit et, en suivant le flux de travail de sélection de scène utilisé à l’étape 3, sélectionnez la scène du 8 octobre 2020. Il s’agit d’une scène après l’incendie.
Étape 6 - Choisissez le moteur de rendu IR à ondes courtes pour la bonne scène.
Votre balayage doit être configuré comme indiqué ci-dessous :
Étape 7 - Utilisez l'outil de balayage pour comparer les deux scènes. L'image de gauche montre les conditions avant l'incendie, tandis que celle de droite montre les conditions après l'incendie. Les zones brûlées sont clairement visibles en rouge dans les scènes utilisant le moteur de rendu IR à ondes courtes .
Étape 8 - Cliquez sur l’image ci-dessous pour la comparer avec votre carte ou ouvrez Sentinel-2 Explorer avec les paramètres d’exercice des étapes ci-dessus.
Animer plusieurs scènes
En mode Animation , vous pouvez sélectionner plusieurs scènes pour créer des animations temporelles captivantes. Une fois votre collection d'images rassemblée, cliquez sur le bouton de lecture pour lancer l'animation. Pendant la lecture, vous pouvez choisir la fréquence d'images et, si vous le souhaitez, exporter votre animation au format MP4 avec la mise en page de votre choix.
À partir de septembre 2023, le fleuve Pineios, en Grèce, a été fortement touché par les inondations généralisées causées par la tempête Elias. Dans le prochain exercice, vous animerez des scènes autour du delta du Pineios.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer en mode dynamique avec le moteur de rendu "Natural Color" dans la zone englobant le delta de Pineios.
Étape 2 – Cliquez sur Animer pour passer en mode animation, puis cliquez sur "Ajouter une scène".
Étape 3 - À l'aide du calendrier de sélection de scènes , ajoutez les scènes suivantes. N'oubliez pas de cliquer sur "Ajouter une scène" pour ajouter des scènes supplémentaires.
- 21 août 2023, Couleur naturelle
- 10 septembre 2023, Couleur Naturelle
- 30 septembre 2023, Couleur Naturelle
- 5 octobre 2023, Couleur Naturelle
- 10 octobre 2023, Couleur Naturelle
- 30 octobre 2023, Couleur Naturelle
Étape 4 - Une fois terminé, cliquez sur la flèche en bas de la liste des scènes pour lire l’animation.
Étape 5 - Utilisez les commandes de lecture pour (de gauche à droite) :
- Ajustez la vitesse de l'animation.
- Capturez un lien vers l'animation.
- Téléchargez l'animation au format MP4.
- Pause/Lecture.
- Désactivez les commandes de lecture.
Astuce : après avoir ajusté la vitesse, vous pouvez mettre les animations en pause et utiliser le lien sur la barre d'outils de lecture ou la barre d'outils qui apparaît en haut à droite de l'application pour enregistrer les paramètres d'animation actuels.
Étape 6 - Cliquez sur l’image ci-dessous pour la comparer avec votre carte ou ouvrez Sentinel-2 Explorer avec les paramètres de l’exercice.
L'animation ci-dessous montre les variations saisonnières de l'irrigation des champs agricoles à pivot central dans le désert près de Tubarjal, en Arabie saoudite, tout au long de 2024. Cliquez sur l'image pour ouvrir "Sentinel-2 Explorer" avec l'animation.
Analyser vos scènes Sentinel-2
Analyser : Masque d'index
Utilisez des indices spectraux, dérivés de l'arithmétique des bandes , pour mesurer l'abondance relative d'éléments tels que l'eau, l'humidité et la végétation. En déplaçant le curseur, un masque s'affiche dynamiquement à l'écran, indiquant les zones respectant les seuils spécifiés. Vous pouvez également utiliser ce masque pour découper l'image et n'afficher que les pixels d'origine respectant les seuils spécifiés.
Dans ce prochain exercice, vous examinerez l’indice hydrique dans une région du nord du Canada.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer dans une zone du nord-ouest de la province de la Saskatchewan, en utilisant une scène capturée le 8 août 2024, affichée à l’aide du moteur de rendu Natural Color.
Étape 2 - Cliquez sur "Analyser", puis choisissez "Masque d’index" .
Étape 3 - Choisissez "Indice d’eau" dans la liste déroulante "Index".
Étape 4 -Ajustez le curseur aux valeurs souhaitées. Notez que la zone de masque calculée s'ajuste.
Étape 5 - (Facultatif) Expérimentez en utilisant les options "Découper pour masquer" et colorer.
Étape 6 - Utilisez l’outil "Copier le lien" pour capturer les paramètres actuels.
Les zones présentant l'indice hydrique le plus élevé sont mises en évidence. Cliquez sur l'image ci-dessous pour l'agrandir et la comparer à votre carte, ou ouvrez Sentinel-2 Explorer pour accéder aux paramètres enregistrés lors des étapes de l'exercice précédent.
Vous pouvez maintenant expérimenter cette fonctionnalité avec d’autres emplacements et d’autres masques d’index.
Analyser : Profil temporel
Grâce à l'outil "Profil temporel", vous pouvez détecter des tendances catégorielles au fil du temps, notamment en matière d'humidité, de végétation et d'eau. Vous pouvez également sélectionner l'intervalle de temps : annuel ou mensuel.
Lorsque vous sélectionnez "Annuel", vous pouvez spécifier le mois cible pour l'échantillonnage annuel. Cette option est idéale pour identifier les tendances à long terme. Lorsque vous sélectionnez "Mensuel", vous spécifiez l'année cible et les 12 mois de cette année seront échantillonnés. L'option mensuelle est utile pour observer les tendances saisonnières et les fluctuations tout au long de l'année.
Dans cet exercice, vous examinerez le profil temporel du bassin du lac Tulare, en Californie centrale. Cette zone a été inondée au printemps/été 2023. L'utilisation du profil temporel annuel met en évidence le pic d'inondation.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer en mode d’affichage dynamique dans la zone du bassin du lac Tulare à l’aide du moteur de rendu Agriculture.
Étape 2 - Cliquez sur "Analyser", puis choisissez "Profil temporel".
Étape 3 - À l’aide du calendrier de sélection de scène , choisissez le 21 avril 2023.
Cette scène montre clairement le lac peu profond dans la zone agricole du bassin du lac Tulare en bleu.
Étape 4 - Cliquez n’importe où dans la zone bleu foncé.
Étape 5 - Choisissez "Eau" comme tendance dans la liste déroulante. Sélectionnez "Annuel" comme intervalle de temps. Notez le pic en avril 2023.
Étape 6 - Choisissez "Végétation" comme tendance dans la liste déroulante. Sélectionnez "Annuel" comme intervalle de temps. Notez le pic inversé pour la même période en avril 2023.
Étape 7 - Expérimentez en cliquant sur d’autres zones et en passant des tendances annuelles aux tendances mensuelles.
Étape 8 - Utilisez l’outil "Copier le lien" pour capturer les paramètres actuels.
Cliquez sur l'image ci-dessous pour afficher une version plus grande à comparer à votre carte, ou ouvrez Sentinel-2 Explorer en utilisant les paramètres enregistrés à partir des étapes de l'exercice ci-dessus.
Analyser : Profil spectral
L'imagerie multispectrale fournit des mesures des différentes quantités de lumière réfléchies par différents matériaux, autrement dit de leurs réponses spectrales. En collectant des échantillons de la réponse spectrale d'un même type de matériau à la surface de la Terre, il est possible d'établir une signature spectrale pour ce matériau.
Pour utiliser l’outil Profil spectral, cliquez sur "Analyser", puis sur "Profil spectral".
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer en mode profil spectral dans une zone le long du Nil près de Gizeh, en Égypte, le 2 janvier 2025.
Étape 2 - Cliquez sur l’une des zones vert foncé au centre de la scène pour afficher le profil.
Étape 3 - Cliquez sur l’une des zones marron clair pour afficher le profil.
Étape 4 - Cliquez sur l’une des zones gris foncé pour afficher le profil.
Étape 5 - Cliquez sur le bouton "Développer" dans la fenêtre "Profil" pour afficher tous les profils.
Étape 6 - Expérimentez en cliquant sur d’autres zones ou scènes et en examinant les profils spectraux.
Analyser : Détection des changements
Dans ce mode, vous pouvez sélectionner deux scènes et calculer leur différence. Vous pouvez créer des masques de changement basés sur les indices de végétation, d'eau ou d'humidité. La création d'images de différence vous permet ensuite de réaliser des analyses plus approfondies, comme l'estimation des pertes de forêt et de végétation en cas d'incendie de forêt.
En utilisant des images similaires avant et après l'incendie de Cameron Peak dans l'exemple de balayage ci-dessus, nous pouvons calculer la différence de végétation entre les images pour créer un masque de différence.
Étape 1 - Cliquez sur le bouton ci-dessous pour ouvrir Sentinel-2 Explorer en mode détection de changement. Les deux scènes (Scène A et Scène B) ont déjà été sélectionnées pour être affichées avant et après l'incendie à l'aide du moteur de rendu IR à ondes courtes.
Étape 2 - Cliquez sur Afficher Changer la scène A – Scène B.
Étape 3 - Choisissez l’indice de végétation dans la liste déroulante Modifier, puis ajustez les sélecteurs de plage.
Notez que la zone de changement estimée s'ajuste à mesure que vous ajustez la portée, fournissant une délimitation visuelle approximative et une surface de la perte de végétation due à l'incendie.
Cliquez sur l'image ci-dessous pour afficher une version plus grande à comparer à votre carte, ou ouvrez Sentinel-2 Explorer en utilisant les paramètres enregistrés à partir des étapes de l'exercice ci-dessus.
Étape 4 - Expérimentez en choisissant d’autres scènes et dates.
Conclusion
Alimentée par l'imagerie multispectrale Sentinel-2 de niveau 2A d'ArcGIS Living Atlas et conçue avec le SDK ArcGIS Maps pour JavaScript, l'application Sentinel-2 Explorer offre une simplicité d'utilisation et un accès sans précédent à l'intégralité des archives de produits scientifiques Sentinel-2 de niveau 2A. J'espère que cet article vous aura permis de découvrir un peu le potentiel de cette application. Pour mémoire, avec un objectif similaire, Esri propose également depuis quelques années l'application Landsat Explorer.