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| OCEA0059-2 | Remote Sensing of the Oceans, Introduction to satellite oceanography
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| Durée : | 15h Th, 15h Pr |
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| Nom du professeur : | Yves Cornet |
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Langue(s) du cours :
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| Langue anglaise |
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Organisation et évaluation :
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| Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier |
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Contenus du cours :
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| Ce cours s'adresse à un public d'étudiants dont les compétences technico-scientifiques acquises auparavant sont souvent très hétérogènes. Il aura donc pour objectif une remise à niveau sur les notions générales de traitement d'images numériques enregistrées par des capteurs satellitaires. Nous avons volontairement concentré notre formation sur ces aspects car l'océanographie satellitaire est en effet un domaine très vaste couvrant l'observation à l'aide de capteurs opérant dans les domaines du visible, de l'infra-rouge réflectif, de l'infra-rouge thermique et des micro-ondes (radar) considérés comme sondeurs ou imageurs.
Ainsi, le traitement des mesures de sondeurs atmosphériques utilisés pour modéliser le transfert radiatif à travers l'atmosphèreà fait appel à des notions pointues de physique de l'atmosphère et des aérosols. Par ailleurs, la définission d'un modèle de géoïde, référence des mesures de la hauteur des mers fait appel à des notions avancées de géodésie et de traitement de données fournies par des d'altimétrie et orbitographiques Le traitement des données acquises par les SAR, fournissant une phase et une amplitude fait appel à des notions complexes de traitement du signal. Ces aspect de l'océanographie satellitaires dépassent largement les objectifs du cours.
Dès lors, nous nous sommes limités à l'étude de données produites par les seuls capteurs imageurs opérant dans les gammes de longueur d'ondes du visible et de l'infra-rouge dans un cours introductif. Etant donné que ce cours s'adresse à des océanologues et limnologues, il sera illustré par des exemples portant spécifiquement sur les applications de ces domaines de recherche. Par ailleurs, comme les données acquises sont des données géo-localisée (géographiques - spatiales), nous en profiterons aussi pour expliquer des notions générales relevant de la cartographie numérique et mathématique et de l'analyse spatiale essentielles pour leur analyse.
Que ces images soient utilisées pour observer les terres, les lacs, les mers ou les océans, que les phénomènes étudiés soient des phénomènes physiques, biologiques ou anthropiques, et quelque soient ses dimensions et temps caractéristiques, il est indispensable d'acquérir une maîtrise théorique générale du traitement d'images. Cela fait l'objet de la partie théorique du cours. La plupart de ces notions seront mises en œuvre dans en exploitant des outils logiciels lors des séances de travaux dirigés constituant la partie pratique du cours.
Le plan général du cours est le suivant:
I. Introduction
1. Définition
2. Bref historique
3. Mouvements des satellites
4. Nature du signal
5. Quelques satellites et capteurs
II. Traitements d'images monogéniques
6. Notion d'image numérique
7. Visualisation d'images monogéniques
8. Accentuation de contraste
9. Corrections géométriques
10. Corrections radiométriques
11. Filtrage des images dans le domaine spatial
III. Traitements d'images polygéniques
12. Visualisation d'images polygéniques - compositions colorées
13. Indices et opérateurs arithmétiques
14. Transformations polygéniques
15. Classifications d'images
IV. Quelques applications (partie informative du cours)
16. Nature de l'information
17. Classification des fonds marins en eau peu profonde
18. Bathymétrie
19. Ocean Colour
20. Sea Surface et Lake Surface Water Temperature
21. Sea Surface Height
22. Etat de surface des mers
23. Détection des fronts
24. Séries temporelles et téléconnexions |
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Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) du cours :
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| * Comprendre le processus d'acquisition et la nature des informations enregistrées par les capteurs imageurs utilisées en observations des lacs, mers et océans.
* Connaître les principaux types de traitements appliqués à ces images.
* Comprendre l'intérêt et interpréter la signification des traitements appliqués à des fins océanologiques.
* Maîtriser les fonctionnalités d'outils logiciels spécifiques permettant la mise en œuvre de ces traitements.
* Etant donné la diversité du public de ce master, les exigences sur le niveau de maitrise du cours théorique ne sont pas celles que l'on peut attendre d'un concepteur qui développe des solutions originales. L'accent est plutôt mis sur les aspects pratiques. Néanmoins nous attendons un minimum de rigueur scientifique de la part des étudiants et adaptons évidemment nos attentes à la formation antérieure de chacun d'eux. |
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Prérequis et corequis / Modules de cours optionnels recommandés :
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| Le cours exploite des compétences basiques de mathématiques, statistiques, analyse spatiale, cartographie mathématique et numérique et physique. Un intérêt de la part de l'étudiant pour l'outil informatique et la programmation sont aussi intéressantes
Par ailleurs, la tournure d'esprit acquise grâce aux différents cours à caractère scientifique (mathématique, statistiques, physique, analyse spatiale ...) et techniques (méthodes numériques, programmation, cartographie, ...) des formations universitaires et même secondaires antérieures constituent aussi un atout intéressant.
Néanmoins, la diversité de profils scientifiques des étudiants généralement inscrits à ce cours nécessitera certainement une adaptation de l'enseignement et de nombreux rappels dans ces domaines qui seront effectués au tableau noir. Par ailleurs, en début de chaque séance, nous donnerons aux étudiants la possibilité de poser des questions sur la matière abordée à la séance précédente. Il est donc de la responsabilité de l'étudiant d'avoir un comportement de professionnel et de réviser son cours de semaine en semaine pour identifier d'éventuelles incompréhensions. |
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Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement :
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| Le cours théorique est de type ex cathedra. Par ailleurs, nous proposons également aux étudiants un cahier d'exercices. Il s'agit d'exemples numériques illustrant les différentes méthodes expliquées au cours théorique. Ils ont pour but de permettre à l'étudiant de comprendre les concepts du cours théorique que j'ai identifiés, au fil des années, comme étant les plus compliqués. Des solutions-types sont fournies. Ces exercices peuvent être réalisés avec des outils de calcul ou de programmation connus des étudiants (Excel, langages de programmation appris aux cours d'informatique, machines à calculer scientifiques ...).
La pratique est constituée de travaux dirigés réalisés principalement sous Idrisi. Elle illustre quasiment l'ensemble des méthodes expliquées du cours théorique. Les séances de travaux dirigés alternent avec les séances théoriques. Des exercices-types et sets de données comparables à ceux proposés lors des séances de travaux dirigés ainsi que leurs solutions sont proposés aux étudiants pour leur permettre de tester en autonomie leurs aptitudes à utiliser les logiciels avant l'examen.
Les étudiants ont accès gratuitement à la licence Idrisi et d'autres logiciels via le VPN de l'ULg. Pour obtenir l'information sur l'accès à ces logiciels, ils peuvent consulter l'adresse web suivante : http://www.gitan.ulg.ac.be/cms. Ce site fournit aussi le calendrier d'utilisation de la salle de cours informatisée du B5a/4/18 et B5a/2/35). S'ils désirent en profiter pour s'exercer, ils peuvent prendre contact avec le staff de l'Unité de Géomatique. |
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Mode d'enseignement (présentiel ; enseignement à distance) :
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| Il s'agit d'un enseignement présentiel en grande partie, mais l'installation de ressources-logiciels libres sur leur portable et l'utilisation des licences de logiciels disponibles à l'Ulg doivent leur permettre de progresser dans leur apprentissage à leur rythme et en dehors du contexte universitaire. La présence est obligatoire. Les séances ont lieu dans le local B5a/4/18 ou B5a/2/35. |
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Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours :
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| MATHER P.M., 1999. Computer Processing of Remotely-Sensed Images. 2e édition. Wiley, Chichester, 292 p.
RUSSELL G. CONGALTON & KASS GREEN, 2008. Assessing the Accuracy of Remotely Sensed Data: Principles and Practices. CRC Pres, Second Edition.
Platform of Earth Observation (BELSO) : http://eo.belspo.be/ (consulté le 14/8/2014)
Landsat 7 handbook : http://landsathandbook.gsfc.nasa.gov/ (consulté le 14/8/2014)
Landsat 8 documentation: http://landsat.usgs.gov/landsat8.php (consulté le 14/8/2014)
Landsat Science : http://landsat.gsfc.nasa.gov/?page_id=11 (consulté le 14/8/2014)
NOAA documentation: http://www.ncdc.noaa.gov/oa/pod-guide/ncdc/docs/intro.htm (consulté le 14/8/2014) |
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Modalités d'évaluation et critères :
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| Une auto-évaluation non-certificative permanente est assurée pendant les séances d'exercices par une interaction forte entre étudiants et enseignants. Par ailleurs, les étudiants disposent d'un cahier d'exercices numériques résolus pour auto-évaluer leurs compétences théoriques et d'exercices d'examen pratique types avec solution pour tester de façon non-certificative leurs compétences dans la manipulation du logiciel Idrisi pour solutionner un problème nouveau mais comparable à ceux réalisés lors de travaux dirigés.
L'évaluation certificative consistera en un examen oral portant sur la matière théorique et en la résolution d'un problème comparable à ceux réalisés lors de travaux dirigés. Chaque partie contribue pour 50% de la cote finale.
Cette procédure standard d'évaluation peut néanmoins être modifiée en accord avec les étudiants qui en seront donc tenus au courant.
Les critères d'évaluation sont les suivants : clarté, cohérence, logique, rigueur, précision, exhaustivité, concision, pertinence, transversalité (au sein du cours et entre cours), qualité des interprétations mathématiques (signification mathématique des différents coefficients des équations p. ex.), physiques (dimensions et unités, ordre de grandeur - scaling, p. ex.) et géographiques (interaction spatio-temporelle mono et multivariées et nature - type- et signification des variables p. ex.). Le sens critique vis à vis des données utilisées (qualification, nature, signification, représentativité, normalisation ...) et des choix méthodologiques (justification des choix des méthodes, des seuils adaptés, ...) sera également pris en considération lors de l'évaluation. Par ailleurs, les réponses seront aussi évaluées sur base de la qualité et l'originalité des illustrations graphiques car l'expression graphique constitue la spécificité du scientifique. Elle permet de démontrer la bonne compréhension du phénomène. Enfin, tout enrichissement d'une réponse par une culture scientifique personnelle riche constituera aussi un facteur d'évaluation de l'excellence. |
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Stage(s) :
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| Néant |
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Remarques organisationnelles :
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| Le cours se déroulera le lundi matin pendant le 1er quadrimestre. Les parties de séances théoriques alterneront avec les parties de séances de travaux dirigés. La présence aux travaux dirigés est obligatoire. |
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Contacts :
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| Yves CORNET, Chargé de Cours
Unité de Géomatique, 17 (B5a), Allée du 6 Août, 4000 Liège
Tél. 04 3665371
Mail : ycornet@ulg.ac.be
Web: http://139.165.44.35/cms/index.php |
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| Notes en ligne : |
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| Notes de cours |
| Les documents supportant le cours sont téléchargeables sur le site eCampus de l'Université de Liège. |
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