Satellite imagery for the urban air quality
Télédétection pour la qualité de l'air en milieu urbain
Résumé
Air quality in urban environment is one of the major concerns of the authorities responsible of cities. Decision-makers need tools allowing the air quality surveillance. Currently, it is impossible to precisely know the spatial distribution of the atmospheric pollutants. Organizations in charge of the air quality stress that there is a need of means to refine this knowledge. Satellite imagery is one of these means; therefore we undertook Ph.D. works in order to bring useful information to practitioners. The analysis of synthetic aperture radar images (SAR), of Nantes city and its suburbs, allows us to determine factors influencing the urban perception in SAR images. From this analysis was derived the idea to map the aerodynamic roughness over the whole city. This parameter, characterizing the local morphology, is necessary to model the dispersion of the pollutants above cities. To do that mapping, we have used the radar imagery alone or used conjointly with the optical imagery. We have undertaken another study focussed on obtaining an innovative method, making use of optical data in the thermal infrared band, in order to map the spatial distribution of the concentration field of suspended particles (black smoke). Factors affecting interactions between pollutants and other spectral bands, visible and infrared, have also been studied. Being concerned about operational methods, with both the radar or optical imagery, the results of the innovating methods are compared to those obtained with conventional ones.
La qualité de l'air en milieu urbain fait désormais partie des préoccupations des autorités responsables des grandes agglomérations. Les décideurs ont besoin d'outils permettant la surveillance de la pollution atmosphérique. Actuellement, il est impossible de connaître précisément la distribution spatiale des polluants. Les associations en charge de la qualité de l'air sont donc très intéressées par tous les moyens susceptibles d'affiner cette connaissance. La télédétection est un de ces moyens, aussi nous nous sommes attachés, au cours de cette thèse, à apporter des éléments de réponse utiles aux praticiens. L'analyse d'images-radar à synthèse d'ouverture (RSO), de l'agglomération nantaise, nous a permis de définir les facteurs influençant la perception de l'environnement urbain dans les images-radar. De cette analyse a découlé une étude pour cartographier la rugosité aérodynamique sur toute la ville. Ce paramètre, caractérisant la morphologie locale, est nécessaire à la modélisation de la dispersion des polluants au-dessus des villes. Nous avons utilisé pour cette cartographie des images-radar seules ou employées conjointement à l'imagerie optique. Une autre étude a été menée visant à obtenir une méthode innovante, faisant usage des données optiques en infrarouge thermique, pour cartographier la distribution spatiale du champ de concentration des particules en suspension (fumées noires). Des facteurs pouvant influencer les interactions entre les polluants et les autres bandes spectrales, du visible et de l'infrarouge, ont été étudiés. Dans un souci d'opérationnalité, que ce soit avec l'imagerie radar ou optique, les résultats des nouvelles méthodes ont été comparés avec ceux obtenus avec des méthodes conventionnelles.
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