One year wetland survey investigations from quad-pol RADARSAT-2 time-series SAR images

Abstract

Remotely sensed data are widely used to identify, delineate, and characterize wetlands. Optical data provide interesting information to inventory vegetation and agricultural practices in wetlands but are limited to cloud-free periods. For this reason it is not possible to precisely delineate the extent of saturated areas as well as water cycles and water levels in these areas with passive remote sensing techniques. The objective of this article is to evaluate fully polarimetric RADARSAT-2 time-series datasets to identify and locate the seasonal dynamics of saturated areas in wetlands. To that end, the development and validation of a supervised PolSAR segmentation including multitemporal analysis of wetland evolution and polarimetric decomposition method is presented. The proposed methodology is based on the segmentation of a polarimetric descriptor, the Shannon Entropy, which has been shown to be a very sensitive parameter to the temporal variability of flooded areas. The results were validated using ground truth measurements in the field and a LiDAR image. They showed that it is possible to produce detailed water feature maps useful for delineating and monitoring the seasonal dynamics of saturated areas extent in wetlands. These products provide useful information to identify and delineate wetlands to support conservation and management in these ecosystems across large areas.

Les données de télédétection sont couramment utilisées pour identifier, définir et caractériser les zones humides. Les images optiques fournissent des informations intéressantes pour inventorier la végétation et les pratiques agricoles dans les zones humides, mais leur utilisation est limitée à des périodes sans nuages. Pour cette raison, les systèmes passifs ne permettent pas de délimiter précisément l'extension des zones saturées en eau, ni de déterminer les cycles de l'eau et les niveaux de l'eau dans ces écosystèmes. L'objectif principal de cet article est d’évaluer les données RADARSAT-2 afin de cartographier les dynamiques saisonnières des zones saturées en eau dans les zones humides. Pour cela, le développement et la validation d'une segmentation supervisée PolSAR comprenant l'analyse multi-temporelle de l’évolution des zones humides et l'utilisation de décomposition polarimétrique sont présentés. La méthodologie proposée est basée sur la segmentation d'un descripteur polarimétrique, l'entropie de Shannon, qui est un paramètre très sensible à la présence de l'eau. Elle a été appliquée sur une série annuelle de données entièrement polarimétriques d'images RADARSAT-2 acquise sur le site atelier de Pleine-Fougères. La validation des résultats a été effectuée à partir de mesures terrain et de données LiDAR sur la zone d’étude. Ils montrent qu'il est possible de produire des cartes détaillées des surfaces en eau permettant de les délimiter et d'effectuer un suivi de la dynamique saisonnière des zones saturées en eau dans les zones humides. Ces produits fournissent des informations utiles pour identifier et délimiter les zones humides à des fins de conservation et de gestion de ces écosystèmes sur de vastes secteurs.

Acknowledgements

The authors would like to thank: Bernard Clément from ECOBIO (UMR CNRS 6553) for his advices and very helpful discussions about wetland characterization and functions; Jean Nabucet from COSTEL (LETG-UMR CNRS 6554), Cécile Leconte and Frédéric Boutet from IETR (UMR CNRS 6164) for their important help during the ground-truth measurement campaigns; Canadian and European Space Agencies for providing satellite images in the framework of the CSA-ESA SOAR-EU (Science and operational applications research for Europe).