Introduction de techniques d'analyse d'images dans la prevision de la pluie par radar meteorologique PDF Download
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Author: René Mathurin
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Author: René Mathurin
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Author: René Mathurin
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ISBN: 9782720827204
Category : Cominatorial optimization
Languages : fr
Pages : 171
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Author: René Mathurin
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Cette thèse est consacrée à l'étude du suivi de la cinématique des cellules de pluie à partir de séquences d'images issues d'un radar météorologique. Ces travaux s'inscrivent dans une démarche plus globale, visant à proposer un modèle de prévision à très courte échéance, base sur l'advection de ces cellules. Les cellules de pluie sont des objets fortement déformables ; aussi avons-nous aborde leur suivi en utilisant deux approches classiques en analyse de séquences d'images : i) l'estimation du flot optique, ii) les techniques de mise en correspondance. Néanmoins, les contraintes imposées par la typologie des séquences d'images de radar météorologique, et par le comportement cinématique des cellules, nous ont conduits a privilégier les techniques de mise en correspondance. Une étape préalable consiste à modéliser la notion de cellule de pluie. Nous proposons de décrire une cellule par un hypergraphe. Une cellule de pluie correspond à la décomposition arborescente en composantes connexes de chaque niveau de réflectivité. Chaque composante connexe est à son tour modélisée par une ellipse ; une cellule de pluie est alors un sous-ensemble d'ellipses. L'appariement d'hypergraphes, d'une image à l'autre, permet d'estimer le déplacement et le comportement, en termes de croissance/décroissance et fusion/scission, d'une cellule de pluie. Nous avons exprimé la mise en correspondance comme un problème plus global de partitionnement/appariement. La prise en compte de la np-complétude de ce problème nous a obligés a mettre en oeuvre des méthodes heuristiques (algorithmes gloutons, recuit simule et recherche tabou). Nous avons montré l'intérêt pratique de la relaxation lagrangienne pour pallier les limitations des méthodes heuristiques ; la principale étant le manque d'information sur l'écart entre l'optimum local atteint et l'optimum global du problème. Nous montrons la pertinence de cette méthode pour fournir une solution réalisable du problème.
Author: THOMAS.. EINFALT
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Languages : fr
Pages : 234
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CETTE THESE A POUR OBJET LE PREMIER DEVELOPPEMENT D'UNE METHODE DE PREVISION DE PLUIE PAR RADAR ADAPTEE AUX OBJECTIFS DE L'HYDROLOGIE URBAINE. UNE REVUE DES TRAVAUX EFFECTUES SUR LA PREVISION DE PLUIE DANS LES VINGT DERNIERES ANNEES A ETE ACCOMPLIE. LES ALGORITHMES PROMETTEURS UTILISES DANS LES ETUDES PRECEDENTES ONT ETE SELECTIONNES ET AMELIORES EN VUE DES OBJECTIFS DE L'APPLICATION ENVISAGEE: - CONCENTRATION SUR LES FORTES PLUIES; TEMPS DE CALCUL INFERIEUR A 60 SECONDES SUR MINI-ORDINATEUR; CONTROLE DE QUALITE DE LA PREVISION. DE CETTE ANALYSE A EMERGE UNE NOUVELLE METHODE DE PREVISION. UNE COMPARAISON DETAILLEE SUR 94 IMAGES RADAR ET UNE COMPARAISON GLOBALE SUR 1068 IMAGES ONT MONTRE LA FIABILITE DE LA METHODE POUR LA PREVISION HYDROLOGIQUE. LA PLUIE LA PLUS IMPORTANTE DE CES QUATRE DERNIERES ANNEES EN REGION PARISIENNE A ETE ETUDIEE PARTICULIEREMENT. DE PLUS, DEUX PARAMETRES LIES SEULEMENT A LA STRUCTURE DE L'IMAGE, PEUVENT SERVIR D'INDICE DE FIABILITE, CALCULABLE A PRIORI, DE CHAQUE PREVISION. FINALEMENT, LA METHODE A ETE IMPLANTEE SUR LES ORDINATEURS DU SERVICE DEPARTEMENT D'ASSAINISSEMENT DE SEINE-SAINT-DENIS
Author: Philippe Brémaud
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LA PREVISION DE LA PLUIE A TRES COURTE ECHEANCE (QUELQUES MINUTES A QUELQUES HEURES) EST BASEE SUR LE SUIVI ET L'EXTRAPOLATION DES ECHOS DES NUAGES PRECIPITANTS PRESENTS DANS LES IMAGES RADAR. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE NOUVELLE METHODE DE PREVISION BASEE SUR LE SUIVI DES CELLULES DE FORTE REFLECTIVITE SITUEES A L'INTERIEUR DES ECHOS, ENTITES HABITUELLEMENT CONSIDEREES. APRES UN RESUME DES CARACTERISTIQUES METEOROLOGIQUES DES NUAGES PRECIPITANTS, LA PREMIERE PARTIE RECENSE LES DIFFERENTS DEFAUTS DES IMAGES RADAR, QUI PEUVENT AFFECTER SENSIBLEMENT LA QUALITE D'UNE PREVISION AUTOMATIQUE DE LA PLUIE, AINSI QUE LEURS REMEDES EVENTUELS. CERTAINS DEFAUTS, COMME LA BANDE BRILLANTE OU LA PROPAGATION ANORMALE, NE POUVANT ETRE CORRIGES SANS ETUDE PREALABLE, INTERDISENT TOUTE PREVISION REALISTE. D'AUTRES, NON MOINS GENANTS COMME LES ECHOS DE SOL, PEUVENT ETRE SUPPRIMES DE PLUSIEURS MANIERES. DANS LA SECONDE PARTIE SONT DETAILLES LES CARACTERISTIQUES, LES QUALITES ET LES DEFAUTS DES METHODES DE PREVISION DE LA PLUIE PREEXISTANTES: METHODES DE TRAITEMENT GLOBAL DE L'IMAGE, METHODES DE SUIVI DES CENTRES DES ECHOS ET METHODES PLUS ELABOREES FAISANT BEAUCOUP APPEL A LA RECONNAISSANCE DES FORMES. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE NOUVELLE METHODE PERMETTANT DE S'AFFRANCHIR DES DEFAUTS PRINCIPAUX DE CHACUNE DE CES METHODES. EN EFFET, LES ENTITES SUIVIES SONT CONSTITUEES PAR LES CELLULES DEFINIES A 6 DB EN DESSOUS DU MAXIMUM DE REFLECTIVITE QU'ELLES ENTOURENT ET NE NECESSITENT DONC PAS UN SEUILLAGE DE L'IMAGE A UN NIVEAU DE REFLECTIVITE DONNE ET ARBITRAIRE; LA METHODE TIENT COMPTE EGALEMENT DU MOUVEMENT INDIVIDUEL DE CHAQUE CELLULE, QUI EST DETERMINE PAR AJUSTEMENT LOCAL DES DEUX CELLULES COUPLEES, SUIVANT DES CRITERES DE RECONNAISSANCE DES FORMES ET INDEPENDAMMENT DES POSITIONS DE LEUR CENTRE. NOTRE METHODE TRAITE EN OUTRE LE PROBLEME DES ECHOS DE SOL. LA QUATRIEME PARTIE FAIT L'OBJET DE LA COMPARAISON DE NOTRE METHODE AVEC TROIS AUTRES METHODES DIFFERENTES: LA PERSISTANCE, L'EXTRAPOLATION GLOBALE DE TOUTE L'IMAGE ET LA METHODE SCOUT II.0 (EINFALT 1988). LES QUATRE METHODES SONT COMPAREES SUR QUATRE EVENEMENTS DISTINCTS, DONT UN FAIT L'OBJET DE TROIS SERIES DE PREVISION A ECHEANCES DIFFERENTES. LES RESULTATS SELON LES CRITERES DE CONCORDANCE OU HYDROLOGIQUES MONTRENT QUE NOTRE METHODE EST PERFORMANTE ET STABLE, PUISQU'ELLE SURCLASSE LES METHODES DE PERSISTANCE ET D'EXTRAPOLATION DE TOUTE L'IMAGE. DES COMPARAISONS SUPPLEMENTAIRES SONT NEANMOINS NECESSAIRES POUR CONFIRMER LA SUPERIORITE DE NOTRE METHODE SUR LA METHODE SCOUT II.0 ACTUELLEMENT OPERATIONNELLE EN SEINE-SAINT-DENIS
Author: Andreas Neumann (docteur des Ponts et Chaussées).)
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L'OBJECTIF DE L'ETUDE EST LE DEVELOPPEMENT D'UN SYSTEME DE PREVISION DE PLUIE PAR RADAR, QUI EST ADAPTE AUX BESOINS DE L'HYDROLOGIE URBAINE. UN SYSTEME AUTOMATISE STRUCTURE, BAPTISE PROPHETIA, EST PRESENTE, DONT LE FONCTIONNEMENT EST BASE SUR L'OBSERVATION DES CELLULES DE PLUIE. L'ALGORITHME DE PREVISION DE PLUIE DE PROPHETIA COMPREND QUATRE ETAPES: (1) IDENTIFICATION ET DESCRIPTION DES ECHOS DES CELLULES; (2) APPARIEMENT DES ECHOS DES CELLULES; (3) CARACTERISATION DES CELLULES; (4) PREVISION DE PLUIE PAR EXTRAPOLATION DES CARACTERISTIQUES DANS L'AVENIR. UNE TECHNIQUE DE SEUILLAGE EST APPLIQUEE POUR L'IDENTIFICATION DES CELLULES. POUR LEUR APPARIEMENT SUR DES IMAGES SUCCESSIVES, UNE BASE DE REGLES SOUS LA FORME D'UN ARBRE DE DECISION A ETE CONSTITUEE PAR APPRENTISSAGE AUTOMATIQUE A PARTIR D'EXEMPLES, QUI ONT ETE DEFINIS MANUELLEMENT. LA TRES BONNE PERFORMANCE DE LA BASE DE REGLES EST MISE EN EVIDENCE PAR LA COMPARAISON AVEC LES APPARIEMENTS MANUELS. LA QUALITE DE PREVISION ATTEINTE PAR PROPHETIA EST COMPAREE A CELLE D'AUTRES SYSTEMES DE PREVISION. PROPHETIA EST SURTOUT PLUS PERFORMANTE POUR LES PLUIES CONVECTIVES. L'EXAMEN DETAILLE DES ERREURS DE LA PREVISION PAR PROPHETIA DEMONTRE QUE LEUR ORIGINE PROVIENT DE L'HYPOTHESE D'ABSENCE DE DEVELOPPEMENT DES CELLULES A L'HORIZON DE LA PREVISION. L'ETUDE DES FACTEURS INFLUANT SUR LE DEVELOPPEMENT DES CELLULES MENE A LA PROPOSITION D'UN MODELE DES CELLULES RELIANT LE DEVELOPPEMENT AUX MASSES D'AIR ALIMENTANT LA CELLULE. LA LOCALISATION DU DEVELOPPEMENT DES CELLULES DE PLUIE CONVECTIVE DE LA BASE DE DONNEES EST POSSIBLE ET APPORTERAIT UN GAIN DE PREVISION SI LE TAUX DE CE DEVELOPPEMENT POUVAIT ETRE PREDIT, COMME CELA EST DEMONTRE POUR UN ECHANTILLON DE 12 PLUIES CONVECTIVES. OR CELUI-CI DEPEND DE LA POSSIBILITE DE CARACTERISER CORRECTEMENT LES SECTEURS GEOGRAPHIQUES D'INFLUENCE DIFFERENTE SUR LA CONVECTION: UNE MEILLEURE CARACTERISATION DE CES SECTEURS DEVRAIT ETRE L'OBJECTIF QUI SUIVRAIT CELLE-CI
Author: Pierre-Emanuel Kirstetter
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L'AMÉLIORATION DES TECHNIQUES D'OBSERVATION DES PRÉCIPITATIONS À L'ÉCHELLE RÉGIONALE EST L'UN DES ENJEUX FORTS DE L'OBSERVATOIRE HYDROMÉTÉOROLOGIQUE MÉDITERRANÉEN CÉVENNES-VIVARAIS. SUITE À UNE PREMIÈRE EXPÉRIMENTATION RÉALISÉE À BOLLÈNE À L'AUTOMNE 2002, LES DONNÉES RECUEILLIES PAR LE RADAR MÉTÉOROLOGIQUE OPÉRATIONNEL DE BOLLÈNE DU RÉSEAU ARAMIS ONT SERVI DE SUPPORT À UNE CHAÎNE D'ALGORITHMES MISE AU POINT POUR L'ESTIMATION QUANTITATIVE DES PRÉCIPITATIONS AU SOL. NOTRE CONTRIBUTION À CES TRAITEMENTS CONCERNE PARTICULIÈREMENT UNE SOURCE D'ERREUR POUR LA MESURE DES PRÉCIPITATIONS PAR RADAR MÉTÉOROLOGIQUE : L'HÉTÉROGÉNÉITÉ VERTICALE DES PRÉCIPITATIONS. NOUS NOUS PLAÇONS DANS LA CONTINUITÉ DE LA MÉTHODE À BASE STATISTIQUE D'IDENTIFICATION DU PROFIL VERTICAL DE RÉFLECTIVITÉ PAR INVERSION PROPOSÉE PAR ANDRIEU ET CREUTIN (1995). NOUS AVONS ÉTENDU CETTE MÉTHODE AU CAS DE SUPPORTS GÉOGRAPHIQUES ÉVOLUTIFS DANS LE TEMPS AFIN DE CONSIDÉRER LE TYPE DE PRÉCIPITATIONS (CONVECTIF, STRATIFORME). L'ÉVALUATION DES TRAITEMENTS, PAR LA CARACTÉRISATION DE L'INCERTITUDE DE L'ESTIMATION DE PLUIE PAR RADAR, EST UN ASPECT IMPORTANT DU TRAVAIL. NOUS AVONS DÉVELOPPÉ UNE TECHNIQUE BASÉE SUR LA GÉOSTATISTIQUE POUR ÉTABLIR UNE PLUIE DE RÉFÉRENCE À PARTIR DE DONNÉES PLUVIOMÉTRIQUES. NOUS AVONS ÉGALEMENT DÉVELOPPÉ UN MODÈLE POUR CARACTÉRISER LA STRUCTURE STATISTIQUE DES ERREURS AINSI QUE LEUR STRUCTURE SPATIO-TEMPORELLE. NOUS AVONS ENFIN DÉVELOPPÉ UNE APPROCHE D'IDENTIFICATION DU PVR À BASE PHYSIQUE. EN DIMINUANT LE NOMBRE DE PARAMÈTRE PAR RAPPORT À LA MÉTHODE INITIALE ET EN INTRODUISANT DES CONTRAINTES PLUS PHYSIQUES, CETTE APPROCHE VISE À AMÉLIORER LA ROBUSTESSE D'IDENTIFICATION DU PVR.
Author: José Luis Macor
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Languages : fr
Pages : 193
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Les champs de nuages et de précipitations demeurent les champs les plus difficiles a simuler pour les actuels modèles de prévision météorologiques. En effet, les échelles spatiotemporelles de ces modèles restent largement supérieures a celles qui sont pertinentes pour les précipitations : les mécanismes des précipitations sont essentiellement parametrisés et les pluies ne sont estimées que sur des échelles relativement grossières. De plus, le temps de mise en route de ces modèles est souvent prohibitif pour des prévisions à court terme. Différentes méthodes statistiques de traitement des images satellites et radar ont été développées pour combler ce déficit de prévision. Ces méthodes prennent en compte un grand nombre d’information à petite échelle, mais elles n’ont pas de base physique, en particulier elles ne prennent pas en compte la dynamique fortement non linéaire des cellules orageuses. Une alternative permettant a priori de dépasser, à l’aide des méthodes multi fractales, les limites des précédentes méthodes a été récemment considérée. Elle est fondée sur les modèles de cascade et prend en compte la hiérarchie des structures ainsi que leurs interactions non linéaires sur une grande gamme d’échelle spatio-temporelles, l’anisotropie entre espace et temps, et causalité. Fondamentalement, les processus de cascade développent des gradients de contenu en eau des plus en plus grands sur des fractions de plus en plus petites de l’espace physique. Ce type de modèles a l’avantage d’avoir un nombre limite de paramètres qui ont une signification physique forte et peuvent être évalues soit théoriquement, soit empiriquement. Dans cette thèse on présente la mise en oeuvre d’une procédure correspondant à cette alternative et son application à l’événement du 8-9 septembre 2002 a Nîmes, en utilisant des données radar fourni par la Direction de la Climatologie de Meteo-France, pour déterminer leurs caractéristiques multi fractales. On présente aussi la mise en oeuvre d’une procédure pour la simulation et prévision de champs de pluie multifractale et l’étude de la loi de perte de prédictibilité attendue.
Author: Pierre-Emanuel Kirstetter
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Languages : fr
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Book Description
L'amélioration des techniques d'observation des précipitations à l'échelle régionale est l'un des enjeux forts de l'observatoire hydrométéorologique méditerranéen cévennes-vivarais. Suite à une première expérimentation réalisée à bollène à l'automne 2002, les données recueillies par le radar météorologique opérationnel de bollène du réseau aramis ont servi de support à une chaîne d'algorithmes mise au point pour l'estimation quantitative des précipitations au sol. Notre contribution à ces traitements concerne particulièrement une source d'erreur pour la mesure des précipitations par radar météorologique : l'hétérogénéité verticale des précipitations. Nous nous plaçons dans la continuité de la méthode à base statistique d'identification du profil vertical de réflectivité par inversion proposée par andrieu et creutin (1995). Nous avons étendu cette méthode au cas de supports géographiques évolutifs dans le temps afin de considérer le type de précipitations (convectif, stratiforme). L'évaluation des traitements, par la caractérisation de l'incertitude de l'estimation de pluie par radar, est un aspect important du travail. Nous avons développé une technique basée sur la géostatistique pour établir une pluie de référence à partir de données pluviométriques. Nous avons également développé un modèle pour caractériser la structure statistique des erreurs ainsi que leur structure spatio-temporelle. Nous avons enfin développé une approche d'identification du pvr à base physique. En diminuant le nombre de paramètre par rapport à la méthode initiale et en introduisant des contraintes plus physiques, cette approche vise à améliorer la robustesse d'identification du pvr.
Author: Brice Boudevillain
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Languages : fr
Pages : 169
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Book Description
L'intensité pluvieuse est une information essentielle en hydrologie, notamment pour les bassins versants situés en zone urbaine ou montagneuse. Il est donc nécessaire de disposer, sur ces bassins, d'estimations fiables des précipitations ainsi que de prévisions de la pluie à très courte échéance. Le radar météorologique constitue une solution à ces besoins. Toutefois, les radars existants aujourd'hui ne sont pas totalement adaptés à toutes les applications hydrologiques en terme de souplesse d'utilisation et de resolution spatiale et temporelle. L'utilisation de radars de configuration légère en bande X, est envisagée pour les besoins de l'hydrologie urbaine. Les conditions d'utilisation de tels radars sont à définir. Ces études proposent d'évaluer l'intérêt de l'information radar volumique et Doppler pour la prévision des précipitations à très courte échéance. La première partie de la thèse s'intéresse à la mesure du VIL par radar. Elle présente aussi une méthode de restitution du champ de vitesse horizontale tirant parti de la mesure Doppler. La deuxième partie concerne la formulation et l'évaluation d'une méthode de prévision de la pluie à très courte échéance reposant sur le VIL. Cette méthode est d'abord testée à l'aide de données radar simulées afin de mettre en évidence l'intérêt des données volumiques indépendamment des erreurs de mesure. Une étude de cas réel a été ensuite menée sur des événements pluvieux de la période spéciale d'observation de MAP (Mesoscale Alpine Programme)
