Annotation 3D en environnement forestier et agricole

La forêt et l’agriculture posent à l’annotation 3D un problème que ni la route ni l’entrepôt ne posent. Les objets à décrire n’ont pas de forme définie, ils se recouvrent partiellement, et la frontière entre deux individus voisins n’existe souvent nulle part dans la donnée.Cet article expose ce que ce contexte demande. Il prolonge l’article consacré à la qualité en annotation 3D.

Ce qui distingue ce contexte

Cinq propriétés caractérisent ce vertical de l’annotation 3D.Les objets sont poreux, un arbre laissant passer une part du signal à travers son feuillage.La forme est irrégulière, aucune primitive géométrique ne décrivant correctement un houppier.Le recouvrement est la règle, les couronnes voisines s’interpénétrant sans frontière nette.La variation saisonnière est forte, un même peuplement produisant deux nuages très différents selon la période.Et le sol est irrégulier, ce qui invalide l’hypothèse de plan horizontal courante ailleurs.Une conséquence pratique importante en découle. Ces cinq propriétés écartent le cuboïde comme représentation principale, l’encombrement d’un arbre ne renseignant sur presque rien de ce que ce vertical mesure.

Les tâches demandées

Cinq formulations d’annotation 3D se rencontrent dans ce vertical.Leur coût diffère fortement.Le comptage de tiges, qui localise sans décrire.La séparation du sol et de la végétation, préalable à presque tout le reste.La segmentation d’individus, qui sépare les arbres ou les plants voisins.La segmentation d’organes, tronc, branches et feuillage traités séparément.Et la mesure de volume ou de biomasse, qui suppose une description surfacique complète.Une observation en découle. La deuxième formulation est la plus fréquente et la plus rentable, elle conditionne toutes les autres et elle s’automatise largement, ce qui en fait le premier poste à traiter dans un projet d’annotation 3D forestier.

La séparation du sol

Cette opération précède presque toutes les autres.Elle est plus difficile qu’en milieu urbain.Trois difficultés caractérisent cette opération.Le relief, un sol en pente ne se séparant pas par un simple seuil de hauteur.La végétation basse, dont la limite avec le sol relève d’une convention plutôt que d’une discontinuité.Et la faible densité de retours au sol sous un couvert dense, qui rend la surface incertaine par endroits.Une conséquence pratique s’ensuit pour un projet d’annotation 3D. La troisième difficulté est la plus lourde, une hauteur d’arbre étant mesurée par rapport à un sol interpolé plutôt qu’observé, ce qui reporte l’incertitude du sol sur toutes les mesures dérivées.

La séparation des individus

Cette difficulté domine le vertical et elle est structurelle.Deux arbres voisins ne présentent aucune frontière mesurable là où leurs couronnes se rejoignent.Quatre conventions coexistent en annotation 3D.La séparation par le tronc, qui attribue chaque point au tronc le plus proche.La séparation par continuité de branche, plus juste et plus coûteuse.La séparation par distance au sommet, approximation rapide et grossière.Et le renoncement à séparer, le bosquet constituant une unité unique.Une observation importante en découle. Ces quatre conventions produisent des corpus non combinables, et le choix relève de l’usage aval, un inventaire par tige et une mesure de biomasse globale n’appelant pas la même décision.

Ce que le couvert change

Cette propriété du milieu détermine ce qui est observable.Le signal traverse partiellement le feuillage et s’atténue en profondeur.Quatre conséquences en découlent en annotation 3D.La densité de points décroît avec la profondeur dans le couvert.Le sous-étage est mal échantillonné, ce qui rend son annotation incertaine.Les troncs sont partiellement occultés par les branches basses.Et la saison change tout, un relevé hivernal sur feuillus pénétrant bien mieux qu’un relevé estival.Une conséquence pratique importante en découle pour un projet d’annotation 3D. La dernière conséquence impose de déclarer la période d’acquisition comme métadonnée, deux relevés du même peuplement à deux saisons ne portant pas la même information.

Les cultures et leurs particularités

Quatre différences séparent le contexte agricole du contexte forestier en annotation 3D.La régularité, une culture en rang présentant une organisation que la forêt n’a pas.La taille des objets, un plant se décrivant à une échelle bien inférieure à celle d’un arbre.La vitesse d’évolution, un couvert changeant en semaines plutôt qu’en années.Et la densité, un rang de céréales ne se décomposant pas en individus séparables.Une observation en découle pour un projet d’annotation 3D. La première différence est exploitable, la régularité des rangs fournissant une contrainte de contrôle que la forêt ne fournit pas, un plant hors alignement signalant soit une erreur soit une anomalie réelle.

Ce que la mesure attend

Quatre grandeurs constituent le livrable réel de la plupart de ces projets.La hauteur, mesurée du sol au sommet et dépendante de la qualité du sol interpolé.Le diamètre du tronc, dont la mesure suppose une densité suffisante à hauteur de poitrine.Le volume de houppier, qui dépend entièrement de la convention de séparation retenue.Et la densité de tiges par surface, qui dépend de la convention de dénombrement.Une conséquence pratique s’ensuit. Ces quatre grandeurs dépendent davantage des conventions d’annotation que de la précision du capteur, ce qui rend leur documentation indispensable à toute comparaison entre relevés.

La segmentation d’organes

Une formulation exigeante mérite un traitement séparé car elle sert des usages précis.Distinguer tronc, branches maîtresses et feuillage suppose des critères que la géométrie seule ne fournit pas toujours.Quatre difficultés caractérisent cette formulation.La transition entre tronc et première branche, qui relève d’un seuil de diamètre ou d’angle plutôt que d’une discontinuité.Les branches fines, mal échantillonnées et souvent indissociables du feuillage.Le lierre et les épiphytes, qui appartiennent à l’arbre sans en être des organes.Et le bois mort maintenu dans la couronne, dont l’attribution dépend de l’usage.Une conséquence pratique s’ensuit pour un projet d’annotation 3D. Ces quatre difficultés justifient de restreindre cette formulation aux usages qui l’exigent réellement, estimation de volume de bois ou étude architecturale, plutôt que de la retenir par souci d’exhaustivité.

Ce que le contrôle qualité exploite

Cinq vérifications d’annotation 3D sont adaptées à ce vertical.La plausibilité des hauteurs, une essence donnée ayant une plage de hauteurs connue.La cohérence entre diamètre et hauteur, deux grandeurs liées par une relation allométrique.La densité de tiges par surface, dont une valeur aberrante signale un problème de séparation.L’alignement en contexte agricole, un plant hors rang appelant une vérification.Et la continuité du sol interpolé, une discontinuité brutale signalant une erreur de classification.Une observation importante en découle pour un projet d’annotation 3D. Le deuxième contrôle est propre à ce domaine et très efficace, la relation entre diamètre et hauteur étant suffisamment contrainte biologiquement pour qu’un écart important trahisse une erreur de mesure ou d’attribution.

Ce que ce travail coûte

Quatre facteurs déterminent la charge d’annotation 3D dans ce vertical.Le taux de recouvrement entre couronnes, facteur dominant qui détermine la difficulté de séparation.La densité de tiges, qui multiplie le nombre d’objets à séparer.La formulation retenue, du comptage à la segmentation d’organes.Et la présence de sous-étage, qui ajoute une strate mal échantillonnée à traiter.Une conséquence pratique en découle. Le premier facteur produit une variation considérable, un peuplement clair et un peuplement fermé ne se comparant pas même à nombre de tiges égal en annotation 3D.

Ce que la pré-annotation apporte ici

Trois observations situent l’apport de l’assistance à l’annotation 3D dans ce contexte.La séparation sol et végétation s’automatise bien et constitue le gain le plus immédiat.La détection de troncs fonctionne correctement en peuplement clair et se dégrade fortement en couvert dense.Et la séparation d’individus reste le point faible, les propositions automatiques reproduisant les ambiguïtés plutôt que les résolvant.Une conséquence pratique s’ensuit pour un projet d’annotation 3D. Ces trois constats conduisent à une répartition claire, l’assistance traite le sol et localise les troncs, l’humain arbitre les séparations et les cas de recouvrement.

Ce que ce vertical ne permet pas

Quatre limites bornent ce qu’une annotation 3D peut établir ici.Le sous-étage sous couvert dense reste mal décrit, la donnée manquant plutôt que l’effort.La séparation d’individus en couvert fermé repose sur une convention plutôt que sur une observation.La biomasse ne se mesure pas directement, elle se déduit d’un modèle appliqué aux grandeurs annotées.Et la comparaison entre deux relevés suppose des conventions et des saisons identiques.Cette deuxième limite mérite d’être soulignée. Elle signifie qu’un inventaire par tige en peuplement fermé produit un résultat dépendant de la convention, ce qui doit être déclaré plutôt que présenté comme une mesure.

Aborder un projet forestier ou agricole

Cinq questions cadrent un projet d’annotation 3D forestier ou agricole.Quelle grandeur constitue le livrable réel. Cette réponse détermine la formulation.Quelle convention de séparation d’individus. Cette réponse conditionne la comparabilité.Quelle saison et quelle phénologie. Cette réponse borne ce qui est observable.Le sous-étage fait-il partie du périmètre. Une réponse positive appelle une réserve sur la faisabilité.Et une comparaison avec un relevé antérieur est-elle attendue. Cette réponse impose de reprendre ses conventions.Ces cinq réponses déterminent la charge et la faisabilité. Les poser avant de commencer évite un inventaire dont les chiffres ne se comparent à rien.

Ce que ce chapitre enseigne

Une observation transversale mérite de clore cet examen.Ce vertical mesure des grandeurs dont la valeur dépend d’une convention plutôt que d’un capteur.Trois constats la composent.La séparation d’individus n’a pas de fondement dans la donnée en couvert fermé, ce qui fait de la convention la source du résultat.La hauteur dépend d’un sol interpolé sous couvert dense, ce qui reporte une incertitude invisible sur une grandeur présentée comme mesurée.Et les relations biologiques entre grandeurs fournissent des contrôles que ni la route ni l’entrepôt ne fournissent.Ce constat rejoint celui que le cluster détection de mauvaises herbes avait établi : lorsque la cible est vivante, la vérité terrain relève du jugement expert autant que de l’observation, et la qualité d’un corpus tient à la stabilité de ce jugement.

Les erreurs les plus fréquentes

• Employer un cuboïde pour décrire un arbre.
• Ne pas déclarer la convention de séparation d’individus.
• Comparer deux relevés effectués à des saisons différentes.
• Séparer le sol par un simple seuil de hauteur sur terrain en pente.
• Présenter une hauteur sous couvert dense comme une mesure directe.
• Inclure le sous-étage sans réserve sur sa faisabilité.
• Négliger le contrôle de cohérence entre diamètre et hauteur.
• Omettre la période d’acquisition dans les métadonnées.
• Attendre d’une séparation automatique qu’elle tranche un couvert fermé.
• Chiffrer au nombre de tiges sans tenir compte du recouvrement.

Le suivi dans le temps

Une exigence propre à ce vertical apparaît dès qu’une seconde campagne est prévue.Comparer deux relevés du même site suppose davantage qu’une même méthode.Cinq conditions doivent être réunies en annotation 3D.Des conventions de séparation identiques, faute de quoi un changement apparent traduit un changement de règle.Une saison comparable, l’écart de pénétration entre deux périodes dépassant souvent la croissance mesurée.Un recalage géométrique entre les deux nuages, sans lequel les individus ne se rapprochent pas.Une correspondance individuelle établie, chaque tige du second relevé étant rattachée à une tige du premier.Et une trace des individus disparus et apparus, information souvent plus utile que la croissance moyenne.Une observation importante en découle pour un projet d’annotation 3D. La quatrième condition est la plus coûteuse et la plus omise, un suivi sans correspondance individuelle ne mesurant qu’une évolution globale là où l’usage attendait une évolution par tige.

Les porteurs et ce qu’ils permettent

Quatre configurations d’acquisition se rencontrent dans ce vertical et elles ne donnent pas accès aux mêmes grandeurs.Le relevé terrestre statique, qui décrit finement les troncs et le sous-étage et couvre une faible surface.Le relevé terrestre mobile, qui couvre davantage et perd en précision sur les détails.Le drone sous canopée, qui combine couverture et détail au prix d’une logistique exigeante.Et le relevé aérien, qui couvre de vastes surfaces et décrit bien les sommets et mal les troncs.Une observation importante en découle pour un projet d’annotation 3D. Le quatrième porteur produit la configuration la plus fréquente et la plus contrainte, un inventaire par tige à partir d’un relevé aérien reposant sur une détection de sommets plutôt que sur une observation de troncs, ce qui change la nature du résultat.

Le premier lot d’un projet forestier

Quatre placettes composent un lot pilote qui éprouve réellement les conventions.Une placette en peuplement clair, qui fournit la cadence de référence et vérifie la faisabilité de base.Une placette en couvert fermé, qui mesure le facteur de coût principal et éprouve la convention de séparation.Une placette en pente, qui teste la séparation du sol dans les conditions les moins favorables.Et une placette avec sous-étage dense, qui vérifie que la réserve de faisabilité est correctement posée.Une observation en découle. L’écart de cadence entre les deux premières placettes est la donnée la plus utile de ce lot, il mesure directement l’effet du recouvrement et il fournit la base d’un chiffrage que le nombre de tiges ne permet pas d’établir en annotation 3D.

Les conventions à écrire en premier

Cinq règles couvrent la majorité des désaccords dans ce vertical.La convention de séparation d’individus, choisie parmi les quatre exposées et déclarée explicitement.Le seuil séparant la végétation basse du sol, exprimé en hauteur au dessus du sol interpolé.Le critère de dénombrement pour les tiges multiples issues d’une même souche.Le traitement du bois mort et des tiges couchées.Et le diamètre minimal en dessous duquel une tige n’est pas inventoriée.Une conséquence pratique s’ensuit pour un projet d’annotation 3D. La troisième règle produit le désaccord le plus fréquent en peuplement feuillu, un cépée pouvant compter pour une tige ou pour autant de tiges qu’elle porte de brins selon la convention forestière retenue.

Les usages qui commandent

Cinq finalités se rencontrent dans ce vertical et elles n’appellent pas la même formulation.L’inventaire forestier, qui a besoin de tiges dénombrées et mesurées et se satisfait d’une localisation.L’estimation de biomasse, qui a besoin de volumes et suppose une description surfacique.Le suivi de croissance, qui a besoin d’une correspondance individuelle entre deux dates.La détection de dépérissement, qui a besoin d’un état de houppier plutôt que d’une géométrie fine.Et le phénotypage en culture, qui a besoin d’organes séparés à l’échelle du plant.Une observation en découle pour un prestataire d’annotation 3D. Ces cinq finalités se distinguent par une question simple, ce qui est compté ou ce qui est mesuré, et cette distinction oriente le choix de formulation plus sûrement qu’une discussion de méthode.

Ce que la validation terrain apporte

Une pratique propre à ce vertical mérite d’être exposée car elle n’existe pas ailleurs.Un relevé de terrain classique fournit une référence indépendante du nuage.Trois apports en découlent pour un projet d’annotation 3D.La vérification des diamètres, mesurés au ruban et comparés à ceux déduits du nuage.Le contrôle du dénombrement, une placette inventoriée manuellement bornant le taux d’omission.Et la validation de la convention, un désaccord entre inventaire terrain et annotation révélant une règle mal alignée sur la pratique forestière.Une conséquence pratique importante en découle pour un projet d’annotation 3D. Le troisième apport est le plus utile et le moins recherché, un écart systématique révélant fréquemment que la convention d’annotation ne correspond pas à celle que l’exploitant emploie depuis toujours.

La question qui cadre le projet

Une question détermine la formulation et elle porte sur le livrable.Le résultat sera-t-il un nombre par surface ou une valeur par individu.Une réponse par surface, densité de tiges ou biomasse à l’hectare, tolère une séparation approximative en couvert fermé et place le projet dans le régime le plus économique.Une réponse par individu, inventaire ou suivi de croissance, exige une convention de séparation stricte et une correspondance entre campagnes.Cette question se pose en une phrase, elle relève de l’usage et non de la technique, et elle évite d’imposer une individualisation coûteuse à un projet qu’un agrégat aurait servi.

Trois décisions avant la première placette

Trois décisions engagent la comparabilité d’un corpus d’annotation 3D forestier.Choisir et déclarer la convention de séparation d’individus, qui détermine le résultat davantage que le capteur employé.Fixer le diamètre minimal inventorié, qui borne le volume de travail sans réduire l’utilité.Et arrêter la période d’acquisition en fonction de la phénologie, puisqu’un relevé hors saison ne se compare à aucun autre.Ces trois décisions coûtent une réunion avec un forestier, elles précèdent la première sortie, et leur absence produit un inventaire dont les chiffres ne se comparent ni entre eux ni avec ceux de l’exploitant.

Ce que ce vertical apporte aux autres

Trois pratiques nées ici valent au delà de la forêt et de l’agriculture.Le contrôle par relation entre grandeurs, applicable partout où deux mesures sont liées par une loi connue.La validation par une référence extérieure au nuage, transposable dès qu’un relevé indépendant existe.Et la déclaration de la convention comme composante du résultat, nécessaire chaque fois qu’une frontière n’existe pas dans la donnée.Ces trois pratiques répondent à une même situation, celle où la donnée seule ne détermine pas le résultat, configuration bien plus répandue que ce vertical ne le laisse supposer.

Ce qu’il faut retenir

La forêt et l’agriculture demandent de décrire des objets sans forme définie et sans frontière mesurable entre voisins, ce qui écarte le cuboïde et place la convention au centre.Trois lectures se dégagent. La convention de séparation d’individus détermine le résultat en couvert fermé, quatre approches coexistant et produisant des corpus non combinables, ce qui rend sa déclaration indispensable. La hauteur sous couvert dense se mesure par rapport à un sol interpolé plutôt qu’observé, ce qui reporte une incertitude invisible sur une grandeur présentée comme mesurée. Et la relation allométrique entre diamètre et hauteur fournit un contrôle propre à ce domaine, suffisamment contraint biologiquement pour qu’un écart trahisse une erreur.Pour un vertical où la géométrie est au contraire régulière, l’article consacré au scan de bâtiments et au BIM expose le contexte. Pour le cadre général, le guide de l’annotation 3D pose le panorama.Pour approfondir les modalités d’exécution, les formats pris en charge et les dispositifs de contrôle applicables, vous pouvez consulter notre page dédiée à l’annotation 2D et 3D. Et si vous préparez un corpus forestier ou agricole, échangeons sur votre projet.