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Article Dans Une Revue Sensors Année : 2022

Multispectral Optical Remote Sensing for Water-Leak Detection

Télédétection optique multispectrale pour la détection de fuites d'eau

Jean-Claude Krapez
Javier Sanchis Muñoz
Christophe Mazel
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  • PersonId : 1130630
Christian Chatelard
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Yves-Michel Frédéric
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Philippe Barillot
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Franck Hélias
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Vincent Olichon
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Paolo Benetazzo
Isabelle Le Goff
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Résumé

Water losses from water distribution means have a high environmental impact in terms of natural resource depletion (water, energy, ecosystems). This work aims to develop an optical airborne surveillance service for the detection of water leaks (WADI—Water-tightness Airborne Detection Implementation) to provide water utilities with adequate and timely information on leaks in water transportation mains outside urban areas. Firstly, a series of measurement campaigns were performed with two hyperspectral cameras and a thermal infrared camera in order to select the most appropriate wavelengths and combinations thereof for best revealing high moisture areas, which are taken as a proxy for water leakage. The Temperature-Vegetation-Index method (T-VI, also known as Triangle/Trapezoid method) was found to provide the highest contrast-to-noise ratio. This preliminary work helped select the most appropriate onboard instrumentation for two types of aerial platforms, manned (MAV) and unmanned (UAV). Afterwards, a series of measurement campaigns were performed from 2017 to 2019 in an operational environment over two water distribution networks in France and Portugal. Artificial leaks were introduced and both remote sensing platforms successfully detected them when excluding the unfavorable situations of a recent rain event or high vegetation presence. With the most recent equipment configuration, known and unknown real leaks in the overflown part of a water transportation network in Portugal have been detected. A significant number of false alarms were also observed which were due either to natural water flows (groundwater exfiltration, irrigation runoff and ponds) or to vegetation-cover variability nearby water-distribution nodes. Close interaction with the water utilities, and ancillary information like topographic factors (e.g., slope orientation), are expected to reduce the false alarm rates and improve WADI’s methodology performance.
Les fuites d’eau affectant les moyens de distribution de l’eau ont un fort impact environnemental, notamment au regard de l'épuisement des ressources naturelles (eau, énergie, écosystèmes). Ce travail vise à développer un service de surveillance aéroportée optique pour la détection des fuites d'eau (WADI - Water-tightness Airborne Detection Implementation) afin de fournir aux services de gestion de l’eau des informations fiables et rapides sur les fuites en dehors des zones urbaines. Une série de mesures a d’abord été réalisée avec deux caméras hyperspectrales et une caméra infrarouge thermique afin de sélectionner les longueurs d'onde et leur combinaison les plus appropriées pour révéler au mieux les zones à forte humidité, considérées ici comme des indicateurs de fuites d'eau. La méthode Température-Indice de Végétation (Temperature-Vegetation-Index, T-VI, également connue sous le nom de méthode du Triangle – ou du Trapèze) s'est avérée fournir le rapport contraste sur bruit le plus élevé. Ce travail préliminaire a permis de sélectionner l'instrumentation embarquée la plus appropriée pour deux plates-formes aériennes, un avion et un drone. Des campagnes de mesures ont ensuite été réalisées de 2017 à 2019 en environnement et conditions opérationnels sur deux réseaux de distribution d'eau en France et au Portugal. Des fuites artificielles ont été introduites et les deux plates-formes de télédétection les ont détectées avec succès si l’on exclue les situations défavorables d'un événement pluvieux récent ou de la présence de végétation haute. Avec la configuration instrumentale la plus récente, les fuites réelles connues et d’autres fuites jusqu’à présent inconnues ont été détectées sur un réseau de distribution d'eau au Portugal. Un nombre important de fausses alarmes a également été observé, occasionnées soit par d’autres manifestations d’humidité excessive ou d’eau en surface (exfiltration d’eau souterraine, ruissellement aux abords de champs irrigués, mares), soit par des changements importants du couvert végétal à proximité des nœuds de distribution. Une interaction étroite avec les services de gestion et distribution de l’eau et des informations auxiliaires telles que les facteurs topographiques (par exemple, l'orientation de la pente du terrain par rapport à la canalisation) devraient réduire le taux de fausses alarmes et améliorer les performances de la technique WADI.
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Dates et versions

hal-03613731 , version 1 (18-03-2022)

Identifiants

Citer

Jean-Claude Krapez, Javier Sanchis Muñoz, Christophe Mazel, Christian Chatelard, Philippe Déliot, et al.. Multispectral Optical Remote Sensing for Water-Leak Detection. Sensors, 2022, 22 (3), pp.1057. ⟨10.3390/s22031057⟩. ⟨hal-03613731⟩

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