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Télédétection et inventaires forestiers tropicaux

John A. Howard et Jean Paul Lanly

John A. Howard, forestier, est le fonctionnaire principal du groupe de télédétection de la FAO. Jean-Paul Lanly, fonctionnaire du Département des forêts de la FAO, est chargé des inventaires forestiers.

Pour beaucoup, la télédétection suppose des satellites et une technologie à la fois sophistiquée et coûteuse. En réalité, la télédétection en matière forestière se pratique surtout à l'aide d'appareils photographiques, de films, d'avions spécialement équipés et de matériel d'interprétation classique adapté ou conçu pour ce travail. Les auteurs étudient les techniques photographiques de télédétection utilisées pour l'inventaire des forêts tropicales.

Les forêts tropicales qui, au sens large du terme, englobent des types de végétation boisée allant des forêts claires de faible densité à la haute futaie dense, couvrent une superficie totale d'environ 19 millions de kilomètres carrés, soit 14 pour cent de la superficie des terres, et un peu moins de la moitié de la superficie boisée du globe. Situées presque toutes dans les régions les moins développées du monde, elles constituent pour les régions concernées une ressource importante, aussi bien du point de vue de la production que de celui de la conservation.

C'est un fait amplement reconnu que le couvert de la forêt tropicale se dégrade rapidement et s'appauvrit sous les effets combinés de la culture itinérante, du surpâturage et de la surexploitation. Plusieurs analyses comparatives fournissent des chiffres éloquents sur l'appauvrissement des forêts tropicales dans différentes parties du monde. C'est ainsi que le couvert forestier de la Côte-d'Ivoire a reculé de 30 pour cent entre 1956 et 1966 (Lanly, 1969)) et que celui des vallées de la Magdalena et du Sinu en Colombie a régressé de 40 pour cent entre 1956 et 1965 (FAO, 1970).

En raison de leur importance pour l'économie et l'environnement, les forêts tropicales doivent être l'objet d'une surveillance continue, aux divers niveaux nationaux, régionaux et mondiaux de la planification, du contrôle et de la gestion, pour pouvoir signaler à la communauté internationale les effets destructeurs de l'exploitation des forêts et les mesures à prendre.

En foresterie, on entend généralement par télédétection le rassemblement, à partir d'un vecteur placé dans l'espace, de données sur des objets de la surface terrestre ou immédiatement au-dessus; mais le même terme s'étend de plus en plus à l'analyse des données ainsi recueillies. Le vecteur utilisé est habituellement un avion, ou un hélicoptère, parfois un satellite et, à titre expérimental, une fusée (par exemple Skylark - cf Ridgway et Hardy, 1973).

La photographie aérienne utilisée par le passé pour recueillir des données fait de plus en plus place aux appareils d'exploration mécaniques, qui permettent d'obtenir des images thermiques, des images par radar (radar à vision latérale SLAR) et des images par satellite. La télédétection sans images joue un rôle important dans les levés géophysiques; néanmoins, à part quelques méthodes de type expérimental, telles que l'altimétrie par radar (Sayn-Wittgenstein, 1970) et les profils par rayons laser, on n'utilise en foresterie que les techniques à images.

Le présent article traite de l'utilisation des techniques photographiques participant de la télédétection dans le domaine des inventaires forestiers. On entend par techniques photographiques celles qui font appel à un seul appareil photo muni d'un ou plusieurs objectifs, ou a un système d'appareils multiples pour impression sur une pellicule dans la bandes visibles ou du proche infrarouge du spectre, à l'aide d'une ou plusieurs combinaisons de pitres et à partir de n'importe quel type de vecteur.

La photographie aérienne à la verticale a été utilisée pour la première fois pour l'établissement d'un inventaire forestier en Birmanie au début des années vingt (Blandford, 1924; Howard, 1970a). Dès les années trente, la photographie aérienne servait à l'inventaire des ressources forestières dans des contrées aussi éloignées l'une de l'autre que la Zambie (Bourne, 1931) et la Papouasie-Nouvelle-Guinée (Payens, 1971). Dans l'inventaire de Birmanie (delta d'Irrawaddy), différents types de forêts ont été identifiés à partir de photographies au 1/20000e.

Ces premières observations par photos aériennes ont aidé à mettre au point, pour les forêts tropicales, des méthodes d'inventaire comparables à celles employées pour les inventaires forestiers des régions tempérées et qui ont encore cours. Il s'agit de la photographie panchromatique en noir et blanc avec un filtre minus-blue (filtre jaune), des objectifs à distance focale moyenne (soit: 15,2 ou 20,5 centimètres), le soleil n'étant pas à moins de 30 degrés au-dessus de la ligne d'horizon. Toutefois, au petit format photographique du matériel photographique aérien primitif (10 x 12,5 centimètres), on a substitué d'abord un format de 17,5 x 22,5 centimètres, puis, à l'occasion, un format de 19 x 19 centimètres et enfin un format de 23 x 23 centimètres.

FORESTIERS MEXICAINS EFFECTUANT UNE PROSPECTION AÉRIENNE On Peut se Passer de fusées

Interprétation

Après la seconde guerre mondiale, on a eu souvent recours à la photographie aérienne pour établir des cartes topographiques et planimétriques des pays tropicaux. Comme ces photographies étaient habituellement prises à assez petite échelle, le spécialiste forestier chargé de les interpréter devait, et doit toujours en principe, travailler à une échelle située entre 1/30000e et 1/60000e, parfois moins. Comme exemple de ces photos aériennes à très petites échelles dans les pays tropicaux, on peut citer celles du nord de la Côte-d'Ivoire, au 1/80000e, de la Papouasie-Nouvelle-Guinée au 1/84000e, de certaines parties de la zone du Sahel, au 1/92000e, et, récemment du Kenya, au 1/120000e.

Bien que cela puisse surprendre, l'utilité de ces photographies à petite échelle n'est pas aussi limitée qu'on pourrait le croire, parce que les renseignements que doivent fournir les photographies de zones forestières tropicales sont de caractère plus général que ceux que l'on attend d'un inventaire forestier dans la plupart des pays tempérés. Dans l'inventaire tropical, l'interprétation des photos se borne souvent à délimiter les surfaces boisées, les grands types de forêts et les unités structurelles de végétation dominantes (c'est-à-dire formations et sous-formations végétales). Ce type de renseignement facilite l'exclusion de surfaces où n'apparaissent pas des espèces commercialisables et permet de manière plus générale d'établir une stratification avant l'échantillonnage au sol, dont il accroît l'efficacité, soit en réduisant la marge d'erreur de l'échantillonnage pour une même densité de prélèvements, soit en réduisant la densité des prélèvements nécessaire pour garantir La même marge d'erreur de l'échantillonnage. Ces délimitations s'effectuent ou sont transposées sur des mosaïques et des cartes établies à partir des mêmes photographies. Parfois, la seule stratification possible en ce qui concerne les forêts est celle qui se base sur une division en unités de terrain (Howard, 1970b). Les photographies aériennes, grâce aux mesures de pente et autres caractéristiques du terrain, aident aussi à classer les surfaces boisées du point de vue de l'accessibilité, comme dans le cas des inventaires de Madagascar (FAO, 1971b) et du Gabon (FAO, 1973) réalisés par la FAO. Cependant, on ne s'est généralement guère attaché, dans les inventaires forestiers, à établir des cartes sous l'angle de l'accessibilité.

Les applications ci-dessus de la photo-interprétation se rapportent à la caractérisation et à la classification des forêts. Quand les unités soumises à interprétation sont les arbres eux-mêmes, la photographie aérienne est beaucoup moins utile dans les régions tropicales que dans les zones tempérées, où en Amérique du Nord, par exemple, on s'en sert principalement à des échelles comprises entre le 1/10000e et le 1/15840e (c'est-à-dire 4 inches = 1 mile, soit 10 centimètres = 1609,31 mètres) pour recueillir des renseignements sur la hauteur des différents individus et des peuplements, le nombre d'arbres à l'unité de surface, les caractéristiques des cimes, leur ampleur, et les volumes sur pied par essence. Dans les forêts tropicales, on n'est que rarement parvenu à identifier des essences arbre par arbre à partir de photographies à petite ou Moyenne échelle. Il y a à cela plusieurs raisons majeures parmi lesquelles les suivantes: extrême variété des essences voisinant dans la forêt tropicale - même les forêts claires tropicales peuvent contenir plus de quarante espèces d'arbres forestiers au kilomètre carré (Howard, 1959); leur phénologie très variable dans l'espace et dans le temps; et manuvaise définition des strates de houppiers (Rollet, 1974). Deux cimes ou plus peuvent se fondre en une seule sur l'image photographiée, tandis qu'une vaste cime de l'étage supérieur peut être interprétée comme correspondant à deux arbres ou plus. Toutefois, à l'échelle du 1/5000e, des comptages de cimes sur photographies panchromatiques en noir et blanc d'une étendue de forêt humide au Surinam ont été décrits comme «offrant des possibilités pour l'évaluation du potentiel de production ligneuse» (Versteegh, 1974).

La mangrove.

(1) composée d'essences fonces et claires se distingue facilement de la forêt voisine qui croît sur des collines arides (2). Forêt de composition médiocre sur crêtes abruptes (3). Photographie aérienne prise en Asie à l'échelle de 1/40000e.

Identification

Il arrive qu'une espèce ou un genre se distingue clairement; c'est le cas de Dipterocarpus spp. en Thaïlande et de Doona congestiflora à Sri Lanka. Des comptages de limba (Terminalia superba) effectués sur photographies aériennes panchromatiques en noir et blanc au 1/50000e prises dans la partie sud de la République populaire du Congo, avec des erreurs de moins de 25 pour cent, mais sans biais, ont permis une évaluation approximative de la richesse de ces peuplements pour ce qui concerne cette essence très importante (Centre technique forestier tropical, 1965). D'ordinaire, cependant, l'identification sur photographie d'une espèce particulière dans une forêt tropicale d'âge adulte dépend de la nature sociale de l'espèce concernée, souvent liée à des conditions édaphiques: mangroves, peuplements littoraux de Campnosperma panamensis, forêts ripicoles de Guibourtia demeusei, Hura crepitans, Mora excelsa, Prioria copaifera, peuplements purs de légumineuses (par exemple: Gilbertiodendron dewevrei et Monopetalanthus spp.).

Une sous-formation végétale constituant une unité de végétation et non une unité floristique (par exemple une association), son rayonnement spectral/albedo peut souvent être distingué, ce qui se traduit sur la photographie par des valeurs relatives caractéristiques dans la gamme des gris. C'est ainsi qu'on peut parfois distinguer une essence en identifiant la sous-formation végétale qui la contient. L'importance des valeurs relatives de la gamme des gris (Stellingwerf, 1966; Howard, 1970a) permet de comprendre pourquoi, en matière de photo-interprétation de la forêt tropicale, on peut admettre une gamme très étendue d'échelles photographiques et pourquoi on peut tirer de l'interprétation de photographies au 1/80000e ou moins, à condition de disposer d'un personnel plus qualifié pour l'interprétation, des données forestières aussi utiles que celles qu'on obtiendrait sur des photos à une bien plus grande échelle.

Photographie infrarouge

On a pu, à plusieurs reprises, utiliser avantageusement des photographies infrarouges en noir et blanc en Afrique tropicale, parce que la pénétration de la brume s'opère mieux aux longueurs d'ondes plus élevées des radiations infrarouges réfléchies par la surface terrestre. Le contraste et la netteté de l'image sont souvent bien meilleurs et l'interprétation plus sûre. En outre, les limites entre les sols humides découverts et les étendues d'eau sont mieux définies. A diverses reprises, les photographies aux infrarouges se sont révélées plus utiles que la photographie panchromatique pour l'identification d'essences tropicales, par exemple, Musanga cecropicides en République centrafricaine (Lanly, 1972) et Virola surinamensis en Guyane (FAO, 1971a).

Il est étonnant que l'on ait peu écrit sur le rôle et les applications de la photographie aérienne en couleurs en foresterie tropicale (couleurs normales et photographies infrarouges/fausses couleurs). Au premier abord, l'utilisation de photographies aériennes en couleurs peut paraître beaucoup plus coûteuse que celle de photos en noir et blanc. Les films de couleur sont plus chers (rapport coût de l'ordre de 1 à 5), plus difficiles à employer (moins d'heures de vol par jour et de jours de vol par an), tandis que leur traitement est plus onéreux (rapport coût de l'ordre de 1 à 4), qu'on en gaspille davantage et que les pellicules déjà traitées risquent fort, sous les tropiques, d'âtre endommagées par l'action de moisissures. Toutefois, ce serait une erreur que de décider de la planification en fonction de ces seuls éléments; en effet, le principal facteur fixe du prix de revient, à savoir la prise de vues, reste approximativement le même. Pour une grande surface bénéficiant de conditions météorologiques favorables et offrant un accès facile aux opérateurs, le rapport entre le coût des photographies en couleurs normales et celui des photographies en noir et blanc n'excèderait sans doute pas 5 à 4, les frais de la préparation des cartes, relativement élevés, venant en sus. Si, comme c'est souvent le cas, les photos en couleurs fournissent plus de renseignements utiles à l'interprète, ou si elles améliorent l'efficacité de l'inventaire des ressources forestières, on peut s'attendre à ce que le rapport coûts/avantages de la couleur soit supérieur à celui du noir et blanc.

La photographie en couleurs à partir d'un appareil unique a apporté ces dernières années, comme principale contribution à la foresterie tropicale, un progrès dans l'exactitude du tracé des limites des peuplements, ainsi que dans l'identification des types de forêts sur les cartes des massifs forestiers, en y introduisant une meilleure séparation entre le sous-étage et les peuplements âgés ou de l'étage supérieur, ainsi que, le cas échéant, une meilleure identification des essences, spécialement quand on combine ces films avec d'autres (Stellingwerf, 1971). Toutefois, la photographie en couleurs est encore d'un usage bien moins répandu dans les régions tropicales que dans les régions tempérées et la recherche dans ce domaine y est encore plus limitée.

Récemment, on a tenté à plusieurs reprises de recourir à la photographie panchromatique en couleurs à grande échelle (par exemple, pour mieux identifier les essences forestières. Les essais au Surinam (de Milde et Sayn-Wittgenstein, 1973), au Cameroun et au Gabon (Clément et Guellec, 1974) ont été pour la plupart basés principalement sur l'interprétation stéréoscopique des essences forestières à partir de photographies en couleurs normales, C'est ainsi que 73 pour cent des okoumés (Aukoumea kleineana) examinés au Gabon présentaient une image caractéristique identifiable sur les photographies.

La photographie en couleurs à grande échelle se prête bien aussi, comme dans les régions tempérées, à la surveillance des insectes et des maladies ainsi que des peuplements endommagés par le feu (Wolf, 1966; Hildebrandt et Kenneweg, 1970). Les photos aériennes en noir et blanc et en couleurs, format 70 millimètres et 35 millimètres, se sont aussi révélées précieuses en Afrique orientale pour des inventaires de la faune sauvage (Howard, 1970a).

Exemple typique d'une côte reboisée.

On distingue trois zones plantées d'Avicennia nitida à trois phases de croissance. Les jeunes arbres sont plus foncés, ont des cimes moins larges et des fûts plus courts que les arbres déjà âgés. Photographie aérienne prise au Surinam à l'échelle d'environ 1/20000e.

Photographie multibandes

L'emploi de la photographie en couleurs en cartographie topographique et planimétrique sous forme de bandes en complément de photographies existantes à petite échelle pourrait offrir L'intéressantes possibilités. La photographie multibandes suppose l'utilisation simultanée de deux appareils ou plus, ou celle d'un appareil multi-objectifs avec filtres appropriés (habituellement bandes étroites) et noir et blanc (habituellement infrarouge). Pour plus de commodité, ce dernier type de photographie aérienne sera appelé photographie multispectrale.

Il y a quelques années - comme c'est le cas pour l'inventaire national forestier en France - la photographie multibandes consistait d'ordinaire à prendre simultanément des photos panchromatiques en noir et blanc (avec un filtre minus-bleu) et des photos infrarouges en noir et blanc (avec un filtre rouge sombre ou noir). L'Institut géographique national se sert aussi de cette technique à deux appareils en Afrique depuis 1960 (Stellingwerf, 1971). Toutefois, on tend de nos jours à remplacer ces combinaisons film-filtre par la photographie simultanée couleur normale et infrarouge, ou à associer les deux méthodes. Quelquefois, on emploie une batterie de quatre appareils de format 70 ou 35 millimètres. Dans une étude réalisée par l'institut international des inventaires aériens et des sciences de la terre (International Institute for Aerial Survey and Earth Sciences) au Surinam, on s'est servi de quatre appareils 70 millimètres tandis qu'en Amérique du Nord on a fait l'essai de batteries comprenant jusqu'à neuf appareils (Lauer, 1971).

Alors que la photographie multibandes est basée sur la théorie soustractive des couleurs et qu'elle utilise des films à trois bandes, la photographie multispectrale demande un film noir et blanc à bande unique et un dispositif pour la «combinaison couleur des images» (en laboratoire) qui tire de quatre ou cinq expositions de films prises simultanément une image couleur unique. En dépit des inconvénients du petit format de la pellicule, la photographie multispectrale peut être utile aux forestiers du fait de la sélectivité que lui confère la possibilité d'enregistrer dans des parties clés du spectre solaire (par exemple par la détection des maladies). On trouve sur le marché plusieurs types de dispositifs pour la combinaison couleur des images, principalement ceux qui servent pour les images fournies par ERTS (Earth Resources Technological Satellite), les prix de ces dispositifs pouvant aller jusqu'à 30000 dollars U.S. Bien que des photographies aériennes multispectrales aient été prises de surfaces boisées tropicales, leurs résultats relatifs aux ressources forestières tropicales n'ont pas, à notre connaissance, été publiés.

Presque toutes les photos aériennes ont été prises à des altitudes de vol supérieures à 9400 mètres (c'est-à-dire dans les limites de la troposphère) pour obtenir des vues à une échelle supérieure à 1/85000e. Récemment, des avions pressurisés ont été utilisés pour prendre des photographies autres que militaires, à des altitudes allant jusqu'à environ 20000 mètres; ces photos, qui donnent des images à une échelle de 1/120000e ou plus petite, seront sans doute de plus en plus utilisées si l'on a besoin d'inventaires régionaux et nationaux sur l'utilisation des terres et les ressources terrestres qui appellent un pouvoir de résolution de 3 à 5 mètres, c'est-à-dire bien supérieur à celui des images fournies par ERTS-1. Il reste cependant que les altitudes de la photographie aérienne et de la photographie spatiale accusent entre elles une différence majeure. Les images fournies par Skylab, par exemple, ont été prises à une altitude de 660000 mètres.

Ces appareils photographiques utilisés pour les reconnaissances aériennes sont montés en groupe à l'extérieur d'un aéronef léger; ils comprennent un appareil de 70 mm pour la photographie en bande et quatre appareils de 35 mm synchronisés pour la photographie ponctuelle. Ce matériel à plusieurs fins est peu onéreux, facile à assembler et d'un usage commode.

La photographie spatiale (à partir de Gemini-4, Mercurey, Skylab, Skylark), comme les images fournies par ERTS-1, donnent une vue synoptique d'une vaste étendue de la surface terrestre. Une seule diapositive couleur en 70 millimètres de Skylab couvre une superficie au sol de 26500 kilomètres carrés. Le forestier est ainsi à même d'observer les grandes caractéristiques géologiques ou géomorphiques qui influent sur les forêts et qu'il n'avait pas décelées auparavant, et ces observations peuvent l'amener à modifier son optique à l'égard de l'inventaire des ressources forestières et de leur aménagement régional et national. On dispose d'abondantes données sur les structures et les densités de drainage. On peut établir une distinction entre les forêts de conifères et les forêts de feuillus et celles-ci, à leur tour, peuvent être distinguées des forêts mixtes, des peuplements de régénération, d'autres formations végétales (formations arbustives, prairies) et de quelques autres sous-formations (forêt dense opposée à formations boisées ouvertes). Sur certaines diapositives couleur de haute qualité fournies par Skylab, on a obtenu un pouvoir de résolution pour certains objets au sol d'environ 10 mètres, ce qui témoigne du rôle important que les images fourmes par satellite sont appelées à jouer. A la différence des images ERTS, la photographie spatiale actuelle ne couvre malheureusement qu'une petite partie de la surface terrestre.

Comme on l'a déjà fait remarquer, le forestier doit souvent travailler sur des photographies prises dans un but autre qu'un inventaire des ressources forestières. Ces photographies, souvent à petite échelle et quelquefois périmées, peuvent être dépourvues d'un certain nombre de renseignements forestiers ou des données détaillées nécessaires à l'inventaire; on supplée en grande partie à ces défaillances en prélevant en plus des sondages au sol suplémentaires, ce qui, habituellement, revient cher. Pour remédier à ces lacunes, on peut aussi prendre de nouvelles photos aériennes de certains périmètres. Cette deuxième solution n'est toutefois guère par les forestiers.

Diverses publications (par exemple, Langley, 1969) préconisent l'utilisation de photographies supplémentaires, associée à un sondage à plusieurs degrés réalisé à partir de photographies à très petite échelle ou d'images fournies par satellite. Depuis un petit avion, on prend des photos supplémentaires à grande échelle de bandes de terre largement espacées (photographie verticale par bandes) ou de petites surfaces dispersées (photographie verticale ou oblique autour d'un point fixe). Ces méthodes permettent, entre autres, de mettre à jour les renseignements sur le couvert forestier et la culture itinérante, donnés par d'anciennes photographies, de mieux identifier les essences forestières et les espèces arbustives, de suivre les dégâts causés par les maladies et ennemis des forêts et d'obtenir des données sur les habitats de la faune sauvage et des animaux domestiques.

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