Geological and hydro-geological natural hazards, as landslides and floods, are a threat to many transport networks built in mountainous areas. These risks, that are often small in intensity, are poorly evaluated or unknown.
This doctoral thesis focuses on the characterization and quantification of natural hazards that impact Swiss communication tracks. It also explores various remote sensing techniques dedicated to the survey of areas around traffic lanes.
A database has been created to characterize the many small events that regularly affect roads and railway lines in order to compensate the lack of knowledge. The number of events and their trends - such as their spatio-temporal distribution, the weather, the geology, the direct damages or the types of affected tracks- are thus known at the national level over a period of five years (2012-2016). It shows that a natural event, on average, disrupts the traffic every 2.1 days and that the events occur mostly during the months of June and July, late afternoon. Direct costs were estimated at CHF 4 million per year, with an average cost per event estimated at 23 400 francs.
In order to characterize the approaches to roads and railways, we have developed and tested the photogrammetric technique "on-motion Structure from Motion", whose cost is reasonable. This remote sensing technic makes possible to obtain colorized and georeferenced 3D point clouds from images taken by four action caméras placed on a moving vehicle. Its accuracy has been evaluated in laboratory conditions and on many sites. It was also compared with seven other traditional surveillance techniques to identify advantages and disadvantages.
This work highlights the impact and conséquences of small-scale natural hazards that, taken as a whole, are not negligible for society. In addition, this study demonstrates that low-cost survey technic can compete with more expensive traditional survey techniques.
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Les dangers naturels géologiques et hydrogéologiques -tels que les inondations, laves torrentielles, glissements de terrain, chutes de pierres et avalanches- sont une menace pour de nombreux réseaux de transports, car ils ont été construits dans des zones montagneuses. Ces risques, souvent de petite intensité mais avec une probabilité d'occurrence élevée, sont mal évalués ou méconnus.
Cette thèse de doctorat se concentre sur la caractérisation et la quantification des dangers naturels qui impactent les voies de communication suisses. Elle explore également diverses méthodes de télédétection dédiées à la surveillance des zones proches de voies de circulation.
Une base de données a été créée pour palier au manque de connaissance des nombreux petits événements qui affectent régulièrement les routes et lignes de chemin de fer. Le nombre d'événements et leurs tendances -telles que leur distribution spatio-temporelle, la météo, la géologie, les dommages directs ou les type de voies affectées- ont ainsi pu être connus à l'échelon national, sur une période de cinq ans (2012-2016). Il en ressort notamment qu'un événement naturel, en moyenne, perturbe le trafic tous les 2.1 jours et que les événements se produisent majoritairement durant les mois de juin et juillet, en fin d'après-midi. Les coûts directs ont été évalués à 4 millions de francs suisse par an, avec un coût moyen par événement estimé à 23 400 francs.
Afin de caractériser les abords de voies routières et ferroviaires, une méthode photogrammétrique « on-motion Structure from Motion », dont le coût d'équipement est raisonnable, a été développée et testée. Cette méthode de télédétection permet l'obtention de nuages de points 3D colorisés et géoréférencés à partir de photos prises par quatre caméras d'action placées sur un véhicule en mouvement. Sa précision a été évaluée en condition de laboratoire et sur de nombreux sites. Elle a été également comparée avec sept autres méthodes traditionnelles de surveillance afin d'en relever les avantages et les inconvénients.
Ce travail met en lumière l'impact et les conséquences des dangers naturels de faible ampleur qui, pris dans leur totalité, ne sont pas négligeables pour la société. De plus, cette étude démontre que des méthodes de surveillance à bas coût peuvent concurrencer les méthodes de surveillance traditionnelles plus onéreuses.
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Geologische und hydrogeologische Naturgefahren -wie Uberschwemmungen, Murgânge, Erdrutsche, Steinschlage und Lawinen- stellen fur viele Verkehrswege in Berggebieten eine Bedrohung dar. Diese Risiken, mehrheitlich von geringer Intensitat, aber mit einer hohen Eintrittswahrscheinlichkeit, sind oft schlecht einzuschatzen oder ganzlich unbekannt.
Die vorliegende Forschungsarbeit befasst sich mit der Charakterisierung und Quantifizierung von Naturgefahren, denen Schweizer Kommunikationswege ausgesetzt sind. Ausserdem werden verschiedene Fernerkundungsmethoden zur Uberwachung von Bereichen in der Nahe von Verkehrswegen untersucht.
Um den Informationsmangel uber die vielen kleinen Ereignisse auszugleichen, die regelmassig Strassen- und Eisenbahnlinien betreffen, wurde eine Datenbank erstellt. Die Schadensereignisse und ihre Trends - wie ihre raumliche und zeitliche Verteilung, das Wetter, die Geologie, der direkte Schaden oder die Art der betroffenen Strecke - sind auf nationaler Ebene uber einen Zeitraum von funf Jahren erfasst (2012-2016). Ein Schadensereignis mit Verkehrsbeeintrachtigung tritt im Durchschnitt aile 2,1 Tage auf. Auffallige Ereignishaufigkeiten werden in den Monaten Juni und Juli am Spatnachmittag verzeichnet. Die direkten Kosten belaufen sich auf 4 Millionen Franken pro Jahr, mit durchschnittlichen Kosten pro Ereignis von 23 400 Franken.
Um die direkte Umgebung von Bahnstrecken und Strassen zu charakterisieren, wurde die photogrammetrische Methode "on-motion Structure from Motion" entwickelt und erprobt. Die Kosten fur die erforderlichen Gerate sind angemessen. Dieses Fernerkundungsverfahren ermôglicht die Erstellung von farbigen und georeferenzierten 3D-Punktwolken aus Fotos, die von vier auf Fahrzeugen befestigten Action-Kameras aufgenommen wurden. Seine Genauigkeit wurde unter Laborbedingungen und an zahlreichen Standorten unter Beweis gestellt. Es wurde auch mit sieben anderen traditionellen ïlberwachungsmethoden verglichen, um Vor- und Nachteile zu ermitteln.
In dieser Arbeit werden der Einfluss und die Auswirkungen von kleineren Naturgefahren ausgewertet, die gesamtgesellschaftlich aber nicht vernachlassigbar sind. Daruber hinaus zeigt diese Studie, dass