Le cube spatio-temporel avec ArcMap et ArcScene: possible ou pas?

Nous avons suivi, lors des deux derniers articles (Le Cube spatio-temporel d’ArcGis : 1- découverte, Le cube spatio-temporel d’ArcGis : 2- hot spots et cold spots ), un exemple de construction et visualisation d’un cube spatio-temporel avec ArcGis Pro 1.0.
Nous verrons ici comment faire la même chose en dehors d’ArcGis Pro, avec ArcMap et ArcScene 10.3.
A la question posée dans le titre, est-ce possible ou pas?, nous allons répondre par l’affirmative, mais à quel prix?
La première partie, construction du cube, est possible dans ArcMap.
La visualisation en 3D du cube, même si ce n’est pas documenté dans la documentation ESRI, est possible avec ArcScene.
Voyons tous les obstacles à franchir, car c’est une course d’obstacles!
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Le cube spatio-temporel d’ArcGis : 2- hot spots et cold spots

Dans l’article précédent (Le Cube spatio-temporel d’ArcGis : 1- découverte) nous avons vu comment crée un cube spatio-temporel à partir d’un nuage de points XYZ.
Le cube spatio-temporel
Les points sont regroupés en « boîtes » (bins) correspondant à des pixels 3D.
Nous avons vu comment le représenter dans une scène 3D d’ArcGis Pro. Dans cet article nous allons voir comment analyser les tendances temporelles des valeurs des bins, en utilisant l’analyse des points chauds émergents.
cub20
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Le Cube spatio-temporel d’ArcGis : 1- découverte

Un des domaines où il reste beaucoup à faire dans les SIG est bien le domaine de l’analyse temporelle. En effet, si la quasi totalité des outils disponibles se concentrent sur les évolutions spatiales d’un phénomène, on se retrouve assez démuni quand il s’agît de visualiser ou d’analyser un phénomène qui évolue aussi en fonction du temps.

Nous avons, depuis un certain temps, des outils d’animation qui permettent de voir une séquence de cartes et percevoir des changements en fonction du temps. Mais bien qu’utiles pour la communication, ces outils ne permettent aucune analyse sérieuse des données.

Nous allons voir, dans une série d’articles, les nouveaux outils disponibles dans ArcMap et ArcGis Pro sous la forme d’une boîte à outils Outils d’exploration des modèles spatio-temporels (Time Pattern Mining). Nous allons suivre un exemple, d’abord avec ArcGis Pro, puis on verra comment faire avec ArcMap.

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ArcGis Pro: jointure spatiale et extrusion d’entités

Nous avons déjà abordé l’extrusion d’entités 2D pour créer des vues 3D dans l’article Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 2 – Avec couche 3D vers classe d’entités.
Dans cet article nous avons créé une vue 3D dans ArcScene à partir de la couche « bâti » du cadastre, en utilisant la propriété d’extrusion disponible dans la fenêtre de propriétés de la couche.

Nous allons ici réaliser la même opération, mais dans ArcGis Pro. Ceci permettra de voir comment s’intègre maintenant le travail en 3D, sans recours à une autre application en parallèle (ArcMap ArcScene).
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Créer des profils de terrain sous ArcGis ou QGis

Pour ceux qui sont amenés à travailler sur des Modèles Numériques de Terrain, les profils topographiques (ou profils de terrain) sont un outil de base, soit dans la phase de validation , soit dans les phases de traitement. Ils permettent de visualiser le relief en fonction d’une trajet sous forme d’un graphique avec la distance en abscisses et l’altitude en ordonnées.

Si des logiciel spécifiques existent, ici on ne verra que les deux majeurs du SIG : ArcGis et QGis.
Pour les deux exemples, on part de la base que vous avez un MNT affiché dans la fenêtre cartographique. Continuer la lecture de « Créer des profils de terrain sous ArcGis ou QGis »

Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(2)

Pour finir la création de notre propre source d’élévation, commencée dans l’article précédent (Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(1)) nous allons voir l’utilisation de la calculatrice raster dans ArCGis Pro.
Nous avons deux zones distinctes dans notre surface de travail:

  • une zone terrestre
  • une zone marine

chargement de couches 2D dans arcgis pro Continuer la lecture de « Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(2) »

Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(1)

La nouvelle application d’ArcGis étant disponible, nous allons lui consacrer quelques articles pour ceux qui veulent l’explorer ou ceux qui veulent démarrer un vrai projet.

Le plus d’ArcGis Pro est la cohabitation 2D-3D dans les projets. Sauf pour les adeptes d’ArcScene, la plupart des utilisateurs d’ArcMap se cantonnent aux vues 2D, même quand ils travaillent avec des données en plus de 2 dimensions comme les MNT.

Nous avons déjà publié une série d’articles qui abordent le sujet de comment passer des données 2d aux données 3D:

Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 1 – Avec Interpoler une forme

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3D – Les surfaces fonctionnelles -Cas particulier du littoral (interface terre mer)

Nous avons déjà abordé la génération de surfaces fonctionnelles (modèles numériques de terrain) pour la modélisation 3D. Leur application et leur mise en œuvre est essentielle dans les visualiseurs 3D comme ArcScene et ArcGis Pro. Il y a un cas particulier qui mérite qu’on s’intéresse un peu: le cas particulier de la zone littorale. A l’interface de la terre et la mer nous allons disposer, en général, de deux sources de données: les courbes de niveaux ou les élévations pour le domaine terrestre, et les isobathes ou les sondes pour le domaine marin.
Intégrer ces deux sources de données dans un seul modèle numérique de terrain peut sembler facile à première vue. Mais on a vite fait de fabriquer un modèle erroné. En effet, les deux sources de données ont des références verticales différentes.

Les références verticales utilisées à terre et en mer

Les hauteurs terrestres sont établies par rapport à un zéro commun à toute la France (le 0 IGN69). Les profondeurs des cartes marines sont établies par rapport à un zéro référencé par rapport à un port de référence (zéro hydro). Comme il y a plusieurs ports de référence le long de côtes françaises, et que chaque zéro hydro est calculé en fonction de la marée au port de référence, les différents zéro hydro ne sont pas à la même hauteur par rapport au zéro IGN69. Pour exprimer le problème plus simplement, une profondeur de 1m dans la Rade de Brest n’est pas à la même hauteur terrestre qu’une profondeur de 1m dans l’estuaire de la Gironde.
Pour comprendre la complexité du problème il suffit de regarder sur une carte la hauteur du 0 terrestre (dans la figure elle est représentée en jaune) et de la profondeur 0 de la carte marine correspondante (dessinée en rouge).

Selon les endroits, la différence de placement des zéros se traduira par une marche, un plateau, plus ou moins important. Dans la figure suivante, cet effet est marqué en vert.

Pour résoudre ce problème il faut impérativement transformer les données bathymétriques pour les ramener au zéro terrestre. Mais cette opération nécessite de connaître la valeur de cette correction pour la zone de travail.

Détermination de la correction du zéro hydro vers le zéro IGN69

Vous trouverez sur le site du Service hydrographique et Océanographique de la Marine (SHOM), à l’adresse www.shom.fr, un ouvrage téléchargeable gratuitement, le document « Références Altimétriques Maritimes ». Dans cet ouvrage, en plus de toutes les explications techniques, vous trouverz une carte des zones de marée avec l’indication du port de référence de chaque zone.

Pour chaque zone, un tableau indique la correction pour la zone (première ligne du tableau), puis les paramètres de correction pour tous les ports secondaires. En principe, seule la première ligne vous intéresse si vous utilisez les cartes marines courantes.

La valeur à utiliser est a valeur indiquée dans la colonne ZH/Ref. Dans l’exemple ci-dessus, -3.635. cette valeur doit être ajoutée à toutes les valeurs de profondeur pour le ramener à la référence terrestre. Mais n’oubliez pas de changer de signe aux profondeurs!
Une profondeur de 5m sur la carte marine est une hauteur de -5m par rapport au zéro hydro et de -5 + -3,635 = -8,635m par rapport au zéro terrestre.
Une fois toutes les profondeurs corrigées, si vous construisez votre MNT, le résultat obtenu n’aura plus de plateau et vos profils correspondront à la réalité.

Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 6-création de surfaces vecteur 3D

Le principe des surfaces, par rapport aux données vecteur classiques (points, lignes, polygones) est d’être continues sur toute l’emprise de travail. Dans une couche vecteur de points, il n’y a aucune informations stockée sur tous les endroits où il n’y a pas de point. Dans une couche de type surface, tous les endroits possèdent de l’information: là où il n’y en a pas on stocke l’information qu’il n’y en a pas! (NODATA).
Nous avons vu comment créer une surface raster das l’article précédent. Les rasters sont constitués de cellules carrées de même taille partout. L’inconvénient de ce type de surface c’est le volume de données en rapport avec la taille de cellule: plus la taille de cellule est petite, plus le volume du fichier augmente.
Une manière de réduire a taille, et par conséquent le temps de traitement et d’affichage, est de faire des cellules de taille différente: là où il y a de l’information on utilise de petites cellules pour stocker correctement la structure détaillée des entités géographiques, là où il n’y a pas d’information on utilise une seule et grande cellule. Pour pouvoir faire ceci, il convient d’utiliser des cellules triangulaires à la place des cellules carrées : on construit ainsi un réseau triangulaire irrégulier (TIN).

Créer une surface vecteur TIN

Dans ArcGis vous disposez de l’outil « Créer un TIN » dans la boîte à outils 3D Analyst->Gestion de données->TIN

La surface créée apparaît visuellement comme une surface raster et peut être utilisée telle quelle dans ArcMap et ArcScene.

La différence réside dans la structure de l’information: à la place de pixels raster on a des triangles.

Créer une surface vecteur TERRAIN (Jeu de données de MNT)

Un jeu de données de MNT (Terrain Dataset en anglais) est une surface TIN multi-résolutions créée à partir de plusieurs sources de données stockées en tant qu’entités dans une géodatabase (sources lidar, sonar,photogrammétriques). Les MNT résident dans la géodatabase, à l’intérieur du jeu de données où sont stockées les entités utilisées pour leur création.

Les MNT ne contiennent pas vraiment les données mais plutôt les règles des classes d’entités participantes, semblables à des topologies.
Les règles du jeu de données de MNT contrôlent la manière dont les entités sont utilisées pour définir une surface. Ainsi, une classe d’entités qui contient les lignes de falaise peut être utilisée dans une règle selon laquelle ses entités sont des lignes de fracture rigides. Cela produira l’effet escompté, à savoir la création de discontinuités linéaires (des « marches ») sur la surface.

Les règles indiquent également le mode de participation d’une classe d’entités selon la plage d’échelles. Il se peut que des entités soient nécessaires uniquement pour les représentations de surface de moyenne échelle à grande échelle. Vous pouvez utiliser des règles afin d’empêcher toute utilisation à petite échelle, d’où une amélioration des performances.

Un jeu de données de MNT au sein d’une géodatabase fait référence aux classes d’entités d’origine. Il ne stocke pas, à proprement parler, une surface en tant que raster ou TIN. Au lieu de cela, il organise les données en vue d’une récupération rapide et dérive une surface TIN à la volée. Cette organisation implique la création de « pyramides » de MNT utilisées pour n’extraire rapidement que les données nécessaires à la génération d’une surface du niveau de détail requis dans une zone d’intérêt donnée, à partir de la base de données. Le niveau de pyramide approprié est utilisé par rapport à l’échelle d’affichage actuelle ou peut être choisi par l’utilisateur dans des fonctions d’analyse.

L’apport de ce « format » dans ArcGis est considérable, non seulement par le fait qu’il permet d’intégrer plusieurs couches de données différentes pour « fabriquer » le modèle de terrain, mais aussi par la puissance et vitesse de traitement « à la volée ». Si vous avez à utiliser un MNT pour votre travail, cette option de travail a été conçue pour vous!

MAIS…, et oui, il y a un mais et un grand. C’est un format d’avenir, mais pas tout à fait de présent. Il ne peut pas être chargé dans ArcScene et pas non plus dans la vue 3D d’ArcGis Pro. Comme il est généré à la volée, rien n’a été prévu dans les visualiseurs 3D d’ArcGis pour faire ce travail. Si vous en avez un, il faut le transformer en couche statique (raster ou TIN) pour pouvoir le charger dans une vue 3D, en attendant un jour une version d’ArcScene et d’ArcGis Pro qui le prenne en charge.

Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 5-création de surfaces raster 3D

Créer une surfaces 3D à partir d’entités topographiques est assez courant pour des utilisateurs de SIG. En partant de données ponctuelles, linéaires ou surfaciques structurées en X,Y,Z ou seulement en X,Y mais avec un attribut contenant le Z, vous créez des surfaces continues qui peuvent être de deux grands types: des surfaces raster ou des surfaces vectorielles.

Créer un surface raster

Une surface raster est une surface continue constituée de cellules carrées contiguës. Toutes les cellules ont la même taille. Vous créez ces surfaces généralement en interpolant des entités ponctuelles (hauteurs), linéaires (courbes de niveau?…) ou plus rarement surfaciques.

Dans ArcGis il y a de nombreuses méthodes d’interpolation disponibles, mais il y en a une spécialement conçue pour créer des Modèles numériques de terrain.

Il s’agît de l’outil Topo vers raster est une méthode d’interpolation spécialement destinée à la création de modèles numériques de terrain (MNT) hydrologiquement corrects.
Topo vers raster interpole les valeurs d’altitude d’un raster en imposant des contraintes pour garantir :

  • une structure de drainage qui soit connectée,
  • la représentation correcte des crêtes et des cours d’eau à partir des données d’isolignes en entrée.
  • Ainsi, il s’agit de l’unique interpolateur d’ArcGIS conçu spécialement pour s’appliquer intelligemment à des entrées d’isolignes.

    Nous allons créer une surface raster à partir d’une couche d’isobathes.

    La commande Topo vers Raster se trouve dans la boîte 3D Analyst->Interpolation raster

    Une fois la couche en entrée définie, vous devez sélectionner le champ contenant les Z et choisir la taille des cellules en sortie.
    Le résultat s’affiche dans ArcMap.

    Cette couche peut être chargée dans ArcScene et peut être utilisée comme base pour les hauteurs affichées dans la vue.