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

Continuer la lecture de « Démarrer avec ArcGis Pro: créer sa propre source d’élévations(1) »

L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement (4)

Dans les trois derniers articles, nous avons vu un exemple d’application de chacune des méthodes principales de calcul du flux d’écoulement. Bien qu’ils soient assez parlants d’eux mêmes, il faut bien passer par un peu de théorie pour compléter le sujet.
Tout d’abord, voyons ce qui se passe avec la méthode la plus répandue, utilisée en particulier pour tous les calculs hydrologiques d’ArcGis, la méthode D8.

Analyse des problèmes de la méthode D8

La méthode D8 permet à l’écoulement de chaque pixel de se faire en direction d’un seul voisin de réception. Cela revient à traiter les flux qui ont pour origine un pixel (une surface à deux dimensions, X et Y) comme si c’était une source ponctuelle (sans dimension) et de générer une ligne d’écoulement descendante (avec une dimension, la longueur) au lieu d’un chenal d’écoulement (avec deux dimensions, largeur et longueur). Bref, on mélange allégrement des torchons et des serviettes. Le voisin de réception unique impose également des restrictions sur les configurations du chemin d’écoulement possible, parce que le flux peut se faire seulement selon une direction cardinale (haut,bas,gauche,droite) ou sur une diagonale.
Les erreurs résultantes de ces limites sont différentes pour les terrains où le débit est divergent (où la largeur du chemin d’écoulement augmente en descendant la pente), convergent (la largeur du chemin d’écoulement diminue vers l’aval), ou est parallèle (la largeur du chemin d’écoulement est constante tout au long de la pente).

Les pixels amont d’une cellule sont appelés la Surface Contributive Spécifique (SCA) de cette cellule (le « bassin versant » de cette cellule).
La méthode D8 calcule la SCA correctement pour un écoulement parallèle (la largeur de la surface d’écoulement ne varie pas d’amont en aval) que lorsque le flux est dans la direction x ou y. Lorsque le flux forme un angle par rapport à l’orientation de la grille principale, deux types d’erreurs se présentent:

  • 1-les erreurs qui affectent la direction du trajet d’écoulement et,
  • 2- une erreur de sous-estimation de la SCA pour un trajet d’écoulement donnée.
  • La première source d’erreur se produit lorsque le flux forme un angle différent d’un multiple de 45 °. Par exemple, si le flux forme un angle de 30 ° par rapport à l’Est(mesurés dans le sens antihoraire), la direction de plus grande pente donnée par la méthode D8 sera vers le NE, et chaque pixel se déversera vers son voisin du NE.
    Cela se produit par l’approximation de l’angle de l’écoulement à 45 °; le flux modélisé sera détournée de son vrai chemin de 15 °.
    La seconde source d’erreur résulte de la projection unidimensionnelle de l’écoulement. Considérez un écoulement parallèle avec un angle de 45°( ou un multiple de 45 °).

    scéma d'un écoulement parallèle

    Dans l’image, le pixel A est le sommet de la pente.
    La surface amont d’écoulement sera calculée par une diagonale de pixels, se touchant par les coins. Pour le pixel situé en haut et à droite, il recevra, d’après le calcul la pluie tombée sur les trois pixels situes en diagonale, jusqu’au sommet.
    En réalité elle devrait comprendre aussi une partie (la moitié) de chaque pixel gauche et droit de ces pixels amont. La surface amont d’écoulement est donc sous-estimée par un facteur de 2 lorsque vous utilisez la méthode D8.
    Lors de l’utilisation D8, les surfaces amont calculées pour un écoulement parallèle sont correctes seulement pour les écoulement qui se produisent précisément dans une direction cardinale (0°, 90°, 180°, ou 270°), sont sous-estimées par un facteur de deux pour les écoulements qui se font précisément dans une direction diagonale (45°, l35°, 225° ou 3l5°), et sont inférieures à la valeur correcte d’un facteur compris entre 1 et 2 pour le écoulements qui se produisent entre les directions cardinales et les diagonales.

    Pour un écoulement divergent comme celui que nous avons sur le MNT semi-sphérique des articles précédente, les choses ne se passent pas de la même manière. Voyons d’abord comment travaille la méthode D8 dans ce cas.

    schéma de l'écoulement de la méthode D8

    Dans l’image, on considère que le pixel A est le sommet de la montagne, sphérique ou conique. Comme il faut bien sortir de ce pixel vers le bas, supposons que la méthode décide que l’écoulement se fait vers le pixel situé au NE.
    Les flèches indiquent les directions définies pour les autres pixels. Considérons maintenant le pixel B. Aucun des pixels amont (pixels Ouest, Sud Ouest et Sud contigus) ne se déverse vers lui. La méthode considère donc qu’il n’y a pas de SCA, de bassin versant, pour ce pixel. C’est seulement la pluie tombée sur lui même qui sera transmise vers son pixel aval.
    En réalité, son SCA est dessinée sur l’image suivante:

    écoulement vrai pour la méthode D8

    Le pixel doit recevoir en réalité toute la pluie tombée dan le triangle formé par le sommet de la montagne et ses deux coins « latéraux ». Au lieu de ça, la méthode D8 lui affecte une SCA = 0.

    Regardons ce qui se passe avec le pixel situé à gauche de B.

    écoulement vrai de la méthode D8

    Pour une SCA réelle sensiblement égale à celle du pixel B, on va retrouver une SCA calculée correspondante aux deux pixels situés vers le Sud Ouest, donc SCA=2. Ceci est dû au fait que ce pixel se situe sur une direction multiple de 45° par rapport au sommet.

    Ce phénomène va se reproduire tout au long de la pente. Nous aurons ainsi, des pixels tout en bas de la pente qui, comme le pixel B, n’auront pratiquement aucune SCA, et d’autres qui auront cumulé tout au long de la pente. Dans le cas d’école de la montagne sphérique ou conique, tous les pixels en bas de pente devraient avoir exactement la même SCA et le même flux cumulé.

    Pour un écoulement convergent, comme ce serait le cas d’un cratère conique, on retrouve le même type de problème mais avec des écarts entre les directions privilégiées (0,45,90,…) et les autres, moins marqués.

    A la lumière de ce qu’on vient de dire, vous pouvez maintenant mieux comprendre le résultat que nous avons obtenu dans nos autres articles pour l’écoulement avec la méthode D8.

    résultat de l'exemple d'écoulement avec la méthode D8

    Les « traits » blancs sur les directions privilégiées sont les pixels qui ont récupéré les SCA de leurs pixels amont, les zones noires en bord de l’image correspondent aux pixels qui se trouvent être comme notre pixel B de l’exemple.

    Analyse des problèmes de la méthode Rho8

    La méthode Rho8 tente de résoudre l’un des problèmes de méthode D8, la déviation du sens d’écoulement modélisées vers une directions cardinale ou diagonale. Ceci résulte de la structure arbitraire de la grille où on ne peut choisir que l’une de ces 8 directions.

    La méthode utilisée se base sur le hasard et les probabilités, ce qui n’est jamais simple à expliquer. On va essayer d’abord la véritable explication:
    La méthode Rho8 introduit une composante stochastique dans la méthode D8, ce qui permet de mieux respecter le sens d’écoulement suivant une pente et direction données. Comme dans la méthode D8. chaque pixel débouche dans l’un de ses huit voisins. Le choix du pixel de réception parmi les voisins est faite de manière stochastique. A l’un des voisins il lui est attribuée une probabilité p d’être choisi et à un autre voisin lui est attribuée une probabilité l – p.
    Le système d’attribution de probabilités et l’objectif de cette méthode sont illustrés dans l’exemple suivant : Considérons une surface plane avec une pente orientée de 30 ° (mesurée dans le sens antihoraire à partir de l’Est). Selon la méthode D8, l’écoulement se fera vers le pixel voisin situé au NE. La direction d’écoulement aura donc une différence de 15° avec la véritable direction d’écoulement. La méthode Rho8 attribue une probabilité p pour l’écoulement vers son voisin du NE et une probabilité de 1′-p pour que l’écoulement se fasse vers l’autre possible voisin, le pixel situé à l’Est.
    Au fur et à mesure que l’on descend la pente, certains pixels se déverseront vers leur voisin du NE, et le reste se déversera sur le voisin de l’Est. Si le nombre de pixels qui se déversent vers le NE par rapport au voisin de l’Est respecte les bonnes proportions (la proportion attendue est p / (1 – p)), les lignes de flux résultantes auront une direction globale de 30 °. La valeur de p doit être telle que la valeur attendue de la direction de trajet d’écoulement est égal à l’angle de la pente (« aspect »).

    En des termes plus caricaturaux, si les conditions se prêtent (longueur de l’écoulement,etc.) le hasard fait que l’orientation est autant modifiée dans un sens comme dans l’autre et qu’on retrouve à l’arrivée l’orientation d’origine.

    Bien que cette méthode fournit (en espérance mathématique) la direction de trajet d’écoulement appropriée, tous les autres problèmes identifiés pour la méthode D8 persistent. Mais en plus, la méthode Rho8 introduit ses propres problèmes: le hasard ne garantit pas des résultats reproductibles, et dans des endroits avec flux parallèles, les chemins d’écoulement adjacents ne sont pas parallèles, mais ils sont déviés au hasard, ce qui provoque souvent une convergence de flux qui devraient être parallèles. Ceci arrive en particulier sur des portions de surface planes, où les chemins de flux devraient rester parallèles et où on retrouve, à la place, des pixels avec des fortes accumulations.

    Une fois que deux voies d’écoulement ont fusionné en raison de leur déviation aléatoire, il n’existe aucun mécanisme qui puisse les faire diverger à nouveau. Au fur et à mesure qu’on se déplace vers le bas de la pente, les erreurs augmentent à mesure que le flux devient de plus en plus concentré.

    En définitive, certains pixels auront les valeurs de SCA surestimées, tandis que d’autres qui ont été manquées par les flux d’écoulement déviés au hasard auront des valeurs sous-estimées.

    résultat de la méthode rho8

    Analyse des problèmes de la méthode MFD

    Les méthodes multi-directionnelles tentent de résoudre la limitation majeure de la méthode D8, la représentation unidimensionnelle de l’écoulement, en distribuant des flux à partir d’un pixel vers tous les pixels voisins qui se situent plus bas que lui. C’est la règle qu’on utilise pour distribuer les écoulements respectifs vers ces voisins qui change, selon la méthode utilisée.

    Nous ne rentrerons pas dans les détails de la méthode MFD, basées sur la pente directionnelle des pixels, mais dans tous les cas, chaque pixel va s’écouler vers trois ou quatre autres pixels en fonction de la pente.

    Lui-même, va recevoir de l’écoulement de trois ou quatre pixels amont voisins, écoulement de chaque pixel qui ne sera pas complet (comme dans la méthode D8), mais partielle.
    Sur un plan incliné, un plan conique, ou circulaire, si l’on dessiner la zone amont de chaque pixel, on peut observer que celle-ci forme un triangle inversé, avec le sommet situé sur le pixel considéré et la base sur la limite amont du plan.

    La valeur de SCA calculée pour un pixel (la surface contributive ou bassin amont) est correcte, si et seulement si, elle se trouve assez loin de bords de la zone couverte par le MNT. Si c’est le cas, la zone triangulaire est comprise dans le MNT, sinon la région triangulaire est incomplète et la SCA est sous-estimée.

    Un paramètre de la méthode (la convergence) permet de compenser dans une certaine mesure, ce problème.Pour une montagne en forme de cône circulaire, une valeur de 1,1 a donné de très bons résultats. Le souci c’est que cette « calibration » se base sur la symétrie géométrique de la surface et va souffrir dans la mesure la surface naturelle du terrain s’écarte des surfaces géométriques symétriques utilisées pour la calibration de la méthode.

    Conclusion (s’il y en a une…)

    On va conclure ici cette série d’articles, non parce que le sujet peut être considéré comme clos, mais bien au contraire, parce que le sujet peut être considéré définitivement ouvert.

    Le but de ces articles n’est pas d’apporter les réponses, mais de poser les questions. Une fois posées, ces questions, nous aborderons avec plus de modestie la modélisation hydrologique d’un terrain. Et à chacun de poursuivre sa route en essayant de répondre aux nouvelles questions posées.

    L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement (3)

    Dans les deux articles précédents (L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement (1) et L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement (2)) on a abordé trois méthodes de calcul du flux d’écoulement: deux méthodes unidimensionnelles (D8 et Rho8) et une méthode bidimensionnelle (MFD).

    Maintenant on va voir une variation de la méthode la plus répandue (D8) et que nous avons abordé en premier.

    Quatrième méthode : Déterministe infinie (D∞)

    La différence de cette méthode avec la méthode D8 est que le flux est réparti dans les deux cellules adjacentes les plus basses et pas seulement dans la cellule la plus basse. C’est une méthode bidimensionnelle.

    Dans QGis vous utiliserez, dans la fenêtre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (parallel)
    fenêtre pour la méthode déterministe infinie

    Le résultat du calcul de l’écoulement avec cette méthode, sur le MNT constitué d’une semi-sphère, est le suivant:
    calcul de l'écoulement avec la méthode déterministe infinie

    Si nous le comparons avec le résultat de la méthode D8:
    résultat du calcul d'écoulement avec la méthode D8

    On peut observer que, si bien le défaut de la surreprésentation dans les 8 directions (0,45,90,…) est toujours très marqué, les différences sont estompées.

    Le rapport entre les cellules avec moins de surface par rapport à celles qui ont beaucoup de surface est de 1 à 700 dans le cas de la méthode D8, et seulement de 1 à 22 dans le cas de la méthode Déterministe infinie.

    Cinquième méthode : algorithme de routage cinématique (KRA)

    On peut citer ici la méthode KRA: l’algorithme de routage cinématique. Cet algorithme d’écoulement de flux est unidimensionnel. L’écoulement se comporte comme une balle qui roulerait sur le MNT, sans restreindre sa position au centre des cellules. Le résultat de cette méthode est intermédiaire par rapport aux deux précédentes. Le rapport entre les cellules avec moins de surface par rapport à celles qui ont beaucoup de surface est de 1 à 45.

    résultat du calcul de l'écoulement avec la méthode kra

    On verra rapidement les méthodes restantes, car elles n’apportent pas beaucoup par rapport à celles déjà abordées.

    Sixième méthode:Braunschweiger Digitales Reliefmodell

    C’est une méthode multidimensionnelle. Elle s’apparente à la méthode MFD.
    Elle est disponible dans QGis dans Fenêtre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (parallel)
    Le résultat du calcul est le suivant:
    résultat de la méthode Braunschweiger Digitales Reliefmodell
    Celui-ci est à comparer avec le résultat de la méthode MFD:
    résultat du calcul avec la méthode MFD

    Le résultat apparaît nettement meilleur que ceux produits par les méthodes unidimensionnelles, mais par rapport à la méthode MFD on voit bien un certain biais radial.

    Septième méthode : DEMON (Digital Elevation Model Network)

    C’est une méthode bidimensionnelle, mais assez compliquée. Elle se base sur la création d’une matrice de bassin versant amont et aval pour chaque pixel. Impossible de l’expliquer ici. Si vous êtes intéressé, mieux vaut aller à la source (Costa-Cabral, M. C.; Burges,S. J. Digital elevation model networks (DEMON): A model of flow over hillslopes for computation of contributing and dispersal areas. Wat. Resour. Res. 30: 1681–92. (1994))
    Retenez une chose, il lui faut beaucoup de temps pour calculer. Sur notre exemple, qui est très simple, il lui faut environ 8 minutes pour calculer le résultat. Alors avec des vrais MNT …
    Dans QGis elle est disponible dans QGis dans Fenêtre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (flow tracing)
    Voici le résultat obtenu:

    résultat de la méthode DEMON de calcul de l'écoulement

    Ce résultat est très proche de la méthode Déterministe infinie (voir en début de cet article), ce qui est normal car les deux sont des méthodes bidimensionnelles.

    Nous avons fait le tour des principales méthodes de calcul de l’écoulement. Reste à voir un peu plus en détail les problèmes posés par les principales méthodes. C’est ce que nous aborderons dans le prochain et dernier article sur le sujet

    L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement (2)

    Cet article fait suite directe de l’article L’hydrologie avec un SIG, pour les nuls (que nous sommes): calcul de l’écoulement(1)

    Nous allons voir maintenant le résultat de l’application d’une autre méthode de calcul d’écoulement.

    Deuxième méthode : Rho8

    Elle est une modification de la méthode précédente. C’est toujours un flux unidimensionnel: toute l’eau de la cellule passe vers une et une seule autre cellule. Si dans la méthode D8, le flux est calculé selon la pente la plus importante entre la cellule considérée et ses 8 cellules contiguës, dans la méthode Rho8 on va introduire un facteur aléatoire, calculé à partir de l’orientation de la cellule centrale et de la direction des deux cellules contiguës qui se situent dans cette direction.

    Dans QGis vous utiliserez, dans la fenêtre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (parallel)
    méthode Rho8 pour le calcul de l'écoulement
    Le résultat de cette méthode sur le MNT en forme semi-sphérique, pour la couche « catchment area » est le suivant:
    résultat de l'écoulement Rho8

    Si vous comparez maintenant avec le résultat de la méthode D8:
    résultat de la méthode de calcul de l'écoulement D8

    Vous pouvez observer que la concentration sur les 8 directions principales (0,45,90,135,…) est nettement moins marquée. Par contre, étant donné que nous sommes sur un sphère parfaite, l’eau devrait s’écouler de manière homogène et non sous forme de « fils ».

    Pour mieux comprendre ce commentaire, nous allons passer à une autre méthode de calcul.

    Troisième méthode : Multiple Flow Direction (MFD) aussi dénommée FD8

    Contrairement aux deux méthodes précédentes, l’écoulement à partir d’une cellule ne se fait pas en direction d’une et une seule cellule. Selon la pente du terrain, toutes les cellules situés plus bas que la cellule concernée recevront une partie de l’écoulement.

    La figure suivante est tirée de la publication à l’origine de cette méthode.
    écoulement multiple

    Vous pouvez consulter cette publication directement :Quinn, P.F.; Beven, K.J.; Chevallier, P.; Planchon, O.; The prediction of hillslope flow paths for distributed hydrological modelling using digital terrain models, Hydrological Processes, 5: 59–79. 1991

    Pour mettre en oeuvre cette méthode, avec QGis, vous utiliserez, la fenêtre de traitements-> SAGA -> Terrain analysis-Hydrology -> Catchment area (parallel)

    fenêtre de traitement sage : MFD

    Le résultat de cette méthode sur le MNT en forme semi-sphérique, pour la couche « catchment area » est le suivant:
    résultat de l'écoulement calculé avec la méthode MFD (FD8)

    Ici nous avons un écoulement globalement uniforme, sur une semi-sphère uniforme. Si on zoome, on s’aperçoit que la structure en 8 imprime un certain tramage. En effet, même si les flux sont multiples, il sont calculés de centre de la cellule centrale aux centres des cellules contiguës. La trame 0,45,90,… apparaît ici, mais quand on regarde au niveau du détail et disparait quand on regarde le phénomène de plus haut.

    Dans le prochain article on abordera les autres méthodes de calculs restantes.

    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.

    Comment passer vos données de la 2D à la 3D pour exploiter pleinement ArcGis Pro 1.0? 3 – Vos rasters 2D vers 2,5D (surfaces fonctionnelles)

    Le terme trois dimensions (3D) est souvent galvaudé, car de nombreuses applications aujourd’hui stockent et affichent des données en deux dimensions et demie (2.5D) : les surfaces fonctionnelles. Une surface fonctionnelle est continue, et toutes les localisations sur la surface ne peuvent avoir qu’une valeur d’altitude, ou z, par coordonnée x,y. Les véritables surfaces 3D sont quelquefois désignées sous le terme de surfaces de modèle solides et ArcGIS les gère à l’aide d’entités multipatch. Par opposition à une surface fonctionnelle qui présente une continuité de surface, on trouve des surfaces de modèle solides capables de modéliser et de stocker des valeurs en 3D ou il y a plusieurs valeurs z par coordonnée x,y.
    ArcGis traite les surfaces raster, TIN, de jeux de données de MNT et LAS comme des surfaces fonctionnelles. Les surfaces fonctionnelles peuvent stocker une valeur z unique, et non pas plusieurs valeurs z, pour un emplacement x,y donné. L’exemple probablement le plus répandu de surface fonctionnelle correspond aux surfaces terrestres représentant la surface de la terre. D’autres exemples de surfaces fonctionnelles terrestres incluent les données d’isobathes, les profondeurs de nappes phréatiques et les strates géologiques individuelles. Les surfaces fonctionnelles permettent également de représenter des surfaces statistiques décrivant des données climatiques et démographiques, la concentration de ressources et d’autres données biologiques.
    Un autre type de donnée très répandue est la photographie aérienne ou satellitaire. Nous allons prendre comme exemple une couverture orthophotographique.

    Avant de voir comment passer cette image de 2D en plus de 2D (2,5 ou 3) il faut rappeler comment sont stockées les données XY pour les rasters. Les SIG stockent les coordonnées de chaque point composant une entité vectorielle (points, lignes, polygones). Pour une ligne, le SIG aura les XYZ de chaque point la composant. Par contre, pour un fichier de type raster, composé de pixels et couvrant toujours la totalité de la surface, il est impossible de stocker les coordonnées XYZ de chaque pixel composant l’image. Sans rentrer dans les détails des différents systèmes de géoréférencement d’un raster, le plus simple et ancien consiste à stocker les coordonnées(X et Y) du coin haut gauche de l’image, puis de la taille en X et de la taille en Y des pixels. Avec ces 4 valeurs il est possible de dessiner l’image et de la superposer aux autres couches de données.
    Comme chaque pixel n’a pas de coordonnées XY propres, il est impossible de leur adjoindre une coordonnée Z.
    Alors, comment faire pour voir notre photo aérienne en 3 dimensions?
    On va lui affecter une surface de référence, une surface fonctionnelle dans laquelle la valeur du pixel sera le Z souhaité. Cette surface sera généralement un Modèle numérique de terrain (MNT). Puis on dira à ArcGis que l’on souhaite qu’il drape notre photo aérienne sur cette couche de référence.
    Concrètement, dans ArcScene on charge la photo aérienne, puis dans la fenêtre de propriétés de la couche, dans l’onglet « Hauteurs de base » cochez l’option « Flottant sur une surface personnalisée » et naviguez pour indiquer votre couche de référence (MNT).

    La photo apparaît alors drapée sur le MNT. Pour ne pas avoir a refaire cette opération chaque foius que vous voulez afficher votre photo aérienne, il suffit de sauvegarder la couche dans un fichier de couche (.lyr), en cliquant avec le bouton droit de la souris sur la couche puis « sauver comme fichier de couche ».
    Quand vous chargerez cette couche dans ArcScene elle apparaîtra directement en 3D (plus exactement en 2,5D).