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Comment connaître le GSD (taille de grille, résolution) en mètres d'un raster existant lorsque l'on travaille en coordonnées géographiques ?


J'aurais besoin de connaître le GSD ou la taille de la grille (résolution), en mètres, d'un raster créé lorsque vous travaillez dans un système de coordonnées géographiques dans ArcGIS. Est-ce possible?

Mieux encore, puis-je définir la taille de cellule du raster en mètres (pas en degrés) lorsque j'effectue la création du raster si je travaille dans un système de coordonnées géographiques ?


Si vous voulez une valeur exacte, ce n'est tout simplement pas possible. En effet, la taille d'un degré varie avec l'emplacement, vous ne pouvez donc pas dire exactement la taille de votre pixel en mètre basé sur une grille en degré. Si vous convertissez en un système de coordonnées projetées, cette grille sera déformée et vous aurez besoin d'une sorte de rééchantillonnage.

Pour une estimation rapide, vous pouvez considérer que 1 degré de latitude = 111,3 km et un degré de longitude = 111,3 km* cos(latitude). Voir ici pour plus de détails


Données et informations

Lorsque j'ai commencé à écrire ce texte en 1997, mon bureau se trouvait de l'autre côté de la rue (et, heureusement, au vent) de la centrale électrique de Penn State. L'énergie utilisée pour chauffer et refroidir mon bureau y est toujours produite en brûlant du charbon extrait des crêtes voisines. La combustion transforme l'énergie potentielle stockée dans le charbon en électricité, ce qui résout le problème d'un bureau qui serait autrement trop froid ou trop chaud. Malheureusement, la solution elle-même pose un autre problème, à savoir les émissions de dioxyde de carbone et d'autres substances plus nocives dans l'atmosphère. Des moyens plus propres de produire de l'électricité existent, bien sûr, mais ils impliquent aussi de transformer l'énergie d'une forme à une autre. Et les méthodes plus propres coûtent plus cher que la plupart d'entre nous sont disposés ou capables de payer.

Il me semble qu'une centrale électrique au charbon est une assez bonne analogie pour un système d'information géographique. D'ailleurs, le SIG est comparable à n'importe quelle usine ou machine qui transforme une matière première en quelque chose de plus précieux. Les données sont de l'eau pour le moulin SIG. Le SIG est comme la machinerie qui transforme les données en informations sur les produits de base nécessaires pour résoudre des problèmes ou créer des opportunités. Et les problèmes que le processus de fabrication lui-même crée incluent des incertitudes résultant d'imperfections dans les données, une mauvaise utilisation intentionnelle ou non intentionnelle de la machine et des problèmes éthiques liés à l'utilisation des informations et à qui y a accès.

Ce texte explore la nature de l'information géographique. Étudier la nature de quelque chose, c'est étudier ses caractéristiques et qualités essentielles. Pour comprendre la nature de l'énergie produite dans une centrale électrique au charbon, il faut étudier les propriétés, la morphologie et la répartition géographique du charbon. Par le même raisonnement, je pense qu'une bonne approche pour comprendre les informations produites par le SIG est d'étudier les propriétés des données géographiques et les technologies et institutions qui les produisent.

Objectifs

L'objectif du chapitre 1 est de situer le SIG dans une entreprise plus grande connue sous le nom de sciences et technologies de l'information géographique (GIS&T), et dans ce que le département américain du Travail appelle l'industrie géospatiale. En particulier, les étudiants qui terminent avec succès le chapitre 1 devrait être capable de :

  1. Définir un système d'information géographique
  2. Reconnaître et nommer les opérations de base de la base de données à partir de descriptions verbales
  3. Reconnaître et nommer les approches de base de la représentation géographique à partir de descriptions verbales
  4. Identifier et expliquer au moins trois propriétés distinctives des données géographiques et
  5. Décrivez les types de questions auxquelles le SIG peut aider à répondre.

Configurer votre mapfile pour servir les couches WCS¶

Tout comme dans la prise en charge WMS et WFS, la publication WCS est activée en ajoutant certaines paires de mots-clés/valeurs METADATA magiques à un fichier .map.

MapServer servira et inclura dans ses capacités WCS uniquement les couches qui remplissent les conditions suivantes :

  • La source de données est un raster, qui est traité à l'aide de GDAL (par exemple GeoTIFF, Erdas Imagine, . )
  • LAYER NAME doit être défini
  • LAYER TYPE est réglé sur RASTER
  • Les métadonnées WEB ou les métadonnées LAYER “wcs_enable_request” doivent être définies
  • Les métadonnées WEB “wcs_label” doivent être définies
  • Les métadonnées LAYER “wcs_label” doivent être définies
  • Les métadonnées LAYER “wcs_rangeset_name” doivent être définies
  • Les métadonnées LAYER “wcs_rangeset_label” doivent être définies
  • LAYER est activé pour être servi via WCS (voir MS RFC 67)
  • LAYER PROJECTION doit être paramétré, même si PROJECTION est paramétré au niveau MAP (un bug ?)

Exemple de fichier de mappage de serveur WCS¶

Ce qui suit est un exemple d'un simple mapfile de serveur WCS. Notez les commentaires pour les paramètres requis.

Formats de sortie¶

Les formats raster pris en charge par MapServer WCS sont déterminés par l'élément de métadonnées wcs_formats sur la LAYER. Celui-ci doit contenir une liste séparée par des espaces de noms de pilotes OUTPUTFORMAT séparés par des espaces. S'il est absent, tous les OUTPUTFORMAT raster sont autorisés.

WCS est un format orienté “raw data”. Il est donc souvent plus approprié de l'utiliser avec le format utilisant les IMAGEMODE BYTE, INT16 et FLOAT32 avec les formats de sortie liés à GDAL plutôt que les formats de sortie intégrés « orientés vers le rendu ». Par défaut, le seul pilote au format GDAL défini est le pilote GTiff. Voici des exemples de déclarations de format de sortie utilisant les modes d'image brute :

Le FORMATOPTION FILENAME définit le nom préféré du fichier de résultats lors du retour des résultats WCS GetCoverage.


Stockage de données de grille

Une grille est stockée dans un espace de travail ArcInfo. La grille, comme une couverture, est stockée dans un répertoire séparé avec des tables et des fichiers associés qui contiennent des informations spécifiques sur la grille. Dans un répertoire de grille d'entiers (créé à l'origine par ArcInfo Workstation), les tables et fichiers suivants se trouvent : la table BND, qui stocke la limite de la grille le fichier HDR, qui stocke des informations spécifiques décrivant la grille, par exemple, la résolution des cellules et facteur de blocage la table STA, qui contient les statistiques de la grille la table TVA, qui stocke les données d'attributs associées aux zones de la grille le fichier journal (LOG), qui surveille l'activité qui s'est produite sur la grille et le fichier de tuiles w001001 .adf (q0x1y1), qui stocke les données de la cellule et le fichier d'indexation associé w001001x.adf (q0x1y1x) qui indexe les blocs de la tuile et du LOG. (Certains d'entre eux, tels que le fichier journal, peuvent ne pas exister s'ils sont créés à l'aide d'opérateurs ArcGIS.)

Si une grille est modifiée, les valeurs et informations contenues dans les fichiers et les tableaux sont immédiatement mises à jour. Les informations contenues dans une table INFO sont accessibles à l'utilisateur et renseignent sur la grille.

Tableau BND

Une grille BND contient la limite de la grille. La limite est un rectangle qui englobe les cellules d'une grille, elle est stockée dans les coordonnées de la carte. Tous les BND de grille sont stockés en double précision.

Les coordonnées minimales dans la table BND correspondent au coin inférieur gauche de la cellule inférieure gauche de la grille. Les coordonnées maximales correspondent au coin supérieur droit de la cellule supérieure droite de la grille.

Fichier HDR

Le HDR est un fichier binaire. Les informations stockées dans le fichier incluent la taille de la cellule, le type de grille (entier ou à virgule flottante), la technique de compression, le facteur de blocage et les informations sur les tuiles.

Tableau STA

La table STA est une table INFO qui contient des données statistiques sur une grille. Le minimum, le maximum, la moyenne et l'écart type de la grille sont stockés sous forme de valeurs à virgule flottante dans la table STA. Vous ne devez pas tenter de modifier ces valeurs directement.

Étant donné que NoData représente une valeur inconnue, NoData n'est pas utilisé dans le calcul des statistiques dans la table STA.

Lorsqu'une grille à deux niveaux (contenant uniquement les valeurs 0 et 1) est créée, la table STA contient la valeur 0 pour la moyenne et -1 pour l'écart type. La valeur d'écart type -1 indique que les statistiques n'ont pas été calculées pour une grille.

Une valeur d'écart type de -2 indique que la grille ne contient que des cellules NoData.

Tableau TVA

La TVA est une table INFO qui stocke les attributs associés aux zones d'une grille. Seules les grilles d'entiers ont une TVA qui leur est associée. Chaque TVA a au moins deux éléments, VALUE et COUNT. L'élément VALUE contient des valeurs entières qui sont utilisées pour distinguer les caractéristiques d'un emplacement des autres emplacements dans une grille. Toutes les cellules auxquelles est affectée la même valeur contiennent les mêmes caractéristiques et, par conséquent, appartiennent à la même zone. COUNT est le nombre de cellules dans une zone.

De nouveaux articles peuvent être ajoutés à la TVA. Les éléments VALUE et COUNT ne doivent pas être modifiés et la TVA doit être maintenue triée sur l'élément VALUE. N'ajoutez jamais de nouveaux éléments avant VALUE ou COUNT.

Les cellules contenant NoData ne sont pas représentées dans la TVA.

Voici un exemple de TVA :

Fichiers de tuiles

Les fichiers w001001.adf (q0x1y1) et w001001x.adf (q0x1y1x) stockent les données et l'index de la première tuile de base dans une grille. La limite supérieure de la taille d'une tuile est très grande et la plupart des grilles sont stockées à l'aide d'une seule tuile. Si des tuiles supplémentaires sont utilisées, elles sont automatiquement numérotées en fonction de leur relation spatiale avec la première tuile. Les tuiles sont implémentées sous forme de fichiers binaires de longueur variable. Avec les versions antérieures à ARC/INFO 7.x, ces fichiers étaient nommés q0x1y1 et q0x1y1x et fonctionnent toujours avec le logiciel actuel.

Fichier journal

Le fichier LOG est un fichier ASCII qui contient des informations sur la création et les modifications apportées à une grille. Le LOG surveille les actions effectuées sur la grille, mais il ne contient pas toutes les actions effectuées avec la grille. Étant donné que toutes les fonctions de grille aboutissent à une nouvelle grille, seules les commandes de grille, telles que RENOMMER et COPIER, peuvent modifier une grille existante et être entrées dans le fichier LOG. Le fichier LOG est accessible, comme tous les fichiers ASCII, via des commandes système ou n'importe quel éditeur de texte.

Limites de stockage

  • Il ne peut pas être stocké à l'aide d'espaces.
  • Il ne peut pas commencer par un chiffre.
  • Il ne peut pas dépasser 13 caractères (une grille multibande est autorisée jusqu'à 9 caractères).
  • Moins de 5 000 grilles à virgule flottante, ou
  • Moins de 3 333 grilles d'entiers, avec TVA (moins de 5 000 si pas de TVA), ou
  • Moins de 10 000 piles de grille

Les nombres précédents sont les maximums théoriques. Si vous avez un processus qui va créer des grilles intermédiaires (et donc des fichiers dans le répertoire INFO) ces nombres seront moindres. De plus, si vous stockez un mélange de fichiers, tels que des grilles et des couvertures, vous en stockerez moins.

Ces nombres se rapportent au nombre de fichiers dans le dossier de grille qui stockent des informations dans le répertoire INFO. La limite est de 10 000 (9 999), mais ce n'est pas le nombre total de fichiers dans un répertoire INFO, c'est le nombre de fichiers pointant vers les fichiers du répertoire INFO. Pour chaque grille, il y a deux fichiers dans le dossier de la grille pointant vers des fichiers dans le dossier INFO : les fichiers BND (limites) et les fichiers de table STA (statistiques) (9999/2≈5000). Lorsqu'une grille a une TVA, celle-ci pointe également vers des fichiers dans le répertoire INFO, donc le nombre pouvant être stocké est à nouveau réduit (9999/3≈3333). Une pile de grille n'a qu'un seul fichier qui pointe vers le répertoire INFO (9999/1≈9999).


Comment connaître le GSD (taille de grille, résolution) en mètres d'un raster existant lorsque l'on travaille en coordonnées géographiques ? - Systèmes d'information géographique

Quelques sociétés commerciales de logiciels ont profité de cette opportunité. BOSS International distribue actuellement le logiciel RiverCAD qui permet aux utilisateurs d'afficher la sortie HEC-RAS dans AutoCAD. Cependant, nous comprenons que les systèmes d'information géographique (SIG) offrent un environnement supérieur pour ce type de travail. Bien que la CAO soit un bon environnement pour la visualisation, le SIG fournit des outils pour des requêtes plus complexes, le stockage, la cartographie, l'analyse et la visualisation des données spatiales. Reconnaissant les avantages du SIG, Dodson & Associates, Inc. a développé GIS Stream Pro, avec lequel l'utilisateur peut développer des sections transversales HEC-RAS basées sur un modèle de terrain. Après avoir exécuté HEC-RAS, GIS Stream Pro peut délimiter la plaine inondable dans ArcView GIS. GIS Stream Pro exige que l'utilisateur entre des paramètres dans HEC-RAS, tels que les coefficients de Manning, les descriptions des ponts et des ponceaux et les coefficients de contraction/expansion des canaux. Pour un grand modèle HEC-RAS, cela peut nécessiter beaucoup de temps pour le développement du modèle. Mais plus important encore, la plupart des modèles de terrain ne représentent pas très bien les cours d'eau, en raison des interférences des arbres et de l'eau dans le processus de photogrammétrie. Les coupes développées à partir d'un modèle de terrain contiendront-elles donc une résolution suffisante pour la modélisation hydraulique dans HEC-RAS ?

De nombreux ingénieurs en exercice ont déjà établi des modèles HEC-RAS pour l'analyse des plaines inondables. Les outils décrits dans ce didacticiel offrent une méthode permettant de post-traiter rapidement la sortie HEC-RAS, afin de permettre la visualisation et l'analyse des plaines inondables dans ArcView GIS. En outre, la méthode peut être utilisée pour développer un modèle de terrain avec une densité élevée de points dans le canal et une densité plus faible ailleurs. Ainsi, ce terrain unique est utilisable à la fois pour la modélisation hydrologique et hydraulique.

Objectifs de l'exercice

  • Importer la sortie HEC-RAS dans ArcView
  • Créer une représentation de flux numérique
  • Combinez les données HEC-RAS et DEM pour développer un modèle de terrain en trois dimensions
  • Délimiter et analyser la plaine inondable HEC-RAS

Logiciels et données requis

  • waller.rep - fichier texte de sortie HEC-RAS
  • floodmap.apr - Projet ArcView contenant les scripts et les menus nécessaires à la cartographie de la plaine inondable
  • roads.shp, roads.shx, roads.dbf - fichier de formes ArcView des rues d'Austin
  • digitize.shp, digitize.shx, digitize.dbf - fichier de formes ArcView de la ligne centrale de Waller Creek
  • polyclip.shp, polyclip.shx, polyclip.dbf - Fichier de formes ArcView de la limite de la zone d'étude
  • orthophoto.tif, orthophoto.tfw - Orthophotographie numérique résolution 1 mètre de la région d'Austin
  • auseast.e00 - Modèle numérique d'élévation au format d'export Arc/Info
  • land.avl, water1.avl, water2.avl - Schémas de couleurs du thème
  • Au cours de ce didacticiel, vous allez créer des données SIG qui consommeront environ 120 Mo d'espace disque dur. Assurez-vous d'avoir suffisamment de place avant de commencer.
  • Les procédures décrites ici nécessitent l'utilisation du modèle numérique d'élévation, auseast. Pour l'ouvrir dans ArcView, vous devrez le convertir du format d'exportation Arc/Info (.e00) en une grille. Ceci peut être accompli en utilisant la fonction Import71 du Menu Démarrer/Programmes/ESRI dossier.

Procédure

1. Utilisation des menus Floodmap

Les descriptions résumées de ces éléments de menu sont fournies comme suit :

  • Importer les données HEC-RAS - Traduit les données de sortie HEC-RAS du fichier texte au format ArcView.
  • Formater le flux numérique - Le fichier de formes de la ligne médiane du flux numérique doit être formaté afin d'être utilisé dans les étapes suivantes.
  • Carte des coupes HEC-RAS - Les coordonnées cartographiques sont affectées aux coupes HEC-RAS.
  • Rééchantillonner les élévations de la section transversale - Rééchantillonne les élévations des sections transversales pour incorporer les données d'élévation du modèle numérique d'élévation (DEM).
  • Ligne centrale de flux et lignes bancaires - Forme un thème de ligne tridimensionnel de la ligne centrale du ruisseau, des rives droites et des rives gauches.
  • Convertir la grille en points Effectue une conversion raster en vecteur sur un DEM.
  • Polygone de délimitation de la section transversale - Forme un polygone représentant la limite extérieure des sections transversales cartographiées.
  • Cartographier les profils de surface de l'eau - Le profil de surface d'eau calculé par HEC-RAS à chaque section transversale se voit attribuer des coordonnées cartographiques.
  • Délimiter la plaine inondable - Les zones inondées par les crues sont déterminées.
  • Retourner la polyligne - Inverse la direction d'un thème de ligne.
  • Comparer les profils transversaux - Crée un fichier texte contenant des données de coordonnées de section transversale pouvant être utilisées pour créer des tracés de profil.
  • Grille de clips par thème - Clips un DEM basé sur un thème de polygone donné.

2. Importation de la sortie HEC-RAS

Lorsque vous avez terminé de configurer la fenêtre, cliquez sur le bouton "Générer un rapport". HEC-RAS créera ensuite un fichier de sortie et l'enregistrera dans un emplacement que vous désignerez. Le fichier de sortie résultant peut être visualisé dans n'importe quel éditeur de texte. Notez l'emplacement où vous avez enregistré le fichier et quittez HEC-RAS.

Ensuite, nous importerons les données HEC-RAS dans notre projet ArcView. Accédez à la fenêtre de visualisation et sélectionnez le Floodmap/Importer des données HEC-RAS option de menu. Avant de continuer, il est nécessaire de choisir les unités avec lesquelles vous souhaitez travailler. Pour ce tutoriel, le modèle HEC-RAS a des unités de pieds. Cependant, les données SIG (shapefiles, orthophotographie et DEM) sont en unités de mètres. Lorsqu'ArcView interroge les unités, sélectionnez les compteurs :

Selon la taille du fichier de sortie et la vitesse de votre ordinateur, le processus d'importation peut prendre entre quelques secondes et quelques minutes. La progression est affichée en bas de la fenêtre de visualisation. Une fois le traitement terminé, sélectionnez un nom de fichier et un emplacement lorsque vous y êtes invité. Fondamentalement, cette étape transforme les données de sortie du format de fichier texte au format dBASE, qui peut être lu par ArcView sous forme de tableau. Pour afficher les données dans ArcView, retournez à la fenêtre principale du projet et cliquez sur l'icône. La fenêtre de sélection de table doit maintenant afficher "Table1". Ouvrez-le et votre fenêtre devrait ressembler à ceci :

  • numéro de section (Station)
  • description de la section, si fournie dans HEC-RAS (Description)
  • type d'ouvrage hydraulique (Type)
  • élévation de l'eau (FloodElev)
  • les coordonnées latérales et d'élévation de tous les points de coupe (stockées dans une variable globale, pas dans le tableau)
  • la largeur de la plaine inondable gauche et droite mesurée à partir de la ligne médiane du cours d'eau (LFloodX, RFloodX)
  • la distance aux stations de berge mesurée à partir de la ligne médiane du cours d'eau (LBankX, RBankX)
  • l'élévation de la station rive gauche, du centre du cours d'eau et de la station rive droite (LBankZ, ChannelZ, RBankZ)
  • les longueurs de portée additives entre les sections transversales à partir de l'extrémité amont (CanalY)

3. Représentation de la ligne centrale du flux

  1. Données de l'Enquête - Les données représentant la ligne médiane du cours d'eau peuvent être disponibles à partir d'enquêtes sur le terrain. Si c'est le cas, c'est peut-être le moyen le plus rapide de générer une représentation SIG vectorielle du flux.
  2. Atteindre les fichiers - Les fichiers de portée sont une série de bases de données hydrologiques nationales qui identifient et interconnectent de manière unique les segments de cours d'eau ou « trajets » qui composent le système de drainage des eaux de surface du pays. Les bases de données comprennent des informations telles que des codes de portée uniques pour chaque segment de flux, des relations amont/aval et des noms de flux (si possible). La dernière version, le fichier de portée 3 (RF3), consiste en une hydrographie graphique numérique à l'échelle 1:100 000 attribuée. Les données peuvent être téléchargées à partir du site Web BASINS de l'Environmental Protection Agency (EPA) des États-Unis.
  3. Basé sur DEM - Un programme tel que CRWR-PrePro peut être utilisé pour dériver une représentation de flux vectoriel en utilisant un DEM comme seule entrée. Le CRWR-PrePro et les instructions d'utilisation peuvent être obtenus sur Internet auprès de l'Université du Texas.
  4. Numérisez le flux - En utilisant une orthophotographie numérique ou un graphique matriciel numérique (DRG) comme fond de carte, le flux peut être numérisé à l'aide des outils d'ArcView. Les DRG sont des cartes topographiques numérisées et référencées géographiquement. Les DRG et les orthophotos numériques de l'État du Texas peuvent être obtenus sur le site Web du TNRIS.

Quelle que soit la source de la ligne médiane du cours d'eau, la table attributaire du fichier de formes devra être modifiée pour permettre son utilisation dans les étapes suivantes de la cartographie de la plaine inondable. Pour ce faire, activez le thème de la ligne numérisée et sélectionnez Floodmap/Format Flux numérique. Lorsque vous êtes invité à saisir le nom du flux, entrez "Waller":

Nous n'avons plus besoin du thème digitalize.shp, vous pouvez donc le supprimer de la fenêtre de visualisation. À ce stade, il est important de connaître la direction du thème de la ligne de courant. Même si le bon sens dit qu'il doit pointer de l'amont vers l'aval, HEC-RAS définit les flux en sens inverse. Pour être cohérent avec les données HEC-RAS, le flux numérique doit pointer de l'aval vers l'amont. Pour vérifier le sens de la ligne, double-cliquez sur le thème dans la barre de légende afin d'afficher l'éditeur de légende. Cliquez sur la palette de plumes et choisissez une représentation en flèche.

En réalité, Waller Creek coule du nord au sud. Dans ce cas le flux numérique est correctement orienté, de l'aval vers l'amont. Si ce n'était pas le cas, la direction pourrait être inversée en rendant le thème actif et en sélectionnant Flood-Utility/Flip Polyline.

4. Cartographie transversale

Pour aider à définir les points en amont, en aval et intermédiaires, nous utiliserons le thème des routes d'Austin dans le processus de délimitation des points. Cliquez sur le bouton et ajoutez le thème roads.shp. Dans la barre de légende, activez le thème routes et cliquez sur sa case à cocher pour le visualiser. Sélectionnez ensuite Thème/Étiquetage automatique. La fenêtre suivante devrait apparaître :

En tant que champ d'étiquette, sélectionnez "Street_nam" et cliquez sur OK. Le thème des routes sera désormais étiqueté avec les noms de rue individuels. Activez ensuite waller.shp dans la barre de légende et cliquez sur l'outil. Nous sommes maintenant prêts à commencer à définir des points sur le flux numérique. Les points que nous allons définir sont les suivants :

Emplacement Taper
26e rueLimite amont
Boulevard MLKPoint intermédiaire
15e ruePoint intermédiaire
11e ruePoint intermédiaire
7e ruePoint intermédiaire
1ère ruePoint intermédiaire
Fin du ruisseau WallerLimite en aval

Vous pouvez afficher le thème des routes et/ou l'orthophoto pour aider à localiser les points de définition. Mais pour l'instant, nous utiliserons uniquement le thème des routes. Désactivez donc le thème orthophoto dans la barre de légende. Pour commencer, trouvez l'intersection de la 26th Street et de Waller Creek et cliquez sur la souris à cet endroit. Lorsque vous êtes interrogé sur le type de limite, sélectionnez « limite en amont ».

Le clic de la souris amène le script attaché à l'outil à déterminer le point le plus proche le long de la ligne médiane du flux et à accrocher le point sur le flux numérique. Trouvez ensuite l'intersection de MLK Blvd. et Waller Creek et le définir comme un point intermédiaire. Procédez à la définition du reste des points, en vous déplaçant de l'amont vers l'aval. La fenêtre de visualisation devrait maintenant ressembler à :

Les points de définition du cours d'eau formeront l'épine dorsale du processus de géoréférencement de la section transversale. A l'aide de la table de données issue de l'étape d'import des données, les données HEC-RAS correspondant aux emplacements des points de définition seront associées à ces coordonnées cartographiques. Par exemple, l'enregistrement de la table pour Waller Creek à la 11e rue sera connecté au point de définition situé à Waller Creek à la 11e rue. Ce concept est illustré dans le graphique suivant :

Pour sélectionner les données HEC-RAS pertinentes, retournez au Tableau1. En utilisant les colonnes "Station" et "Description" comme guide, mettez en surbrillance l'enregistrement pour la 26th Street à Waller Creek (Station 13167). Faites défiler vers le bas pour sélectionner les six enregistrements restants, en maintenant la touche Maj enfoncée pour sélectionner plusieurs enregistrements.

Point de définition "Gare" "La description"
26e rue1316726e rue sur Waller Creek
Boulevard MLK8920Passerelle ci-dessous MLK sur Waller Creek
15e rue7148Pont de la 15e rue sur Waller Creek
11e rue5149Passerelle sous la 11e rue sur Waller Creek
7e rue36387e rue sur Waller Creek
1ère rue1198César Chavez sur Waller
Fin du ruisseau Waller0---

Une fois terminé, cliquez sur l'outil pour promouvoir les enregistrements mis en surbrillance vers le haut. Vérifiez-les pour vous assurer que vous avez sélectionné les sept enregistrements corrects. Revenez maintenant à la fenêtre de visualisation et sélectionnez Floodmap/Carte Coupes HEC-RAS. (Remarque : Il est important que cette étape soit effectuée dans la même séance que l'étape d'importation des données. Sinon, vous recevrez le message d'erreur "Un objet nil ne reconnaît pas la demande get." En effet, une grande partie des données de section est stockée dans des variables globales, qui ne sont pas enregistrées avec le projet lors de la sortie d'ArcView.) Lorsque vous êtes interrogé, choisissez "Bounds.shp" comme thème de point de définition de flux, Waller.shp comme thème de ligne centrale de flux et Table1 comme table de géométrie HEC-RAS. L'une des fenêtres de requête apparaîtra comme suit :

Cette fenêtre d'entrée est pour un paramètre qui déterminera l'orientation de la section transversale par rapport à la ligne médiane du cours d'eau. L'utilisation d'une valeur de 0 entraînera la cartographie de chaque section transversale perpendiculairement au cours d'eau, à l'emplacement précis de la section transversale. L'utilisation d'une valeur nulle pourrait entraîner l'intersection de certaines sections transversales près des coudes du cours d'eau. À mesure que le paramètre d'orientation augmente, la perpendicularité est déterminée sur la base d'un segment plus long du cours d'eau. Pour ce didacticiel, utilisez la valeur par défaut de 5.

Le thème de ligne résultant des sections transversales HEC-RAS doit apparaître comme le graphique ci-dessus. Vous remarquerez que chacune des sections transversales est représentée par une ligne droite. En réalité, certaines des sections transversales peuvent avoir été configurées en doglegs. Cependant, cette information n'est pas stockée dans HEC-RAS, et en tant que telle, l'hypothèse de ligne droite a été faite. À ce stade, ce serait une bonne idée d'enregistrer le projet ArcView.

5. Modélisation du terrain

La création d'un modèle de terrain TIN à partir de deux sources de données différentes présente des défis : les données DEM et HEC-RAS ont des temps de collecte, des méthodes et des résolutions différents. Ainsi, au point où les données HEC-RAS se terminent et les données DEM commencent, appelée zone de transition, des différences d'altitude sont attendues. Une méthode pour lisser la zone de transition est appliquée. Pour chaque coupe transversale, entre les berges et les extrémités, les élévations sont rééchantillonnées à l'aide des valeurs d'élévation du MNT. Pour lancer ce processus, ajoutez le DEM de 30 mètres à la vue. Nous devrons travailler sur le DEM avant de continuer. Pour une raison quelconque, de nombreux DEM sont construits avec une latitude et une longitude mesurées en mètres et une élévation mesurée en pieds. C'est le cas de notre jeu de données. Pour y remédier, sélectionnez d'abord Analyse/Propriétés. Définissez l'étendue de l'analyse et la taille de la cellule d'analyse sur "Identique à Auseast". Cliquez sur OK et sélectionnez Analyse/Calculatrice de carte et configurez la fenêtre comme indiqué ci-dessous :

Après avoir cliqué sur OK, une nouvelle grille sera créée, cette fois avec les altitudes en mètres. Mettez en surbrillance la nouvelle grille dans la barre de légende et enregistrez la nouvelle grille sous le nom "auseast1" en sélectionnant Thème/Enregistrer l'ensemble de données. Bien que vous ayez donné un nom au nouveau DEM, la barre de légende affichera toujours « Calcul de carte 1 ». Vous pouvez modifier le nom de la barre de légende en sélectionnant Thème/Propriétés.

Nous sommes maintenant prêts à commencer la modélisation du terrain. Sélectionner Floodmap/Ré-échantillonner les élévations de la section transversale. Lorsque vous êtes interrogé, choisissez "Terrain3d.shp" et "auseast1" comme entrées. Ce processus peut prendre quelques minutes : l'élévation de chaque point de coupe à l'extérieur du canal principal est recalculée. Pour aider à visualiser le résultat du rééchantillonnage de la section transversale, un outil permettant de créer trois profils d'une section transversale donnée a été développé, basé sur la section transversale d'origine, le MNT et la section transversale rééchantillonnée. Sélectionner Flood-Utility/Comparer les profils en coupe. Sélectionnez les thèmes appropriés et la section transversale (station fluviale) que vous souhaitez profiler. J'ai utilisé la station fluviale 2510. Les données de coordonnées sont écrites dans un fichier texte ASCII qui peut être tracé à l'aide de Microsoft Excel. Enregistrez le fichier texte et ouvrez-le dans Excel. L'assistant d'importation de texte Excel devrait s'activer. Le fichier texte est délimité par des virgules, alors cliquez sur Suivant et dans la deuxième fenêtre, cochez la case virgule, suivie du bouton Terminer. Avec les données maintenant dans une feuille de calcul, elles peuvent être représentées graphiquement sur un nuage de points x-y :

Il y a deux choses à noter à propos de cette intrigue :

  1. La section transversale rééchantillonnée (en bleu) est identique à la section transversale d'origine entre les berges du cours d'eau. Mais dans le canal de dérivation, il commence à se rapprocher du MNT lorsque vous vous déplacez vers la fin de la section transversale. Cela garantit une transition en douceur des données hydrauliques aux données DEM.
  2. En regardant la figure, il est facile de voir pourquoi les données DEM de 30 mètres ne sont pas assez bonnes pour être utilisées comme base pour la modélisation hydraulique : la représentation du chenal du cours d'eau ne fournit pas un niveau de détail suffisant.

Nous allons maintenant travailler sur les données DEM. Pour créer un TIN avec ArcView 3D Analyst, les données en entrée doivent être raster ou vectorielles, mais pas les deux. Nous allons donc effectuer une conversion raster en vecteur sur le DEM. Parce que le MNT est beaucoup plus grand que notre zone d'étude de Waller Creek, il sera coupé à une taille plus petite. Ouvrez le thème "polyclip.shp" depuis votre répertoire de travail. Le DEM sera tronqué dans l'étendue de ce thème polygonal. Sélectionnez maintenant le Flood-Utility/Clip DEM élément de menu et utilisez "30mDEM" comme grille et "polyclip.shp" comme thème de découpage. Nous sommes maintenant prêts pour la conversion raster en vecteur. Sélectionner Floodmap/Convertir la grille en points pour convertir le DEM tronqué en un fichier de formes de points.

En tant qu'entrée pour notre TIN de terrain, les sections transversales représenteront des zones à l'intérieur de la plaine inondable et les points DEM fourniront des élévations pour le paysage en dehors de la plaine inondable. Un polygone délimitant les sections transversales sera utilisé pour délimiter la zone de transition entre les deux sources de données. Pour former le polygone, sélectionnez Plan d'inondation/Polygone de délimitation des sections transversales et choisissez "3dxsects.shp" comme thème de ligne. À ce stade, la fenêtre d'affichage devrait ressembler un peu au graphique suivant :

La dernière étape avant de créer le TIN consiste à éliminer tous les points DEM tombant dans le polygone de délimitation des sections transversales. Nous pouvons identifier ces points en coupant le thème du point DEM avec le polygone englobant. Activez le thème du polygone de délimitation ("Boundary.shp") et mettez-le en surbrillance à l'aide de l'outil. Ensuite, activez le thème du point DEM ("Gridpt.shp") et sélectionnez Thème/Sélectionner par thème. À l'aide des listes déroulantes, faites en sorte que la fenêtre ressemble au graphique suivant et cliquez sur le bouton « Nouvel ensemble ».

Cliquez sur le bouton pour accéder à la table attributaire du thème de points DEM. Dans la fenêtre du tableau, cliquez sur et tous les enregistrements de points sélectionnés vers le haut. Nous allons maintenant éditer ces points hors du fichier de formes. Sélectionner Tableau/Commencer l'édition et alors Modifier/Supprimer des enregistrements. Maintenant, sélectionnez Table/Arrêter l'édition et enregistrez les modifications. Si vous revenez maintenant à la fenêtre de visualisation, vous remarquerez que les points DEM ne se produisent qu'à l'extérieur de la plaine inondable. Nous sommes maintenant prêts à créer le TIN de terrain. Dans la barre de légende, activez les thèmes "Stream3D.shp", "3dxsects.shp", et "gridpt.shp". Sélectionnez ensuite Surface/Créer un TIN à partir d'entités et la fenêtre suivante devrait apparaître :

Le thème "Stream3d.shp" est un fichier de formes de lignes en trois dimensions de l'axe du cours d'eau et des berges. Ces données seront appliquées dans le TIN en tant que lignes de rupture. Remplissez la fenêtre comme indiqué sur le graphique. Ensuite, cliquez sur le thème de la ligne de section transversale "3dxsects.shp" sur le côté gauche de la fenêtre. Dans la liste déroulante « Entrer en tant que : », sélectionnez « Points de masse ». Enfin, cliquez sur le thème du point DEM, "Gridpt.shp". Sélectionnez "Mass Points" dans la fenêtre "Input as:" et "Grid_code" comme "Height Source". Cliquez maintenant sur le bouton OK pour créer le TIN. Lorsqu'ArcView a fini de traiter les données, le thème TIN apparaît dans la barre de légende. Cliquez sur la case à cocher pour l'afficher. Le schéma de couleurs par défaut n'est pas idéal pour observer le TIN. Double-cliquez sur la barre de légende du TIN pour ouvrir l'éditeur de légende du TIN. Cochez d'abord la case à côté de "Lignes", puis cliquez sur le bouton d'édition dans la partie "Visages" de la fenêtre. Cela ouvrira l'éditeur de légende standard. Cliquez sur le bouton Charger et choisissez "land.avl". Cliquez sur OK dans la fenêtre "Charger la légende", puis appliquez-la dans l'éditeur de légende. (L'image capturée à l'écran est beaucoup plus granuleuse que l'image réelle dans ArcView.)

Activez le thème TIN et utilisez le pour interroger les altitudes à différents emplacements. Notez qu'il y a une transition en douceur où les données hydrauliques (sections transversales) rencontrent les données DEM. Pour afficher le TIN en 3D, sélectionnez Vue/Scène 3D et ajoutez la vue en tant que thèmes lors de la requête. Pour manœuvrer dans la scène 3D, cliquez et maintenez le bouton gauche de la souris enfoncé tout en déplaçant la souris. Le temps requis pour rendre l'image dépendra de la vitesse du processeur de votre ordinateur, de la RAM et de la carte vidéo. Le bouton droit de la souris peut être utilisé pour zoomer et dézoomer. En cliquant et en maintenant enfoncés les deux boutons de la souris, l'outil panoramique est activé.

Vous disposez maintenant d'un TIN qui représente le paysage général, mais qui contient également des détails supplémentaires sur le chenal du cours d'eau et la plaine inondable. La densité de points à l'intérieur du canal est suffisante pour la modélisation hydraulique. Un modèle de terrain comme celui-ci pourrait être utilisé comme entrée pour un logiciel tel que GIS Stream Pro.

6. Délimitation de la plaine inondable

Le thème de la ligne de surface d'eau peut être utilisé pour créer un modèle TIN de la surface des eaux de crue. Si le modèle HEC-RAS a été configuré correctement, l'étendue de la surface de l'eau ne dépassera pas l'étendue de la section transversale. En tant que tel, le polygone de délimitation de la section transversale servira de limite extérieure de notre TIN de surface d'eau. Activez le thème de la surface de l'eau ("Water3d.shp") et le thème du polygone de délimitation ("Boundary.shp") dans la barre de légende et sélectionnez Surface/Créer un TIN à partir d'entités. Dans la fenêtre de création du TIN, saisissez le thème de la surface de l'eau dans le TIN sous forme de lignes de rupture définitives et le thème de polygone de délimitation sous forme de polygone de découpage matériel, puis cliquez sur OK. Le schéma de couleurs par défaut ne ressemble vraiment pas beaucoup à l'eau de crue, donc si vous le souhaitez, vous pouvez charger la légende nommée "water1.avl". Lorsqu'elles sont visualisées dans une scène 3D en conjonction avec le TIN de terrain, les zones inondées peuvent être vues :

La vue tridimensionnelle de la plaine inondable est très utile pour la visualisation de la plaine inondable. Mais la vue montrée dans le graphique ne ressemble pas beaucoup au paysage réel. Pour y remédier, 3D Analyst permet d'ajouter des thèmes de routes, de bâtiments, de voies ferrées, etc., qui peuvent être drapés sur le paysage pour se rapprocher davantage de la réalité.

Pour une analyse détaillée, la plaine inondable peut être visualisée d'un point de vue planimétrique, en utilisant un fond de carte tel qu'une orthophotographie numérique. Mais pour être précis, les zones inondées ne doivent pas être délimitées à l'aide du TIN de terrain. Pourquoi? Les profils de surface d'eau HEC-RAS utilisés pour créer le TIN de surface d'eau ont été déterminés à l'aide des sections transversales originales et non des sections transversales rééchantillonnées. Par conséquent, un nouveau TIN du terrain de surface doit être construit. Activez les thèmes "Terrain3d.shp", "Stream3d.shp" et "Gridpt.shp" dans la barre de légende, et sélectionnez Surface/Créer un TIN à partir d'entités. Spécifiez les paramètres comme précédemment dans la section Modélisation du terrain et cliquez sur OK. À ce stade, vous pouvez supprimer le thème de ligne de coupe transversale rééchantillonné ("3dxsects.shp") et son TIN de terrain associé de la vue.

Nous avons maintenant un modèle TIN pour la surface terrestre et les eaux de crue. Cependant, la délimitation de la plaine inondable est plus facilement effectuée à l'aide du modèle de données raster au lieu des TIN. Dans le domaine raster, les cellules de grille d'élévation de la surface de l'eau et les cellules de grille d'élévation de la surface terrestre peuvent être facilement comparées à l'aide de l'algèbre cartographique. En tant que tel, nous devons convertir les deux TIN en grilles. Activez le TIN terrestre et sélectionnez Thème/Convertir en grille. Choisissez "landgrid" lorsque vous êtes invité à entrer un nom de grille. Dans la fenêtre d'étendue de conversion, définissez l'étendue de la grille en sortie sur la même que le TIN terrestre, définissez la taille de la cellule de la grille en sortie sur « Comme spécifié ci-dessous » et saisissez la taille de la cellule sur 1 mètre :

Après avoir cliqué sur OK, ArcView convertira le TIN en une grille de résolution de 1 mètre. Faites de même pour le TIN de la surface de l'eau. Mais cette fois, nommez la grille d'eau et définissez l'étendue de la grille en sortie pour qu'elle soit la même que le TIN de la surface de l'eau. Maintenant, les deux surfaces sont représentées sous forme de grilles. Avant de comparer les deux grilles, il est nécessaire de définir l'étendue de l'analyse. Sélectionner Analyse/Propriétés. Définissez l'étendue de l'analyse sur la même que celle de la grille d'eau, définissez la taille de la cellule d'analyse « comme spécifié ci-dessous » et saisissez-la sur 1 mètre. Sélectionnez ensuite Plan d'inondation/Délimiter la plaine d'inondation. Le script comparera les deux grilles et créera une grille de sortie composée uniquement de zones où l'élévation des eaux de crue dépasse l'élévation de la surface terrestre. Pour la grille des plaines inondables, le schéma de couleurs "water2.avl" peut être chargé depuis l'éditeur de légende. Ajoutez l'orthophoto à la vue en tant que fond de carte :

Vous disposez maintenant d'une carte de plaine inondable, dans laquelle l'étendue de l'inondation peut facilement être comparée aux structures d'intérêt indiquées sur l'orthophoto, telles que les entreprises, les écoles et les maisons. De plus, l'outil peut être utilisé pour interroger la profondeur d'inondation à n'importe quel point de la plaine inondable.


8.2 Élévation

Le NSDI Introduction et guide du cadre (FGDC, 1997, p. 19) souligne que "les données d'altitude sont utilisées dans de nombreuses applications différentes". Les applications civiles incluent la délimitation des plaines inondables, la planification et la construction de routes, le drainage, le ruissellement et les calculs de perte de sol, et le placement de tours de téléphonie cellulaire, entre autres. Les données d'altitude sont également utilisées pour représenter la surface du terrain par divers moyens, des contours à l'ombrage du relief et des vues en perspective en trois dimensions.

Le cadre NSDI appelle à une « matrice d'élévation » pour les surfaces terrestres. C'est-à-dire que le terrain doit être représenté comme une grille de valeurs d'altitude. L'espacement (ou la résolution) de la grille d'élévation peut varier entre les zones de relief élevé et faible (c'est-à-dire vallonné et plat). Plus précisément, l'introduction du cadre indique que :

Les valeurs d'altitude seront recueillies à un espacement postérieur de 2 secondes d'arc (environ 47,4 mètres à 40° de latitude) ou plus finement. Dans les zones de faible relief, un espacement de 1/2 seconde d'arc (environ 11,8 mètres à 40° de latitude) ou plus fin sera recherché (FGDC, 1997, p. 18).

Le thème de l'élévation comprend également la bathymétrie - les profondeurs sous les surfaces d'eau - pour les zones côtières et les plans d'eau intérieurs. Spécifiquement,

Pour les profondeurs, le cadre est constitué de sondages et d'un modèle de fond quadrillé. La profondeur de l'eau est déterminée par rapport à une surface de référence verticale spécifique, généralement dérivée des observations de marée. A l'avenir, cette référence verticale pourra être basée sur un modèle global du géoïde ou de l'ellipsoïde, qui est la référence pour exprimer les mesures de hauteur dans le Global Positioning System (FGDC, 1997, p. 18).

L'USGS a la responsabilité principale du thème de l'élévation du NSDI.L'altitude est également un élément clé de la carte nationale de l'USGS. Les sections suivantes examinent comment les hauteurs et les profondeurs sont créées, comment elles sont représentées dans les données géographiques numériques et comment elles peuvent être représentées cartographiquement.

8.2.1 Approches vectorielles et raster

Les termes raster et vecteur ont été introduits au chapitre 4 pour désigner deux stratégies fondamentalement différentes de représentation des phénomènes géographiques. Les deux stratégies impliquent de simplifier la complexité infinie de la surface de la Terre. En ce qui concerne les données d'altitude, l'approche raster implique mesurer l'altitude à un échantillon d'emplacements régulièrement espacés. L'approche vectorielle, quant à elle, consiste à mesurer les emplacements d'un échantillon d'élévations et représenter la surface avec des contours d'élévation.

L'illustration ci-dessus compare la façon dont les données d'altitude sont représentées dans les données vectorielles et raster. A gauche, l'élévation contours, une représentation vectorielle familière à tous ceux qui ont utilisé une carte topographique USGS. Les contours sont une sorte de isarithme, des mots grecs pour "même" et "nombre". Une ligne de contour est donc une ligne avec une valeur d'élévation (nombre) qui reste égale (la même). Il existe de nombreux types d'isarithmes, les variantes reflétant le genre de chose représentée (un isobathe est une ligne d'égale bathymétrie, ou la profondeur sous l'eau une isotherme est une ligne d'égale température). Les contours sont l'un des rares types de lignes isarithmiques dont le nom n'inclut pas « iso » comme préfixe.

Comme vous le verrez plus loin dans ce chapitre, lorsque vous explorez les graphiques linéaires numériques, les altitudes dans les données vectorielles sont codées en tant qu'attributs d'entités linéaires. La distribution des emplacements avec des altitudes spécifiées avec précision à travers le quadrilatère est donc irrégulière. Les données d'altitude raster, en revanche, consistent en des grilles auxquelles l'altitude est codée à intervalles réguliers à chaque intersection. Les données d'altitude raster sont ce qui est demandé par le cadre NSDI et la carte nationale de l'USGS. Les contours peuvent désormais être rendus facilement à partir de données raster numériques. Cependant, une grande partie des données d'altitude raster utilisées dans la carte nationale a été produite à partir de contours vectoriels numériques et d'hydrographie (cours d'eau et rivages). Pour cette raison, nous considérerons d'abord l'approche vectorielle de la représentation du terrain.

8.2.2 Contours

Dessiner des courbes de niveau est un moyen de représenter une surface de terrain avec un échantillon d'élévations. Au lieu de mesurer et de représenter l'altitude à chaque point, vous mesurez uniquement le long des lignes au niveau desquelles une série de plans horizontaux imaginaires coupent la surface du terrain. Plus il y a de plans imaginaires, plus il y a de contours et plus les détails sont capturés avec un plus petit intervalle de contour (l'amplitude de la différence d'un contour à l'autre).

Jusqu'à ce que les méthodes photogrammétriques arrivent à maturité dans les années 1950, les topographes sur le terrain ont esquissé des contours sur la série de quadrilatères topographiques de 15 minutes de l'USGS. Depuis lors, les contours montrés sur la plupart des quads de 7,5 minutes ont été compilés à partir d'images stéréoscopiques du terrain, comme décrit au chapitre 7. Aujourd'hui, les programmes informatiques dessinent automatiquement les contours à partir des élévations ponctuelles que les photogrammètres compilent stéréoscopiquement.

Bien qu'il soit rare de dessiner des contours d'élévation de terrain à la main de nos jours, il est toujours intéressant de savoir comment développer une compréhension du fonctionnement des méthodes automatisées et des types d'erreurs qu'elles peuvent produire. Dans les prochaines pages, vous aurez l'occasion de pratiquer la technique, qui est analogue à la façon dont les ordinateurs le font.

8.2.3 Contournage à la main

Cette page vous guidera à travers une approche méthodique du rendu des courbes de niveau à partir d'un ensemble de points d'élévation (Rabenhorst et McDermott, 1989). Pour tirer le meilleur parti de cet exercice, nous vous suggérons d'imprimer l'illustration dans le fichier image joint. Trouvez un crayon (de préférence avec une gomme !) et une règle, et dupliquez les étapes illustrées ci-dessous. Un "Essayez ceci!" L'activité suivra cette introduction étape par étape, vous offrant une chance d'aller en solo.

En commençant par l'altitude la plus élevée, tracez des lignes droites jusqu'aux points d'élévation voisins les plus proches. Une fois que vous vous êtes connecté à tous les points voisins du point le plus élevé, recommencez à la deuxième altitude la plus élevée. (Vous devrez prendre des décisions subjectives quant aux points qui sont « voisins » et ceux qui ne le sont pas.) En prenant soin de ne pas tracer de triangles à travers le cours d'eau, continuez jusqu'à ce que la surface soit complètement « triangulée », où les triangles relient trois voisins donnés. .

Le résultat est un réseau irrégulier triangulé (TIN). Un TIN est une représentation vectorielle d'une surface continue entièrement constituée de facettes triangulaires. Les sommets des triangles sont des cotes d'élévation qui peuvent avoir été mesurées sur le terrain par nivellement, ou dans l'atelier d'un photogrammètre avec un stéréotraceur, ou par d'autres moyens. (Les élévations ponctuelles produites par photogrammétrie sont appelées points de masse.) Une caractéristique utile des TIN est que chaque facette triangulaire a un seul degré de pente et une seule direction. Avec un peu d'imagination et de pratique, vous pouvez visualiser la surface sous-jacente à partir du TIN même sans tracer de contours.

Vous vous demandez pourquoi nous vous suggérons de ne pas laisser les côtés triangulaires qui composent le TIN traverser le ruisseau ? Eh bien, si vous le faisiez, le ruisseau semblerait couler le long d'une colline, au lieu de descendre une vallée comme il se doit. Dans la pratique, les cotes d'élévation seraient toujours mesurées en plusieurs points le long du cours d'eau, ainsi que le long des crêtes. Les photogrammètres se réfèrent aux cotes d'élévation recueillies le long d'entités linéaires comme lignes de rupture (Maune, 2007). Nous avons omis les lignes de rupture de cet exemple juste pour faire un point.

Vous remarquerez peut-être qu'il existe plusieurs façons correctes de tracer le TIN. Comme vous le verrez, décider quelles élévations ponctuelles sont des « voisins proches » et lesquelles ne le sont pas est subjectif dans certains cas. Lié à cet élément de subjectivité est le fait que la fidélité d'une carte de contour dépend en grande partie de la distribution des points d'élévation sur lesquels elle est basée. En général, la densité des points d'élévation devrait être plus élevée là où les élévations du terrain varient considérablement, et plus clairsemée là où le terrain varie subtilement. De même, plus l'intervalle de contour que vous avez l'intention d'utiliser est petit, plus vous avez besoin d'élévations ponctuelles. Dans l'exemple ci-dessous, nous utilisons un intervalle de contour de 100.

Il existe des algorithmes de triangulation à partir de tableaux irréguliers d'élévations de points qui produisent des solutions uniques. Une approche est appelée Triangulation de Delaunay qui, dans l'une de ses formes contraintes, est utile pour représenter des surfaces de terrain. La caractéristique géométrique distinctive d'une triangulation de Delaunay est qu'un cercle entourant chaque côté du triangle ne contient aucun autre sommet.

Maintenant, dessinez des coches pour marquer les points d'intersection des contours d'élévation avec chaque côté du triangle. Comme indiqué ci-dessus, nous utiliserons un intervalle de contour de 100 pieds dans cet exemple, chaque ligne de contour représentant un incrément de 100. Par exemple, voir le côté du triangle qui relie les cotes d'élévation 2360 et 2480 dans le coin inférieur gauche de l'illustration dessus? Une coche est tracée sur le triangle à l'intersection d'un contour représentant l'élévation 2400. Trouvez maintenant les deux cotes d'élévation, 2480 et 2750, dans le même coin inférieur gauche. Notez que trois graduations sont placées à l'intersection des courbes de niveau représentant les altitudes 2500, 2600 et 2700.

Cette étape devrait vous rappeler le schéma de classification d'intervalle égal que vous avez lu au chapitre 3. Le bon choix d'intervalle de contour dépend de l'objectif du projet cartographique. En général, les intervalles de contour augmentent proportionnellement à la variabilité de la surface du terrain. Il convient de noter que l'hypothèse selon laquelle les altitudes augmentent ou diminuent à un taux constant n'est pas toujours correcte, bien sûr. Nous examinerons cette question plus en détail plus tard.

Enfin, dessinez vos lignes de contour. En descendant la pente à partir de l'altitude la plus élevée, tracez les contours à travers des ticks de valeur égale. Passez à l'altitude la plus élevée suivante lorsque la surface semble ambiguë.

Gardez à l'esprit les caractéristiques suivantes des courbes de niveau (Rabenhorst et McDermott, 1989) :

  • Les contours doivent pointer toujours en amont dans les vallées.
  • Les contours doivent pointez toujours en aval le long des crêtes.
  • Les contours adjacents doivent toujours être séquentiel ou équivalent.
  • Les contours doivent jamais divisé en deux.
  • Les contours doivent ne jamais croiser ou boucler.
  • Les contours doivent jamais en spirale.
  • Les contours doivent ne jamais s'arrêter au milieu d'une carte.

Comment votre carte finie se compare-t-elle à celle que nous avons dessinée ci-dessous ?

Essaye ça!

Maintenant, essayez-vous au contouring par vous-même. Le but de cette activité pratique est de vous donner plus d'expérience dans le contouring des surfaces de terrain.

  1. Tout d'abord, visualisez une image d'un réseau irrégulier de 16 points d'élévation.
  2. Imprimez l'image.
  3. Utilisez la procédure décrite dans cette leçon pour tracer des courbes de niveau qui représentent la surface du terrain à partir de laquelle les cotes d'élévation ont été échantillonnées. Vous trouverez peut-être qu'il s'agit d'une tâche modérément difficile qui prend environ une demi-heure à bien faire. ASTUCE : Étiquetez les coches pour faciliter leur connexion.
  4. Une fois terminé, comparez votre résultat à une carte existante.

Voici quelques problèmes et solutions un peu plus simples au cas où vous auriez besoin d'un peu plus de pratique.

Il vous sera demandé de démontrer à nouveau votre capacité de contouring dans le quiz de la leçon 7 et lors de l'examen final.

Kevin Sabo (communication personnelle, hiver 2002) a fait remarquer que « Si vous avez eu la malchance d'avoir la main sur des données dans les années 60 et 70, vous avez peut-être au moins eu l'aide d'une échelle variable de Gerber. (Voir le pyjama de Joe Gerber) Après le contour de la main dans la leçon 7, j'aurais bien aimé avoir mon Gerber !"

8.2.4 Graphique linéaire numérique (DLG)

Identification

Les graphiques linéaires numériques (DLG) sont des représentations vectorielles de la plupart des caractéristiques et des attributs indiqués sur les cartes topographiques de l'USGS. Les ensembles de caractéristiques individuelles (décrits dans le tableau ci-dessous) sont encodés dans des fichiers numériques distincts. Les DLG existent à trois échelles : petite (1 :2 000 000), intermédiaire (1 :100 000) et grande (1 :24 000). Les DLG à grande échelle sont produits en carrelage qui correspondent aux quadrangles topographiques de 7,5 minutes à partir desquels ils ont été dérivés (Digital Line Graphs).

Système d'arpentage public (PLSS)

Lignes de canton, de rang et de section

État, comté, ville et autres terres nationales et étatiques telles que les forêts et les parcs

Routes et sentiers, chemins de fer, pipelines et lignes de transmission

Eau courante, eau stagnante et zones humides

Courbes de niveau et cotes d'élévation supplémentaires

Moraine glaciaire, lave, sable et gravier

Contrôle d'arpentage et marqueurs

Monuments horizontaux et verticaux (troisième ordre ou mieux)

Caractéristiques culturelles, telles que le bâtiment, non collectées dans d'autres catégories de données

Bois, maquis, vergers et vignobles

Tableau 8.2. Couches et contenu de fichiers de graphiques linéaires numériques à grande échelle. Toutes les couches ne sont pas disponibles pour tous les quadrangles. Crédit : USGS, 2006.

Qualité des données

Comme les autres produits de données de l'USGS, les DLG sont conformes aux normes nationales de précision des cartes. De plus, cependant, les DLG sont testés pour la cohérence logique des relations topologiques entre les éléments de données. À l'instar du TIGER/Line du Census Bureau, les segments de ligne dans les DLG doivent commencer et se terminer aux entités ponctuelles (nœuds), et les segments de ligne doivent être délimités des deux côtés par des entités surfaciques (polygones).

Informations de référence spatiale

Les DLG sont hétérogènes en termes de projection sur laquelle ils sont basés. Certains utilisent des coordonnées UTM, d'autres des coordonnées State Plane. Certains sont basés sur le NAD 27, d'autres sur le NAD 83. Les élévations sont référencées soit au NGVD 29 soit au NAVD 88 (USGS, 2006a).

Entités et attributs

Les éléments de base des fichiers DLG sont les nœuds (positions), les segments de ligne qui relient deux nœuds et les zones formées par trois segments de ligne ou plus. Chaque nœud, segment de ligne et zone est associé à des codes d'attribut entiers en deux parties. Par exemple, un segment de ligne associé au code d'attribut "050 0412" représente une caractéristique hydrographique (050), plus précisément un cours d'eau (0412).

Distribution

Toutes les couches DLG ne sont pas disponibles pour toutes les zones aux trois échelles. La couverture est complète à 1:2 000 000. A l'échelle intermédiaire, 1:100 000 (30 minutes par 60 minutes), tous les fichiers d'hydrographie et de transport sont disponibles pour l'ensemble des États-Unis. À 1:24 000 (7,5 minutes sur 7,5 minutes), la couverture reste inégale. Les fichiers sont dans le domaine public et peuvent être utilisés à n'importe quelle fin sans restriction.

Les DLG à grande et moyenne échelle sont disponibles en téléchargement via le système EarthExplorer (EarthExplorer). Vous pouvez tracer des DLG 1:2 000 000 en ligne sur l'Atlas national des États-Unis de l'USGS (Atlas national).

Hypsographie de graphique linéaire numérique

Dans un sens, les DLG sont autant des données « héritées » que les cartes topographiques obsolètes à partir desquelles elles ont été produites. Pourtant, les données DLG servent de sources primaires ou secondaires pour plusieurs thèmes de la carte nationale de l'USGS, notamment l'hydrographie, les limites et le transport. Les données d'hypsographie de la DLG ne sont toutefois pas incluses dans la carte nationale. Il est supposé que les utilisateurs de SIG peuvent générer des contours d'altitude selon les besoins à partir des MNT.

Hypsographie fait référence à la mesure et à la représentation de la surface du terrain, en particulier avec les courbes de niveau. Plusieurs méthodes différentes ont été utilisées pour produire des couches d'hypsographie DLG, notamment :

  • numériser les lignes de contour sur un film photographique ou des cartes papier, convertir les données raster numérisées en vecteurs, puis éditer et attribuer les caractéristiques vectorielles
  • numériser et attribuer manuellement des lignes de contour sur des films photographiques ou des cartes papier
  • produire des contours par des procédés photogrammétriques et
  • dériver les contours du LiDAR (discuté plus loin dans la section 8.2.8).

Essaye ça!

Explorer les DLG avec Global Mapper (dlgv32 Pro)

J'aimerais maintenant que vous utilisiez le logiciel Global Mapper (ou dlgv32 Pro) pour étudier les caractéristiques de la couche d'hypsographie d'un graphique linéaire numérique (DLG) USGS. Les instructions ci-dessous supposent que vous avez déjà installé un logiciel sur votre ordinateur. (Si ce n'est pas le cas, revenez aux instructions d'installation présentées précédemment au chapitre 6). Tout d'abord, vous allez télécharger un exemple de fichier DLG. Dans une activité suivante, vous aurez la possibilité de trouver et de télécharger des données DLG pour votre région.

  1. Si vous ne l'avez pas déjà fait, créez un répertoire appelé « USGS Data » sur votre disque dur, où vous archivez vos supports de cours.
  2. Ensuite, téléchargez le DLG.zip archives de données. L'archive ZIP a une taille de 1,2 Mo et son téléchargement prendra environ 15 secondes via DSL ou câble haut débit, ou environ 4 minutes et 15 secondes via un modem 56 Kbps.
  3. Décompressez maintenant l'archive dans un répertoire sur votre disque dur.
    • Ouvrez l'archive DLG.zip.
    • Créez un sous-répertoire appelé "DLG" dans le répertoire dans lequel vous enregistrez les données de cette classe.
    • Extrayez tous les fichiers de l'archive ZIP dans votre nouveau sous-répertoire.

Le résultat final sera cinq sous-répertoires, dont chacun comprend les fichiers de données qui constituent une "couche" DLG, ainsi qu'un répertoire principal.

Quiz d'entraînement

Les étudiants inscrits à Penn State devraient revenir maintenant pour répondre au questionnaire d'auto-évaluation sur Élévation : vecteur-raster, contours et DLG.

Vous pouvez faire des tests pratiques autant de fois que vous le souhaitez. Ils ne sont pas notés et n'affectent en rien votre note.

8.2.5 Modèle numérique d'élévation (MNE)

Le terme "Modèle d'élévation numérique" a des significations à la fois génériques et spécifiques. De manière générique, un MNT est toute représentation raster d'une surface de terrain. Plus précisément, en relation avec le NSDI, un MNT est un produit de données de l'US Geological Survey. Ici, nous considérons les caractéristiques des MNT produits par Plus loin dans ce chapitre, nous examinerons les sources de données de terrain globales.

Identification

Les DEM USGS sont des grilles raster de valeurs d'altitude qui sont disposées en séries de profils sud-nord. Comme les autres données de l'USGS, les DEM ont été produits à l'origine dans des tuiles qui correspondent à des quadrangles topographiques. Des séries à grande échelle (7,5 minutes et 15 minutes), à échelle intermédiaire (30 minutes) et à petite échelle (1 degré) ont été produites pour l'ensemble des États-Unis. La résolution d'un MNT est fonction de l'espacement est-ouest des profils et de l'espacement sud-nord des points d'élévation dans chaque profil.

Les DEM correspondant à des quadrangles de 7,5 minutes sont disponibles à une résolution de 10 mètres pour la plupart des États-Unis, mais pas tous. La couverture est complète à une résolution de 30 mètres. Dans ces MNT à grande échelle, les profils d'élévation sont alignés parallèlement au méridien central de la zone UTM locale, comme le montre la figure 8.19 ci-dessous. Voyez-vous comment la tuile DEM dans l'illustration ci-dessous semble être inclinée ? En effet, les points d'angle sont définis dans des coordonnées géographiques non projetées qui correspondent aux points d'angle d'un quadrilatère USGS. Plus le quadrilatère est éloigné du méridien central de la zone UTM, plus il est incliné.

Comme indiqué ci-dessous, la disposition des profils d'élévation est différente dans les MNT à échelle intermédiaire et à petite échelle. Comme les méridiens de l'hémisphère nord, les profils dans les DEM de 30 minutes et de 1 degré convergent vers le pôle Nord. Pour cette raison, la résolution des MNT intermédiaires et à petite échelle (c'est-à-dire l'espacement des valeurs d'élévation) est exprimée différemment que pour les MNT à grande échelle. La résolution des DEM de 30 minutes est dite de 2 secondes d'arc et celle des DEM de 1 degré est de 3 secondes d'arc. Étant donné qu'une seconde d'arc correspond à 1/3600 de degré, les valeurs d'altitude dans un DEM de 3 secondes d'arc sont espacées de 1/1200 degré, ce qui représente une cellule de grille d'environ 66 mètres de "largeur" ​​sur 93 mètres de "haut" à 45° de latitude (la largeur s'étend à plus de 80 mètres dans le sud des États-Unis).

Les DEM sont produits à partir d'un large éventail de sources, en utilisant la date de la plus haute qualité disponible pour chaque emplacement. Les sources par ordre de priorité décroissante sont :

  1. Données haute résolution, généralement dérivées du lidar ou de la photogrammétrie numérique, et souvent avec des plans d'eau modifiés. Si elles sont collectées à une distance d'échantillonnage au sol non inférieure à 5 mètres, ces données peuvent également être proposées dans le NED à une résolution de 1/9e d'arc-seconde.
  2. Données à résolution moyenne, autres que celles compilées à partir des contours cartographiques. Ces données peuvent également être dérivées du lidar ou de la photogrammétrie numérique, ou moins souvent du radar interférométrique à synthèse d'ouverture IFSAR. Une distance d'échantillonnage au sol typique est de 10 mètres, bien qu'elle soit communément appelée « données à 1/3 de seconde d'arc ».
  3. MNT de 10 mètres dérivés des contours cartographiques et de l'hydrographie cartographiée. Le plus souvent, ces données sont produites par ou pour l'USGS en tant que produit d'altitude standard, et elles représentent actuellement la majeure partie du NED.
  4. MNT dérivés cartographiques de 30 mètres. Similaires à bien des égards à leurs homologues de 10 mètres, bien que généralement de qualité globale inférieure.
  5. DEM dérivés photogrammétriquement de 30 mètres. Ce sont les DEM les plus anciens de la série de 7,5 minutes. Ces données ont été dérivées directement de la photographie stéréo, soit par un opérateur humain, soit par une première forme de corrélation d'images électroniques.Ils sont gravement gâchés par des artefacts de production qui sont traités dans la plus grande mesure possible par le filtrage numérique au sein du processus de production NED.
  6. Les DEM à 2 secondes d'arc sont un produit standard de l'USGS. Ils sont dérivés de contours cartographiques à une échelle de 1:63 360 sur l'état de l'Alaska et à une échelle de 1:100 000 ailleurs.
  7. À ce jour, les données de la Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) à 1 seconde d'arc ne sont utilisées que de préférence aux données de 3 secondes d'arc dans les îles Aléoutiennes.
  8. Les DEM à 3 secondes d'arc sont un autre produit standard de l'USGS et ne sont généralement utilisés que dans le NED comme source de valeurs de remplissage sur de grands plans d'eau.

La liste ci-dessus provient du site NED, qui n'est plus en service.

Certains MNT plus anciens ont été produits à partir de contours d'élévation numérisés à partir de cartes papier ou lors d'un traitement photogrammétrique, puis lissés pour filtrer les erreurs. D'autres ont été réalisés par photogrammétrie à partir de photographies aériennes.

Qualité des données

La précision verticale des DEM est exprimée comme l'erreur quadratique moyenne (RMSE) d'un échantillon d'au moins 28 points d'élévation. La précision de la cible pour les DEM à grande échelle est de sept mètres. 15 mètres est l'erreur maximale autorisée.

Informations de référence spatiale

Comme les DLG, les DEM de l'USGS sont hétérogènes en termes de relation avec leur position sur la Terre. Ils sont projetés sur la projection Mercator transverse universelle utilisée dans la zone UTM locale. Certains DEM sont basés sur le système de référence nord-américain de 1983, d'autres sur le NAD 27. Les élévations dans certains DEM sont référencées au NGVD 29 ou au NAVD 88.

Entités et attributs

Chaque enregistrement dans un DEM est un profil de points d'élévation. Les enregistrements incluent les coordonnées UTM du point de départ, le nombre de points d'altitude qui suivent dans le profil et les valeurs d'altitude qui composent le profil. Hormis le point de départ, les positions des autres points d'élévation n'ont pas besoin d'être codées, puisque leur espacement est défini. (Plus tard dans cette leçon, vous téléchargerez un exemple de fichier USGS DEM. Essayez de l'ouvrir dans un éditeur de texte pour voir de quoi nous parlons.)

Distribution

Les tuiles DEM (sous-régions divisées en zones pour un téléchargement plus facile) sont disponibles en téléchargement gratuit dans de nombreux centres d'échange d'État et régionaux. Vous pouvez trouver ces sources en recherchant GeoData.Gov.

Dans le cadre de son initiative de carte nationale, l'USGS a développé un ensemble de données d'élévation nationale « transparent » qui est dérivé des DEM, entre autres sources. Les données NED sont disponibles à trois résolutions : 1 seconde d'arc (environ 30 mètres), 1/3 de seconde d'arc (environ 10 mètres) et 1/9 seconde d'arc (environ 3 mètres). La couverture varie de complète à 1 seconde d'arc à extrêmement clairsemée à 1/9 seconde d'arc. Une FAQ complète sur les données NED est publiée sur : FAQ NED. La seconde des deux activités suivantes consiste à télécharger les données NED et à les afficher dans Global Mapper.

8.2.6 Interpolation

Lorsque les MNT sont dérivés de contours et lorsque d'autres représentations de surface (par exemple, voir la cartographie bathymétrique ci-dessous) sont dérivées de données d'échantillon à des points, le processus utilisé est interpolation. En général, l'interpolation est le processus d'estimation d'une valeur inconnue à partir de valeurs connues voisines. C'est un processus utilisé pour créer des surfaces maillées pour de nombreux types de données, pas seulement l'altitude (un exemple sera montré ci-dessous).

Les points d'élévation dans les fichiers d'hypsographie DLG ne sont pas régulièrement espacés. Les DEM doivent être régulièrement espacés pour prendre en charge les calculs de pente, de pente et de volume pour lesquels ils sont souvent utilisés. Les élévations des points de grille doivent être interpolées à partir des points d'élévation voisins. Dans la figure 8.22 ci-dessous, par exemple, les élévations maillées indiquées en violet ont été interpolées à partir des élévations ponctuelles irrégulièrement espacées indiquées en rouge.

Les données d'altitude ne sont souvent pas mesurées à des emplacements régulièrement espacés. Les photogrammètres prennent généralement plus de mesures là où le terrain varie le plus. Ils se réfèrent aux grappes denses de mesures qu'ils prennent comme « points de masse ». Les cartes topographiques (et leurs dérivés, les DLG) sont une autre source riche de données altimétriques. Les élévations peuvent être mesurées à partir des courbes de niveau, mais il est évident que les contours ne forment pas des grilles régulièrement espacées. Tant la photogrammétrie que les cartes topographiques font naître le besoin d'interpolation.

L'illustration ci-dessus montre trois droites numériques, dont chacune va de 0 à 10. Si on vous demandait d'interpoler la valeur de la coche intitulée " ?" sur la ligne numérique du haut, que devineriez-vous ? Une estimation de « 5 » est raisonnable, à condition que les valeurs comprises entre 0 et 10 augmentent à un taux constant. Si les valeurs augmentent à une vitesse géométrique, la valeur réelle de "?" pourrait être très différent, comme illustré dans la ligne numérique du bas. La validité d'une valeur interpolée dépend donc de la validité de nos hypothèses sur la nature de la surface sous-jacente.

Comme nous l'avons mentionné au chapitre 1, la surface de la Terre est caractérisée par une propriété appelée dépendance spatiale. Les emplacements à proximité sont plus susceptibles d'avoir des altitudes similaires que les emplacements éloignés. La dépendance spatiale nous permet de supposer qu'il est valide d'estimer les valeurs d'altitude par interpolation.

De nombreux algorithmes d'interpolation ont été développés. L'un des plus simples et des plus largement utilisés (bien que souvent pas le meilleur) est le distance inverse pondérée algorithme. Grâce à la propriété de dépendance spatiale, nous pouvons supposer que les élévations estimées sont plus similaires aux élévations proches qu'aux élévations éloignées. L'algorithme pondéré par la distance inverse estime la valeur z d'un point P en fonction des valeurs z des n points les plus proches. Plus un point est éloigné, moins il influence l'estimation.

Comme indiqué ci-dessus, l'interpolation est utilisée pour de nombreux types de données au-delà de l'altitude. Un exemple consiste à générer une estimation de température à partir de valeurs d'échantillons dans des stations météorologiques. La carte ci-dessous montre comment la température moyenne de l'air à la surface de 1995 différait de la température moyenne sur une période de référence de 30 ans (1951-1980). Les anomalies de température sont représentées pour les cellules de grille qui couvrent 3° de longitude par 2,5° de latitude.

Les données maillées présentées ci-dessus ont été estimées par interpolation à partir des enregistrements de température associés au réseau très irrégulier de 3 467 emplacements repérés sur la carte ci-dessous.

8.2.7 Pente

Pente est une mesure du changement d'altitude. Si vous avez déjà monté une colline à vélo, vous avez une compréhension de la pente. La pente est également un paramètre crucial dans plusieurs modèles prédictifs bien connus utilisés pour la gestion de l'environnement, y compris l'équation universelle de perte de sol (qui traite de l'érosion du sol entraînée par l'eau, qui se déplace plus rapidement avec une pente plus raide) ainsi que pour les sources agricoles non ponctuelles. modèles de pollution (qui traitent du ruissellement agricole, qui est aussi évidemment influencé par la pente).

Une façon d'exprimer la pente est en pourcentage. Pour calculer le pourcentage de pente, divisez la différence entre les altitudes de deux points par la distance qui les sépare, puis multipliez le quotient par 100. La différence d'altitude entre les points s'appelle l'élévation. La distance entre les points s'appelle la course. Ainsi, le pourcentage de pente est égal à (montée / course) x 100.

Une autre façon d'exprimer la pente est un angle de pente ou un degré de pente. Comme indiqué ci-dessous, si vous visualisez la montée et la course comme les côtés d'un triangle rectangle, le degré de pente est l'angle opposé à la montée. Étant donné que le degré de pente est égal à la tangente de la fraction montée/descente, il peut être calculé comme l'arc tangente de montée/descente.

Vous pouvez calculer la pente sur une carte de contour en analysant l'espacement des contours (relativement, sur n'importe quelle carte de contour, la pente est la plus raide aux endroits où les lignes de contour sont les plus rapprochées). Cependant, si vous avez de nombreuses valeurs de pente à calculer, vous souhaiterez automatiser le processus. Il s'avère que les calculs de pente sont beaucoup plus faciles pour les données d'altitude maillées que pour les données vectorielles, car les altitudes sont plus ou moins également espacées dans les grilles raster.

Plusieurs algorithmes ont été développés pour calculer le pourcentage de pente et le degré de pente. Le plus simple et le plus courant s'appelle le méthode de voisinage. La méthode de voisinage calcule la pente à un point de grille en comparant les altitudes des huit points de grille qui l'entourent.

L'algorithme de voisinage estime le pourcentage de pente à la cellule de grille 5 (Z5) comme la somme des valeurs absolues de la pente est-ouest et de la pente nord-sud, et en multipliant la somme par 100. Le diagramme ci-dessous illustre comment la pente est-ouest et la pente nord-sud sont calculées. Essentiellement, la pente est-ouest est estimée comme la différence entre les sommes des élévations dans les première et troisième colonnes de la matrice 3 x 3. De même, la pente nord-sud est la différence entre les sommes des élévations des première et troisième rangées (notez que dans chaque cas, la valeur médiane est pondérée par un facteur de deux).

L'algorithme de voisinage calcule la pente pour chaque cellule d'une grille d'élévation en analysant chaque voisinage 3 x 3. Le pourcentage de pente peut être converti ultérieurement en degré de pente. Le résultat est une grille de valeurs de pente pouvant être utilisée dans divers modèles hydrologiques et de perte de sol.

Quiz d'entraînement

Les étudiants inscrits à Penn State devraient revenir maintenant pour répondre au questionnaire d'auto-évaluation sur Pente .

Vous pouvez faire des tests pratiques autant de fois que vous le souhaitez. Ils ne sont pas notés et n'affectent en rien votre note.

8.2.8 Ombrage de relief

Vous pouvez voir des pixels individuels dans l'image agrandie d'un DEM de 7,5 minutes ci-dessous. Nous avons utilisé le "Gradient Shader" de dlgv32 Pro pour produire l'image. Chaque pixel représente un point d'élévation. Les pixels sont ombrés sur 256 niveaux de gris. Les pixels sombres représentent les faibles altitudes, les pixels clairs représentent les hautes.

Il est également possible d'attribuer des valeurs de gris aux pixels de manière à donner l'impression que le DEM est éclairé d'en haut. L'image ci-dessous, qui montre la même partie du Bushkill DEM que l'image ci-dessus, illustre l'effet, qui est appelé relief ombré (également appelé ombrage de terrain ou ombrage de colline).

L'apparence d'une image de terrain ombré dépend de plusieurs paramètres, notamment exagération verticale. Cliquez sur les boutons sous l'image ci-dessous pour comparer les quatre images de terrain de l'Amérique du Nord présentées ci-dessous, dans lesquelles les altitudes sont exagérées 5 fois, 10 fois, 20 fois et 40 fois respectivement.

Un autre paramètre influent pour l'ombrage des collines est le angle d'éclairage. Cliquez sur les boutons pour comparer les images de terrain qui ont été illuminées depuis le nord-est, le sud-est, le sud-ouest et le nord-ouest. Le terrain semble-t-il inversé dans une ou plusieurs des images ? Pour minimiser la possibilité d'inversion de terrain (où les collines ressemblent à des vallées et l'inverse), il est classique d'éclairer le terrain depuis le nord-ouest.

8.2.9 LIDAR

Pour de nombreuses applications, les DEM de 30 mètres dont la précision verticale est mesurée en mètres ne sont tout simplement pas assez détaillés. Une plus grande précision et une résolution horizontale plus élevée peuvent être produites par des méthodes photogrammétriques, mais la photogrammétrie précise est souvent trop longue et coûteuse pour des zones étendues. Le lidar est une technique de télédétection numérique qui offre une alternative intéressante.

Lidar signifie Détection de la lumière et télémétrie. Comme le radar (RADio Detecting And Ranging), les instruments lidar transmettent et reçoivent des impulsions d'énergie et permettent la mesure de distance en gardant une trace du temps écoulé entre la transmission et la réception. Au lieu d'ondes radio, cependant, les instruments lidar émettent de la lumière laser (laser signifie Light Amplifications by Stimulated Emission of Radiation).

Les instruments Lidar sont généralement montés dans des avions à basse altitude. Ils émettent jusqu'à 5 000 impulsions laser par seconde, sur une bande au sol d'environ 600 mètres de large (environ 2 000 pieds). La surface du sol, le couvert végétal ou d'autres obstacles reflètent les impulsions et le récepteur de l'instrument détecte une partie de la rétrodiffusion. Les missions de cartographie lidar reposent sur le GPS pour enregistrer la position de l'avion et sur des instruments de navigation inertielle (gyroscopes qui détectent le tangage, le lacet et le roulis d'un avion) ​​pour suivre l'orientation du système par rapport à la surface du sol.

Dans des conditions idéales, le lidar peut produire des MNT avec une précision verticale de 15 centimètres et une résolution horizontale de quelques mètres. Le lidar a été utilisé avec succès pour détecter des changements subtils dans l'épaisseur de la calotte glaciaire du Groenland qui entraînent une perte nette de plus de 50 kilomètres cubes de glace par an.

Pour en savoir plus sur l'utilisation du lidar dans la cartographie des changements dans la calotte glaciaire du Groenland, visitez le site Web de la NASA Scientific Visualization Studio Greenland's Receding Ice.

8.2.10 Données d'altitude globale

Cette section présente trois produits de données qui incluent des données d'élévation (et, dans un cas, de bathymétrie) pour la totalité ou la majeure partie de la surface de la Terre.

ETOPO1

ETOPO1 est un modèle numérique d'élévation qui comprend à la fois la topographie et la bathymétrie pour le monde entier. Il se compose de plus de 233 millions de valeurs d'altitude qui sont régulièrement espacées à 1 minute de latitude et de longitude. A l'équateur, la résolution horizontale d'ETOPO1 est d'environ 1,85 kilomètre. Les positions verticales sont spécifiées en mètres et il existe deux versions de l'ensemble de données : une avec des élévations à la « surface glaciaire » des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique, et une avec des élévations au « fond rocheux » sous ces calottes glaciaires. Les positions horizontales sont spécifiées en coordonnées géographiques (degrés décimaux). Les données sources, et donc la qualité des données, varient d'une région à l'autre. Vous pouvez télécharger les données ETOPO1 du National Geophysical Data Center sur le site NOAA ETOPO1.

GTOPO30

GTOPO30 est un modèle d'élévation numérique qui s'étend sur les surfaces terrestres du monde (mais pas sous les océans). GTOPO30 se compose de plus de 2,5 millions de valeurs d'altitude, qui sont régulièrement espacées de 30 secondes de latitude et de longitude. A l'équateur, la résolution de GTOPO30 est d'environ 0,925 km, soit deux fois plus que ETOPO1. Les positions verticales sont spécifiées au mètre près, et les positions horizontales sont spécifiées en coordonnées géographiques. Les données GTOPO30 sont distribuées sous forme de tuiles, dont la plupart ont une latitude de 50° sur 40° de longitude.

Les tuiles GTOPO30 sont disponibles en téléchargement depuis le centre de données EROS de l'USGS sur le site EROS GTOPO30. GTOPO60, une version rééchantillonnée et mise à jour de GTOPO30, est disponible via le site de produits et de données USGS.

Mission de topographie radar de la navette (SRTM)

Du 11 au 22 février 2000, la navette spatiale Endeavour a fait rebondir les ondes radar sur la surface de la Terre et a enregistré les signaux réfléchis avec deux récepteurs espacés de 60 mètres. La mission a mesuré l'élévation des surfaces terrestres entre 60° N et 57° S de latitude. Les produits de données à plus haute résolution créés à partir de la mission SRTM mesurent 30 mètres. L'accès aux données SRTM de 30 mètres pour les zones en dehors des États-Unis est limité par la National Geospatial-Intelligence Agency, qui a parrainé le projet avec la National Aeronautics and Space Administration (NASA). Un produit de données SRTM de 90 mètres est disponible en téléchargement gratuit et sans restriction (Maune, 2007).

L'image ci-dessus montre Viti Levu, la plus grande des quelque 332 îles qui composent la République démocratique souveraine des îles Fidji. La superficie de Viti Levu est de 10 429 kilomètres carrés (environ 4000 miles carrés). Nakauvadra, la chaîne de montagnes accidentée qui s'étend du nord au sud, a plusieurs sommets s'élevant au-dessus de 900 mètres (environ 3000 pieds). Le mont Tomanivi, en haut au centre, est le plus haut sommet à 1324 mètres (4341 pieds).

Apprenez-en plus sur la mission de topographie du radar de la navette sur les sites Web publiés par la NASA et l'USGS.


Voir le modèle de surface numérique

  1. Lorsque l'image DSM s'affiche, appuyez sur la F12 touche de votre clavier pour voir toute son étendue.
  2. Clique le Valeur du curseur dans la barre d'outils ENVI . La boîte de dialogue Valeur du curseur affiche les valeurs de pixel pour l'emplacement du réticule, pour tous les calques actuels, y compris le DSM et deux images IKONOS. Noter la Données sous le nom du fichier DSM. Il s'agit de la valeur du pixel DSM à l'emplacement du réticule. Dans cet exemple, la valeur est de 538,577 mètres :

L'image DSM a des artefacts le long des bords où aucune donnée n'existe ou où les nuages ​​de points n'ont pas pu être générés.


Statistiques de pixels

le Calculer les statistiques de pixels L'outil crée une image où chaque bande représente une statistique différente qui a été calculée pixel par pixel à partir d'une image d'entrée. En utilisant une image d'entrée à quatre bandes comme exemple, une valeur de pixel donnée dans une bande d'écart-type de sortie est la valeur d'écart-type calculée sur les quatre bandes.

Vous pouvez également écrire un script pour calculer les statistiques de pixels à l'aide de ENVIPixelStatisticsTask.

  1. Dans la boîte à outils, sélectionnez Statistiques > Calculer les statistiques de pixels. La boîte de dialogue Calculer les statistiques de pixels apparaît.
  2. Sélectionnez un raster en entrée et effectuez un sous-ensemble spatial et spectral facultatif et/ou un masquage.
  3. Sélectionnez les statistiques à calculer à partir du Des produits liste. Par défaut, toutes les statistiques seront calculées. Les options sont Min (le minimum), Max (maximum), Moyenne, Écart-type, Signifie une déviation absolue, Variance, Asymétrie, Kertose, Somme, et Somme des carrés.
  4. Sélectionnez un nom de fichier et un emplacement pour le Raster de statistiques de pixels en sortie.
  5. Activer le Aperçu case à cocher pour voir un aperçu des paramètres avant de cliquer d'accord pour traiter les données. L'aperçu est calculé uniquement sur la zone de la fenêtre Image et utilise le niveau de résolution auquel vous visualisez l'image. Voir Aperçu pour plus de détails sur les résultats. Pour prévisualiser une zone différente de votre image, effectuez un panoramique et un zoom sur la zone d'intérêt et réactivez le Aperçu option.
  6. Activer le Afficher le résultat case à cocher pour afficher l'image de sortie dans la fenêtre Image lorsque le traitement est terminé.
  7. Cliquez sur d'accord. ENVI ajoute la sortie résultante au gestionnaire de données et, si le Afficher le résultat case à cocher a été activée, ajoute le calque au gestionnaire de calques et affiche la sortie dans la fenêtre Image.

S'étirer

Vous pouvez appliquer différents types d'étirement pour améliorer l'apparence d'une image.

Types d'étirement par défaut

Si le fichier d'en-tête associé à une image spécifie un étirement par défaut, cet étirement est appliqué lorsque vous ouvrez l'image. Si le fichier d'en-tête ne spécifie pas d'étirement, un type d'étirement est appliqué comme suit :

  • Aucun étirement n'est appliqué aux données d'octets 8 bits.
  • Un étirement linéaire optimisé est appliqué aux données entières non signées 16 bits.
  • Un étirement linéaire de 2 % est appliqué à tous les autres types de données.

Vous pouvez définir l'étirement par défaut pour ces types de données à l'aide de la Étirement par défaut préférences.

Appliquer des étirements

Pour appliquer un étirement différent, sélectionnez une option dans la Types d'étirement la liste déroulante.

Voir la rubrique Stretch Type Background pour plus de détails sur les différentes options d'étirement.

  • Pas d'étirement n'applique pas d'étirement.
  • Linéaire, Linéaire 1%, Linéaire 2%, et Linéaire 5% appliquer un étirement linéaire en pourcentage prédéfini. Pour appliquer un pourcentage d'étirement linéaire différent, cliquez sur le bouton Étirement de l'histogramme bouton.
  • Linéaire optimisé applique un étirement linéaire optimisé, également appelé ajustement de la plage dynamique. Par défaut, les données entières non signées 16 bits utilisent l'étirement linéaire optimisé pour l'affichage car elles ont une plage dynamique définie qui est optimale pour les données entières. Cet étirement fournit la quantité maximale d'informations à partir des tons moyens et des régions d'ombre et de surbrillance de ce type de données.
  • Égalisation applique un étirement d'égalisation d'histogramme.
  • gaussien applique un étirement gaussien. La valeur d'écart type par défaut est de 0,3. Pour appliquer un écart type différent, cliquez sur le bouton Étirement de l'histogramme bouton.
  • Racine carrée effectue une transformation en échelle de gris en racine carrée, puis applique un étirement linéaire.
  • Logarithmique étire logarithmiquement l'échelle de gris de l'image d'entrée. Il s'agit d'une technique non linéaire où la luminosité des basses fréquences est améliorée. L'étirement logarithmique est utile pour améliorer les caractéristiques situées dans les parties les plus sombres de l'image d'origine.
  • Bipolaire calcule la valeur absolue des pixels correspondant aux emplacements 2 % et 98 % sur les côtés négatif et positif de l'histogramme, puis attribue la plus grande valeur absolue aux deux extrémités de l'étirement. Voir Étirement bipolaire pour plus de détails. Si les données n'incluent pas à la fois des valeurs positives et négatives, cet étirement n'aura aucun effet.

Clique le Réinitialiser le type d'étirement pour revenir au type d'étirement par défaut de l'image.

"Étirer dessus" Options

ENVI détermine les statistiques pour le type d'étirement sélectionné en utilisant l'étendue complète de l'image ou uniquement l'étendue visible dans la vue de la fenêtre Image.

  • L'option par défaut est Étirer sur toute l'étendue, indiqué par le bouton dans la barre d'outils.
  • Pour appliquer le type d'étirement sélectionné uniquement à l'étendue de la vue, cliquez sur le bouton Étirer sur l'étendue de la vue bouton. S'il n'existe pas de fichier pyramidal pour l'image affichée, le Étirer sur l'étendue de la vue l'option ne sera pas disponible pour utilisation.
  • Pour mettre à jour automatiquement le type d'étirement sélectionné lorsque vous vous déplacez autour de l'image, cliquez sur le bouton Étirer l'étendue de la vue avec la mise à jour automatique bouton .

Étirement de l'histogramme

Utilisez le Étirement de l'histogramme commandes pour ajuster les valeurs d'histogramme minimales et maximales pour le rouge/vert/bleu (ou une seule bande) dans le calque actuel. Comme avec Types d'étirement, vous pouvez calculer des statistiques sur toute l'étendue de l'image ou uniquement sur l'étendue visible dans la vue de la fenêtre Image actuelle.

Conseil: Si un fichier pyramidal n'existe pas et que le sous-échantillonnage n'est pas disponible pour le raster en entrée, le Étirement de l'histogramme ne sera pas disponible pour utilisation.

Clique le Étirement de l'histogramme de la barre d'outils pour ouvrir la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme.

Voici quelques conseils pour travailler dans la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme :

  • Pour les images en couleur, la boîte de dialogue contient un histogramme des trois bandes et affiche leurs valeurs minimales et maximales.
  • Pour les images à bande unique, la boîte de dialogue contient un histogramme de la bande et affiche ses valeurs minimale et maximale.
  • Faites glisser les curseurs verticaux minimum et maximum selon vos besoins dans les histogrammes rouge, vert et bleu. Ou, saisissez les valeurs minimales et maximales dans les champs fournis et appuyez sur la touche Entrer clé.
  • Vous pouvez entrer un pourcentage de clip personnalisé dans le champ prévu, pour chaque histogramme. Ou entrez un pourcentage de clip à appliquer à tous les histogrammes, en utilisant le champ en bas de la boîte de dialogue.
  • Avec certains types de données tels que les images radar à virgule flottante, la large gamme de données n'offre pas une fidélité suffisante dans l'histogramme par défaut pour vous aider à apporter des modifications significatives à l'étirement. Dans ce cas, vous pouvez définir un nouvel histogramme qui utilise une valeur minimale et maximale plus appropriée. Pour ce faire, cliquez sur le Paramètres d'histogramme à côté de chaque histogramme pour afficher la boîte de dialogue Paramètres d'histogramme. Ici, vous pouvez saisir le Histogramme min., Histogramme Max, et Nombre maximal de bacs.
  • le Luminosité et Contraste les commandes sont activées lorsque la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme est affichée. Lorsque vous ajustez le Contraste réglage, les points d'histogramme minimum et maximum s'ajustent en conséquence dans la boîte de dialogue Étirer l'histogramme personnalisé (pour le rouge, le vert et le bleu).
  • Quand le Type d'étirement est réglé sur gaussien, vous pouvez saisir n'importe quelle valeur positive pour Stdv gaussien (écart type) dans la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme. appuie sur le Entrer clé pour soumettre la valeur.
  • Quand le Type d'étirement est réglé sur Racine carrée, vous pouvez saisir un Facteur de racine carrée dans la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme. appuie sur le Entrer clé pour soumettre la valeur.
  • Pour réinitialiser l'étirement à ce qu'il était avant d'ouvrir la boîte de dialogue, cliquez sur le bouton Boîte de dialogue de réinitialisation bouton.
  • Lorsque la boîte de dialogue Étirement de l'histogramme est ouverte, vous pouvez toujours sélectionner un Type d'étirement option ou utilisez le Contraste contrôle dans la barre d'outils. Cela vous permet de modifier le type d'étirement ainsi que les paramètres minimum et maximum de l'étirement appliqué.

Voici quelques conseils pour utiliser les commandes de tracé :

  • Pour effectuer un zoom avant et arrière sur le tracé, cliquez dans le tracé et faites rouler la molette de la souris d'avant en arrière, ou cliquez et faites glisser le bouton central de la souris pour tracer un cadre autour de la zone à zoomer.
  • Cliquez et maintenez sur une courbe dans le tracé pour afficher le réticule de la ligne X-Y. Lorsque vous déplacez le curseur sur la courbe, le réticule s'accroche au point de données le plus proche. Les valeurs X et Y du point apparaissent sous le tracé.
  • Pour réinitialiser la plage de tracé à la vue d'origine, cliquez sur le bouton Réinitialiser la plage de tracé bouton .

Vous pouvez éventuellement copier chaque histogramme de la boîte de dialogue et le coller dans d'autres applications telles que Microsoft Word ou PowerPoint. Pour ce faire, cliquez à l'intérieur de chaque histogramme, appuyez sur Ctrl+C, puis collez dans une autre application en appuyant sur Ctrl+V.


Mirone : Un outil polyvalent pour explorer les données de la grille grid

Mirone est un outil cadre basé sur Windows MATLAB développé par l'auteur qui permet l'affichage et la manipulation d'un grand nombre de formats de grille via son interface avec la bibliothèque d'abstraction de données géospatiales (GDAL). Son objectif principal est de fournir aux utilisateurs une interface graphique facile à utiliser avec les programmes les plus populaires du package Generic Mapping Tools (GMT). En outre, il propose une gamme d'outils dédiés aux sujets des sciences de la terre, y compris des outils pour la planification de missions multifaisceaux, les études de déformation élastique, la modélisation de la propagation des tsunamis, les calculs de champ magnétique terrestre et les inversions magnétiques de Parker, les calculs de rotations et de pôles d'Euler, les reconstructions tectoniques des plaques, et traçage de la sismicité et du mécanisme focal. Les capacités de cartographie et de cartographie de haute qualité pour lesquelles GMT est réputée sont garanties par la capacité de Mirone à générer automatiquement des scripts GMT cshell et des fichiers batch dos. Les exigences spécifiques à l'utilisateur qui dépassent les capacités actuelles de Mirone peuvent être satisfaites par une simple programmation pour fournir les fonctionnalités requises.