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Transcription

1 qrab=abp=ao^fk^dbp=prmbocf`fbip=m^o=bumilfq^qflk=ab=jkq= e^rqb=o plirqflk=w j qelabp=aûbuqo^`qflk=aûfkaf`bp=d ljlomelildfnrbp= mlro=iû^k^ivpb=ar=`ebjfkbjbkq=abp=b^ru=prmbocf`fbiibp ^mmif`^qflkp=c=bubjmibp=aûbumilfq^qflk=ab=jla bumilfq^qflk=ab=jlaðibp=ab= ibp=ab= qboo^fk=^sb`=ib=ildf`fbi=p^d^=dfp Atelier géothématique Quels usages pour les données 3D haute résolution CVRH de Toulouse 2 juillet 2014 Sébastien Rucquoi 1

2 LES DRAINAGES : TYPOLOGIE Réseau Vitesse de circulation des eaux Principaux éléments / réseau de drainage des eaux superficielles : Vallées, thalwegs, accueillant les écoulements de surface (surface «libre»), formant le chevelu Points d infiltration (essentiellement en milieu karstique) : dolines, gouffre, pertes,, favorisant le cheminement des eaux vers les réseaux souterrains Horizons superficiels des sols, perméables, accueillant des écoulements dits «de sub surface», généralement temporaires Discontinuités àgrande dimension des massifs rocheux (failles, contact entre formations géologiques, ), jouant un rôle conducteur Réseaux artificiels (drains et fossés agricoles ou routiers principalement), assurant la collecte et l évacuation des eaux de ruissellement 2

3 LES DRAINAGES : TYPOLOGIE Réseau Vitesse de circulation des eaux Principaux éléments / réseau de drainage des eaux superficielles : Vallées, thalwegs, accueillant les écoulements de surface (surface «libre»), formant le chevelu Points d infiltration (essentiellement en milieu karstique) : dolines, gouffre, pertes,, favorisant le cheminement des eaux vers les réseaux souterrains Horizons superficiels des sols, perméables, accueillant des écoulements dits «de sub surface», généralement temporaires Discontinuités àgrande dimension des massifs rocheux (failles, contact entre formations géologiques, ), jouant un rôle conducteur MNT Réseaux artificiels (drains et fossés agricoles ou routiers principalement), assurant la collecte et l évacuation des eaux de ruissellement 3

4 Réseau jkq=l=jkp C o pb^ru=evaoldo^mefnrbp 4 Image SPOT 5, région de Tarmount (Algérie) Airbus Defense & Space / Spot Image, 2006

5 EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES Réseau = ensemble structuré et hiérarchisé des thalwegs Drain en eau (réseau actif / réel) Drain sec (réseau potentiel) DALETT Réseau Méthodes d extraction Approche radiométrique, basée sur des traitements d image Approche morphologique, basée sur des traitements de MNT / MNS 5

6 EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES Extraction automatique àpartir d algorithmes hydrologiques (algorithmes de drainage) Méthode Deterministic 8 (D8) 1984 Calcul des directions d écoulement pour chaque cellule du MNT àpartir des valeurs altimétriques des pixels par simulation de l écoulement de l eau en surface, sachant que l eau emprunte le chemin défini par la ligne de plus grande pente Méthode Digital Elevation Model Network (DEMON) 1994 Méthode D Infinity 8 (D ) 1997 Réseau Sources : Maréchal, 2011 & Charleux Demargne,

7 DTer Sud-Ouest EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES MNT HAUTE & DRAINAGES Extraction automatique à partir d algorithmes morphologiques Î Différenciation des surfaces convergentes (concaves) et divergentes (convexes) du MNT par le calcul d un indice qui quantifie la convergence ou la courbure du relief en chaque point, indépendamment de toute notion de direction d écoulement Juillet 2014 Convergence Index (CI) 1994 MNT & Réseau MNT & SAGA Gis Source : Thommeret et al., 2010 Source : Conrad,

8 DTer Sud-Ouest EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES 10 km Æ Å 5 km MNT HAUTE & DRAINAGES Extraction automatique à partir d algorithmes hydrogéomorphologiques (méthodes hybrides) MNS SPOT 5 20 m Juillet 2014 MNT & Réseau MNT & SAGA Gis DALETT MNS Spot 5 Résolution spatiale : 20 m Spot Image

9 5km EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES Extraction automatique àpartir d algorithmes hydrogéomorphologiques (méthodes hybrides) 10 km MNS SPOT 5 20 m Réseau DALETT Chevelu calculé (logiciel SAGA) MNS Spot 5 Résolution spatiale : 20 m Spot Image

10 Réseau 3km EXTRACTION DE RÉSEAUX HYDROGRAPHIQUES Validation des résultats : comparaison entre un chevelu calculé et un chevelu photo interprété 4 km DALETT Réseau photo interprété (approche radiométrique) : détection réaliste des drains en eau, mais non exhaustive Réseau calculé (approche morphologique) : détection exhaustive des drains en eau et des drains secs mais modélisation des flux anguleuse et imprécisions locales Chevelu photo interprété Chevelu calculé Image Spot 5 Résolution spatiale : 2,5 m Spot Image

11 Réseau jkq=l=jkp C a mobppflkp=qlmldo^mefnrbp 11 Image DigitalGlobe, Nouvelle Zélande Google Earth

12 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Dolines = fermées, de forme globalement subcirculaire ou elliptique, d échelle généralement pluri métrique àpluri décamétrique (micro reliefs), parfois coalescentes (ouvalas) Dolines de dissolution (dépressions évasées de faible profondeur) Dolines d effondrement (dépressions peu étendues, flancs redressés) Formation des dolines : Milieu karstique, Liée généralement àla présence d accidents géologiques ou de cavités souterraines continues Réseau Critères d identification Morphologique (dépressions ) Radiométrique (caractéristiques dépendant de la nature des sols occupant les fonds de doline) Répartition spatiale (alignement, regroupement, phénomène isolé) Aperçu de la diversité spectrale des dolines dans deux contextes différents DALETT 12

13 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Dolines = fermées, de forme globalement subcirculaire ou elliptique, d échelle généralement pluri métrique àpluri décamétrique (micro reliefs), parfois coalescentes (ouvalas) Dolines de dissolution (dépressions évasées de faible profondeur) Dolines d effondrement (dépressions peu étendues, flancs redressés) Formation des dolines : Milieu karstique, Liée généralement àla présence d accidents géologiques ou de cavités souterraines continues Réseau Critères d identification Morphologique (dépressions ) Radiométrique (caractéristiques dépendant de la nature des sols occupant les fonds de doline) MNT Répartition spatiale (alignement, regroupement, phénomène isolé) Aperçu de la diversité spectrale des dolines dans deux contextes différents DALETT 13

14 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Pas de méthodes automatisées «standards» Possibilités de détection des sols de remplissages karstiques àpartir du traitement d images optiques ou radars, sans distinction des zones dépressionnaires Possibilités de détection des dépressions d un MNS / MNT àpartir de l algorithme CI ou d algorithmes de correction de modèle de terrain A Réseau B B A Opération de remplissage des dépressions en 3 étapes (méthode Fill Sinks) DALETT, 2013 DALETT Exutoire 14

15 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Application des méthodes automatiques sur une zone test ZIG : Secteur de Mauroux (Lot & Lot et Garonne), bordure de plateau karstifié Données sources : MNT BDAlti de l IGN (pas de 25 m) MNT NEXTMap d Intermap (pas de 5 m) Réseau BDAlti 25 m NEXTMap 5 m MNT BDALTI (IGN) MNT NEXTMap (Intermap) 15

16 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Données de validation sur la zone test Scan 25 de l IGN (carte topographique, échelle : ème ) Scan Geol du BRGM (carte géologique harmonisée, validité : ème ) Couple de photographies aériennes de l IGN (mission : 1993, échelle : ème ) 2km 1,5 km CARTE IGN CARTE BRGM PHOTOS AÉRIENNES Réseau Cartographie de référence SCAN 25 (IGN) Doline IGN (# 40) GEOL LITH (BRGM) Doline BRGM (# 42) Photographies aériennes (IGN) Doline photo interprétée (# 46) 16

17 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Exemple d application de l algorithme «Convergence Index»sur le MNT BDAlti «CONVERGENCE INDEX» sur BDAlti (25 m) Réseau Doline photo interprétée # : 46 Zone dépressionnaire «CI»(BDAlti) # : 65 Seuil : 60 17

18 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Exemple d application de l algorithme «Fill Sinks» sur le MNT BDAlti (25 m) «FILL SINKS» sur BDAlti (25 m) Réseau Doline photo interprétée # : 46 Zone dépressionnaire «Fill Sinks» (BDAlti) # : 32 18

19 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Exemple d application de l algorithme «Fill Sinks» sur le MNT NEXTMap (5m) «FILL SINKS» sur NEXTMap (5 m) Réseau Doline photo interprétée # : 46 Zone dépressionnaire «Fill Sinks» (NEXTMap) # : 52 19

20 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Carte de synthèse des résultats obtenus SYNTHÈSE Réseau Doline photo interprétée # : 46 Doline IGN # : 40 Zone dépressionnaire BDAlti «CI» # : 65 Zone dépressionnaire BDAlti «Fill Sinks» # : 32 Zone dépressionnaire NEXTMap «Fill Sinks» # : 52 20

21 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Étude comparative des cartes obtenues par rapport àla carte de référence IGN vs PHOTO INTERPRÉTATION BDAlti (CI) vs PHOTO INTERPRÉTATION Réseau Dolines recensées PI : 46 (100 %) IGN : 40 Dolines concordantes # : 38 (83 %) Sous détections / PI # : 8 (17 %) Sur détéctions / PI # : 2 (4 %) BDAlti (Fill Sinks) vs PHOTO INTERPRÉTATION Dolines recensées PI : 46 (100 %) CI : 65 Dolines concordantes # : 40 (87 %) Sous détections / PI # : 6 (13 %) Sur détéctions / PI # : 21 (46 %) NEXTMap (Fill Sinks) vs PHOTO INTERPRÉTATION Dolines recensées PI : 46 (100 %) FS : 32 Dolines concordantes # : 32 (70 %) Sous détections / PI # : 14 (30 %) Sur détéctions / PI # : 1 (2 %) Dolines recensées PI : 46 (100 %) FS : 52 Dolines concordantes # : 41 (89 %) Sous détections / PI # : 5 (11 %) Sur détéctions / PI # : 13 (28 %) 21

22 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Étude comparative des cartes obtenues par rapport àla carte de référence IGN vs PHOTO INTERPRÉTATION BDAlti (CI) vs PHOTO INTERPRÉTATION Réseau Dolines recensées PI : 46 (100 %) IGN : 40 Dolines concordantes # : 38 (83 %) Sous détections / PI # : 8 (17 %) Sur détéctions / PI # : 2 (4 %) BDAlti (Fill Sinks) vs PHOTO INTERPRÉTATION Dolines recensées PI : 46 (100 %) CI : 65 Dolines concordantes # : 40 (87 %) Sous détections / PI # : 6 (13 %) Sur détéctions / PI # : 21 (46 %) NEXTMap (Fill Sinks) vs PHOTO INTERPRÉTATION Dolines recensées PI : 46 (100 %) FS : 32 Dolines concordantes # : 32 (70 %) Sous détections / PI # : 14 (30 %) Sur détéctions / PI # : 1 (2 %) Dolines recensées PI : 46 (100 %) FS : 52 Dolines concordantes # : 41 (89 %) Sous détections / PI # : 5 (11 %) Sur détéctions / PI # : 13 (28 %) 22

23 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Recencement des dolines extraites semi automatiquement & non référencées par l IGN PHOTO INTERPRÉTATION vs IGN 8 BDAlti (CI) vs IGN Réseau Dolines détectées par photointerprétation & non rencensées sur la carte topographique IGN (# : 8) Dolines détectées par le «Convergence Index» sur BDAlti & non rencensées sur la carte topographique IGN (# : 4) BDAlti (Fill Sinks) vs IGN NEXTMap (Fill Sinks) vs IGN 8 Doline détectée par le «Fill Sinks» sur BDAlti & non rencensée sur la carte topographique IGN (# : 1) Dolines détectées par le «Fill Sinks» sur NEXTMap & non rencensées sur la carte topographique IGN (# : 8) 23

24 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Étude comparative : Tableau synthétique Analyse des résultats obtenus par rapport aux données de référence (photointerprétation) Réseau 24

25 Réseau EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Conclusion : Résultats dépendant de la méthode d extraction & de la résolution du MNT source & des artefacts du MNT source Algorithme FILL SINKS = Méthode semi automatique la plus adaptée pour l extraction des dépressions d un MNT Points positifs : méthode robuste, rapide, efficace et simple àmettreen oeuvre (avec outils SIG classiques) Points de vigilance : résultats très étroitement liés à la résolution et aux artefacts du MNT source D après les tests effectués, avec un MNT moyennement résolu (ex. : BDAlti) Détection des dépressions de profondeur plurimétrique Omission des dépressions de profondeur métrique Pas ou très peu de sur détections Avec un MNT hautement résolu (ex. : NEXTMap) Détection des dépressions de profondeur métrique et plurimétrique Peu de sous détections Sur détections relativement nombreuses (liés aux artefacts du MNT) Post ou pré traitements nécessaires pour réduire le nombre de sur détections 25

26 EXTRACTION DE DÉPRESSIONS TOPOGRAPHIQUES Exemple de post traitements applicables pour réduire les surdétections issus de la méthode «Fill Sinks» sur MNT NEXTMap (Intermap) Caractérisation morphométrique des dépressions (profondeur, étendue, forme, ) puis filtrage àpartir de critères / seuils définis par l utilisateur Croisement avec des critères radiométriques ou morphologiques (réseau hydro) Rééchantillonage du modèle de terrain àune précision inférieure (lissage) afin de dégrader l information et réduire le nombre d artefacts du MNT Réseau 5 m 10 m 20 m 40 m Exemple de résultats obtenus àpartir de la méthode «Fill Sinks» sur un MNT NEXTMap (5 m) rééchantillonné à 10 m, 20 m & 40 m 26

27 MERCI POUR VOTRE ATTENTION 27

28 Réseau içåáåáéä p^d^=dfp póëíéã=ñçê=^ìíçã~íéç= déçëåáéåíáñáå=^å~äóëéë ^å~äóëéëò 28

29 Réseau Logiciel d analyses géoscientifiques : Introduction Prend en charge des données vectorielles et raster (la plupart des fonctions s appliquent àdes couches raster) Logiciel fonctionnant sur la base d une architecture modulaire au travers d une interface graphique (42 modules ayant chacun plusieurs fonctions, totalisant 234 fonctions pour la version et 300 pour la version 2.0.3) Outil de modélisation basé sur des données : construction de MNT / MNS, analyse morphométrique (calcul des pentes, orientations, ), délimitation de bassins versants, application de modèles hydrologiques, Logiciel SIG Open Source créé en 2001 par une équipe de chercheurs du Département de Géographie Physique de l Université de Göttingen (Allemagne) Logiciel codé en C++, exécutable sous Windows & Linux (version 2.0) Langage : Anglais 29

30 Réseau Logiciel d analyses géoscientifiques SAGA : Les modules 1. Modules d import et d export de fichiers Utilise la librairie GDAL (environ 40 formats de fichiers supportés) 2. Modules de gestion des projections géographiques Outil de géoréférencement donnant accès à2 librairies de projection cartographiques libres (Geographic Translator GeoTrans library & Proj. 4) 3. Modules de traitement des couches vectorielles Opérations standards : fusion / union de couches, choix des formes, gestion des données attributaires, création de lignes de contour depuis une couche raster, 4. Modules de calcul sur des grilles / semis de points Construction de raster par interpolation, lissage / rééchantillonage, calculatrice raster, buffer, extraction de profil transversaux, 5. Modules de traitement d images Détection de changements, classifications supervisées ou non supervisée, filtrage, 6. Modules d analyse statistique des valeurs d un raster Statistiques zonales & résiduelles, variance, régression linéaire multiple, histogramme, 7. Modules d analyse des formes du terrain Analyses géomorphométriques, morphologiques, paramètres hydrologiques, ombrage, Modules de simulation Modélisation hydrologique, écosystémique, érosion,... 30

31 Logiciel d analyses géoscientifiques SAGA : Interface Interface Graphique Utilisateur (GUI) Workspace Fenêtre carte Données attributaires Fenêtre Résultats Propriétés Réseau Données sources Diagramme de dispersion Histogramme Vue 3D Notifications DALETT 31