7. Traitement des données. Nov 2010

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Marie-Hélène St-Jacques
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2 Logiciels de traitement des données multifaisceaux (bathy( bathy/imagerie) exemples CARAIBES (Ifremer) SONARSCOPE (Ifremer) HIPS / SIPS (CARIS / Canada) QinSY (QPS / NL) Hysweep (Hypack / US) MB-System (University of Columbia / US) Neptune (Simrad / N) PDS 2000 (Reson / Dk) Hydrostar (Elac / D). freeware

Canada) QinSY (QPS / NL) Hysweep (Hypack / US) MB-System (University of

3 Données de bathymétrie 1 fichier de bathymétrie = 1 liste de cycles multifaisceaux (correspondant par exemple à un profil) Pour chaque cycle : Date / heure / cap du navire Pour chaque faisceau : n de faisceau / x / y / P (données corrigées de célérité attitude ) P y x

chaque cycle : Date / heure / cap du navire Pour chaque faisceau :

4 Données d imagerie 1 fichier d imagerie = 1 liste de cycles multifaisceaux (correspondant par ex à un profil) Pour chaque cycle : Date / heure / cap du navire Pour chaque échantillon : n de faisceau / x / y / BS / «flag» de validité

Pour chaque cycle : Date / heure / cap du navire Pour

5 Données «auxiliaires» navigation : série de triplets heure/latitude/longitude du navire enregistrés à une cadence régulière (par exemple 1 Hz) attitude : série de données heure/roulis/tangage/cap/pilonnement enregistrés à une cadence régulière (par exemple 100 Hz) profils de célérité : pour chaque profil, une série de couples profondeur/célérité paramètres de fonctionnement : mode de fonctionnement du sondeur (durée d impulsion, gamme ), corrections appliquées paramètres d installation : bras de levier, paramètres de calibration...

Hz) profils de célérité : pour chaque profil, une série de couples profondeur/célérité paramètres de fonctionnement : mode de

6 Bathymétrie Volume de données En-tete de cycle # 40 octets - 1 sonde # 16 octets sondes/cycle 1 cycle = x 200 # 3,2 ko P = 1000 m Te # 900 cycles/heure (900 x 200 = sondes ) Volume horaire = 900 * 3,2 # 2,8 Mo P = 5 m Te # cycles/heure ( x 200 = 29 millions sondes) Volume horaire = * 3,2 # 450 Mo

(900 x 200 = 180 000 sondes ) Volume horaire = 900 * 3,2 # 2,8 Mo P = 5 m Te #

7 Imagerie Volume de données En-tete de cycle # 40 octets - 1 échantillon # 6 octets P = 1000 m - δ = 1500 Hz (0,5 m) - 2θ M = Te # 900 cycles/heure 1 cycle = 2( P/cosθ M P)/δ # 7700 ech 1 cycle = x 7700 # 45 ko Volume horaire = 45 * 900 # 40 Mo P = 10 m - δ = Hz (0,05 m) - 2θ M = Te # cycles/heure (40 Hz) 1 cycle = 2( P/cosθ M P)/δ # 800 ech 1 cycle = x 800 # 4,7 ko Volume horaire = 4,7 * # 664 Mo

ko Volume horaire = 45 * 900 # 40 Mo P = 10 m - δ = 15000 Hz (0,05 m) - 2θ M = 140 - Te # 144000 cycles/heure

8 Traitement des données de bathymétrie but : production de cartes bathymétriques navigation bathymétrie Validation validation Corrections : Marée profil de célérité Corr instrumentales (bras de levier, tirant d eau ) Fusion Navigation / bathy Bathymétrie géoréférencée validation carte tracé Modèle numérique de terrain (MNT) maillage

Corr instrumentales (bras de levier, tirant d eau ) Fusion Navigation / bathy

9 Validation de la navigation But : Elimination des positions douteuses ou aberrantes («sauts de navigation») Editeur graphique Détection automatique des sauts Tracés de la navigation («minute de navigation ou de localisation»)

navigation») Editeur graphique Détection automatique des

10 Validation de la navigation Editeur graphique Exemple : module «Ananav» CARAIBES

11 Détection automatique de «sauts de navigation» (1) 10 m Contrôle de la continuité de la trajectoire : calcul de Vitesse fond / route fond

12 Détection automatique de «sauts de navigation» (2) route fond cap (deg) «Anomalie vitesse» «Anomalie cap» vitesse fond (noeuds) v (noeuds)

(deg) 180 90 0 «Anomalie vitesse» «Anomalie

13 Validation de la navigation «minute de navigation»

14 Validation de la navigation «minute de navigation»

15 Validation de la bathymétrie (Epuration filtrage - data cleaning) But : suppression (invalidation) des sondes «erronées» (bruit, mauvaise détection ) Méthodes automatiques : détection automatique des erreurs Méthodes manuelles (éditeur graphique) Epuration des données non géoréférencées (profil par profil ) Epuration des données géoréférencées

automatiques : détection automatique des erreurs Méthodes manuelles (éditeur

16 Validation interactive - exemple : bathymul (logiciel CARAIBES)

17 Epuration automatique exemple : filtrage par comparaison à un MNT de référence - calcul d un modèle numérique de terrain (MNT) - lissage du MNT (ex : fonctions splines) - Pour chaque sonde à tester S (X,Y,Z) : - calcul de Z MNT (X,Y) - S est invalidée si Z [Z MNT -, Z MNT + ] Sondes fausses filtrées Fichier.xy brut MNT lissé

splines) - Pour chaque sonde à tester S (X,Y,Z) : - calcul de Z MNT (X,Y) - S est

18 Epuration automatique exemple : algorithme des quantiles - Pour chaque sonde à tester S (X,Y,Z ) : - détermination dans un voisinage de rayon R -de la médiane Z 0,5 -des quantiles d ordre n (quartile par exemple) : Z 0,25 et Z 0,75 - S est invalidée si Z [Z 0,5 - k, Z 0,5 + k ] = Z 0,75 - Z 0,25 k : paramètre de sensibilité de l algorithme R

quantiles d ordre n (quartile par exemple) : Z 0,25 et Z 0,75 - S est invalidée si Z

19 Corrections de la bathymétrie correction de la marée éventuellement, «rejeu» de corrections appliquées en temps réel : - profil de célérité - attitude (biais ) - tirant d eau

20 Correction de la marée -1ère méthode : mesure de la marée (marégraphe) - 2ème méthode : altitude GPS (RTK) GPS H GPS flottaison Z GPS RAF98 Réf altitude (IGN69) IGN69 ZH Marée Zéro hydrographique (Niveau des plus basses mers) Ellipsoide WGS84

flottaison Z GPS RAF98 Réf altitude (IGN69) IGN69 ZH Marée

21 Exemple : VO Haliotis - 3 mai 2009 Cherbourg Marée = Z GPS - H GPS ZH - H GPS = Hauteur de la référence d altitude au dessus de la ligne de flottaison H GPS (référence Haliotis) = m - ZH = Hauteur du zéro hydrographique au dessus de WGS84 Marée = Z GPS - H GPS RAF98 + IGN69 - RAF98 = Modèle de géoide RAF98 (pas = 2.5 km) varie entre m (Port de Cherbourg) et (digue extérieure) valeur moyenne retenue = m - ZH = Niveau de IGN69 au dessus du zéro Hydrographique : A Cherbourg (marégraphe) : ZH = 3.28

22 Exemple : VO Haliotis - 3 mai 2009 Cherbourg 1 km Marégraphe Station RTK Station RTK 3 km

23 Marée GPS marée mesurée Moy = m RMS = 0.06 m La marée est mesurée au marégraphe permanent de Cherbourg (Shom). Les données sont disponibles sur le site du réseau Sonel :

24 Fusion Navigation / bathymétrie (1) (géoréférencement) Navigation (Lo,Go) Cap (C) Bathymétrie (dx, dy) Nord L = Lo + (cosc dx - sinc dy) /ρ G = Go + (sinc dx + cosc dy) / N coslo C Position de la sonde (L,G) dy dx N : longueur de la grande normale N = a (1 e 2 sin 2 Lo) -1/2 ρ: rayon de courbure de l ellipse méridienne ρ = N (1-e 2 ) / (1 e 2 sin 2 Lo) (a, e) : caractéristiques de l ellipsoïde

25 Fusion Navigation / bathymétrie (2) (passage en coordonnées rectangulaires) (L,G) X = f(l,g) Y = f(l,g) (X,Y) Projections utilisées en hydrographie : Mercator / UTM / Lambert Exemple: Projection de Mercator Paramètres : - ellipsoïde (a, e) - latitude conservée (Lm) - origine de la projection (Lo, Go) - X = a (G Go) - Y = a (Lc(L) Lc(Lo)) Lc = latitude croissante

26 Maillage MNT - modèles numériques de terrain (MNT) à maille régulière - A chaque nœud du maillage, calcul de la profondeur par interpolation des sondes voisines Nœud à calculer Pas de la maille (mètres) sondes Voisinage de recherche

27 Maillage choix du pas de la maille - pas de la maille = f (densité des sondes) - Exemples - P = 20 m 111 faisceaux fauchée : 140 m - V = 10 nœuds - ech latéral # 1,3 m - récurrence # 0,1 s - ech longitudinal # 0,5 m taille de la maille >= 1 m -P = 4000 m 191 faisceaux fauchée : 20 km - V = 10 nœuds - ech latéral # 105 m - récurrence # 14 s - ech longitudinal # 75 m taille de la maille >= 100 m

28 Modèles numériques de terrain Méthodes d interpolation - choix de la sonde la plus proche ( nearneighbor ) Z = zn / d n = min ( d i ) d i z i - moyenne des sondes les plus proches (pondération par l inverse du carré de la distance) Z z 1 i = 2 1/ d 2 i di -

29 Sondes brutes BH1 L Espérance EM12 D P = 1200 / 1500 m 200 m

30 Modèle numérique de terrain (MNT) Maille = 200 m 200 m

31 200 m Isobathes

32 Tracé d isobathes (contourage( contourage) -génération des isobathes : Interpolation à travers le maillage - lissage (fonctions splines )

33 Tracé bathymétrique Echelle : typiquement 1 à 2mm / maille types de représentations isobathes vue en code couleur vue ombrée (représentation du gradient en niveau de gris) 3 D - animations

34 Tracés d isobathes

35 Bathymétrie couleur

36 Bathymétrie couleur + ombrage

37 Vue 3D

38 Contrôle de la qualité traitement des profils traversiers Exemple : Levé sud Açores (L Espérance Simrad EM12D 1994)

39 Contrôle de la qualité traitement des profils traversiers Exemple : Levé sud Açores (L Espérance Simrad EM12D 1994)

40 Contrôle de la qualité traitement des profils traversiers Exemple : Levé sud Açores (L Espérance Simrad EM12D 1994)

41 2 km 2 % P

42 2 km 2 % P

43 Traitement des données d imagerie Amélioration éventuelle en TD du calcul de la réflectivité («belle image») amélioration du calcul de gain d antenne lissage des discontinuités (gommage du spéculaire, notamment) Réalisation d une mosaïque les échantillons d imagerie sont rangés dans une grille régulière (pixels d imagerie) représentation de la réflectivité en niveau de gris

44 Traitement des données d imagerie but : tracé de mosaïques d imagerie imagerie corrections bathymétrie Fusion Bathy / imagerie (positionnement des échantillons d imagerie) Mosaïque de réflectivité Traitement de l image : Contraste Interpolation Carte De réflectivité tracé Mosaïque finale

45 Corrections des données de réflectivité but : amélioration du calcul de la réflectivité corrections de gain d antenne amélioration de la loi «d aplatissement de BS» gommage du spéculaire correction du coefficient d absorption

46 Corrections des données de réflectivité Exemple : algorithmes Belle image

47 Traitement d image Interpolation Avant Après

48 Traitement d image Rehaussement de contraste Avant Après Ajustement interactif des bornes de l histogramme

49 Carte de réflectivité

50 Traitement d image visu 3D (plaquage de l imagerie sur un MNT bathy)

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