Création d’unités spatiales

1. Objectif : mettre en place une unité de base pour l’analyse

spatiale

L’objectif à terme est de caractériser la qualité physique des cours d’eau sur le bassin RMC et donc de réaliser une analyse spatiale de l’état des masses d’eau superficielles à l’échelle du bassin. Pour y parvenir, nous avons conçu des indicateurs à partir de métriques issues de la bande fluviale. L’extraction de celles-ci nécessite la mise en place d’unités dans lesquelles seront retirées des données. Chaque unité sera dotée d’une information sémantique mais également d’une indication de localisation d’où l’emploi du terme d’unités spatiales. Comme le définissent Pumain et Saint-Julien (2010), l’unité spatiale représente une cellule de base d’une grille à laquelle est associée une information sémantique en vue d’effectuer une analyse spatiale.

Figure 2.9. Illustration des unités spatiales primaires. Trois types d’unités spatiales sont utilisés dans cette thèse (Figure 2.9).

 Les polygones intra-chenaux, qui sont des objets se rapprochant de la réalité géographique. Ils permettent d’avoir une notion de la représentation spatiale et thématique de l’objet.

 Les objets géographiques désagrégés (ou DGO pour Disagregated Geographic Object), qui sont des unités spatiales artificielles créées pour mettre en œuvre certains traitements de caractérisation du fait de leurs propriétés spatiales (distribution longitudinale selon un pas de distance donnée, équi-longueur) (Alber et Piégay, 2011)(Figure 2.10).

 Les objets géographiques réagrégés (ou AGO pour Agregated Geographic Object) qui sont construits dans un deuxième temps.

Les polygones intra-chenaux et les DGO peuvent être assimilables à des unités spatiales primaires. Ces unités serviront à extraire des métriques radiométriques (à partir de couche rastérisée) ou géométriques (à partir de couche vectorielle).

Figure 2.10. Définition des unités spatiales génériques et l'axe de référence linéaire pour la caractérisation des objets géographiques à l'échelle du réseau (Alber et Piégay, 2011).

A : Objets élémentaires – B : Objets Géographiques désagrégés – C : Objets Géographiques réagrégés.

2. Unités spatiales extraites des données vectorielles : les objets

géographiques désagrégés (DGO)

Des objets géographiques désagrégés ont également été utilisés dans ce cas comme des unités spatiales standardisées. Ils ne correspondent pas exactement à une réalité géomorphologique mais constituent des unités intermédiaires de traitement (Wiederkehr et al., 2010c). Nous présentons ci-dessous un exemple de construction de DGO à partir de la bande active sur la Drôme. Il faut procéder de la même manière pour les DGO créés à partir du chenal en eau ou d’autres objets issus du corridor fluvial (Figure 2.11).

1. Segmentation de l’axe médian de la bande active

Nous partons d’un polygone représentant la bande active. Ce polygone est né de l’union des polygones « eau » et des « bancs de galets ». Un axe médian est créé à partir de ce polygone en utilisant la fonction « Centerlines » d’ArcInfo. Cet axe est segmenté de manière régulière (tous les

10 ou 100 m) en utilisant la fonction « Split Polyline » d’ET Geowizard (module additionnel

d’ArcGis). Une fois découpée, cette ligne est convertie en points à l’aide de la fonction « Convert polyline to point ».

Figure 2.11. Présentation des étapes de construction des objets géographiques désagrégés (DGO).

2. Polygonisation de Thiessen

La couche vectorielle point créée précédemment est utilisée avec l’outil « polygonisation de Thiessen » pour construire des polygones à partir des bissectrices perpendiculaires aux lignes reliant deux points voisins (Thiessen et Alter, 1911).

3. Création des objets géographiques désagrégés

Les polygones de Thiessen ainsi construits sont « intersectés » avec l’outil du même nom au

polygone de la bande active, ce qui crée des objets géographiques désagrégés.

3. Unités spatiales extraites des données rasters : les polygones

intra-chenaux

Les polygones intra-chenaux (Figure 2.12) sont des unités homogènes, regroupant des pixels de même valeur radiométrique construits à l’intérieur de l’objet eau. Les polygones de segmentation sont construits à partir d’un algorithme orientée-objet et, plus particulièrement à partir de l’étape de segmentation. Dans cette thèse, seul le chenal en eau a été segmenté. Mais il est tout à fait envisageable de procéder de la même manière avec des polygones d’autres natures. Les polygones intra-végétation pourraient servir à distinguer différentes communautés ou espèces végétales (Dufour et al., Soumis). La construction des polygones intra-chenaux a nécessité l’utilisation du module d’extraction d’ENVI EX et le paramétrage des trois critères de segmentation (Wiederkehr et al., 2010b). La définition des seuils de chaque paramètre s’est faite par une méthode visuelle au pas à pas.

4. Unités spatiales réagrégées

Les DGO ne correspondent pas à une réalité géographique. Mais ils apportent une information « sur-segmentée » par rapport à l’échelle géographique à laquelle s’expriment les formes fluviales qui nous intéressent et peuvent ensuite être agrégées pour y faire émerger ces formes. Cette agrégation se fera par des tests statistiques réalisés sur une métrique afin de se rapprocher au plus de la réalité géographique.

Le test statistique employé dans cette thèse est le test de Pettitt (Pettitt, 1979). Il permet d’identifier des sous-segments homogènes en moyenne au sein d’une série de valeurs. Il s’agit d’un test non paramétrique qui est une variante du test de Mann-Whitney, conçue à l’origine pour deux échantillons distincts. La statistique Ud, N suppose que pour chaque distance d avec une valeur entre 1 et N, les deux séquences longitudinales (Xi et Xj) pour i = 1 à d et pour j = d + 1 à N appartiennent à la même population. La variable qui doit être testée est le maximum, en valeur

absolue, de la variable Ud, N. Ce test est ainsi appliqué ici pour identifier des tronçons homogènes