CAPACITE 1 : LANCER UN SATELLITE VERS L’ESPACE
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Lancer un satellite vers l’espace.
1. Ouvrir le logiciel Solstice et choisir Simulation d’un lancement.
2. Fenêtre d’affichage de la totalité de l’image : Choix des courbes affichées, par des clics de souris il est possible de choisir les courbes que l’on souhaite afficher (1).
3. Fenêtre d’outils : Affichage (2) Il est possible de voir la vue du lanceur en cliquant sur la vue rapprochée (3).
Simulation
• Un clic sur Lancement permet de simuler le lancement (4).
• Un clic sur les icônes de lecture, Accélérer permet de gérer la vitesse du lancement.
4. Touches pour les raccourcis, des principaux paramètres (5).
CAPACITE 2 : OU LANCER LE SATELLITE ?
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Choisir l’aspect de la carte de travail.
1. Ouvrir le logiciel Solstice et choisir Orbito
2. Fenêtre d’affichage de la totalité de l’image : affichage de la carte (1)
Un clic droit de souris dans cette zone permet de modifier l’aspect de la carte : choisir Carte polychrome.
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2. Choisir le satellite utilisé.
3. Simuler le déplacement des satellites
3. Fenêtre d’outils : dans Paramètres choisir un satellite dans une liste (2).
4. Un clic sur Démarrage (3) permet de simuler le déplacement des satellites à vitesse plus ou moins rapide.
Un clic sur vue 3D permet de visualiser l’orbite du satellite. Un clic glissé sur l’image permet de modifier l’angle de vision.
Un clic sur la loupe permet de zoomer ou dézoomer sur l’image.
Plusieurs clics sur l’icône Avance rapide permettent d’accélérer le déplacement (4).
CAPACITE 3 : LES MESURES ALTIMETRIQUES
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Les mesures altimétriques 1. Les satellites altimétriques permettent de connaître avec une grande précision la topographie des reliefs terrestres ou des océans. Ce type de satellite est dit actif, car il envoie un signal vers la Terre avant de le recevoir de
nouveau. (1)
Lorsque le satellite ne fait que capter des sources naturelles de rayonnement (Soleil, Terre…), on parle de satellite passif. (2)
3
4
1 2
2.Observer la réponse captée par le dispositif expérimental lorsqu’on fait varier la distance entre l’écran et le capteur.
CAPACITE 4 : LA VISION DU SATELLITE
1. Observer la Terre en lumière Visible sans filtre.
2. Observer la Terre en lumière Visible sans filtre.
1. Les capteurs imageurs embarqués à bord des satellites d'observation mesurent la lumière notamment dans le domaine visible pour identifier des surfaces. Mesurez différents objets à l’aide du luxmètre. (1)
2. Le logiciel radiomètre virtuel permet de simuler le radiomètre présent dans les satellites d’observation. Il simule la mesure de la réflectance qui est le rapport entre la luminance de l’objet et celle de la source de lumière initiale (Soleil). Le résultat est
1
3. Observer la Terre en lumière filtrée visible ou infrarouge
donné en pourcentage.
3. Utiliser le logiciel radiomètre pour observer des échantillons virtuels. Pour cela cliquer sur l’icône Mesure de la réflectance totale (1).
4. Observez la réflectance totale provoquée par une feuille verte et une feuille morte. Les réflectances totales sont similaires pour les deux échantillons. (2).
5. Observez la réflectance dans différentes longueurs d’onde grâce à des filtres. Pour cela cliquer sur Signatures spectrales (3) et observez les résultats obtenus pour les feuilles vertes et mortes.
4. Mesurer la lumière provenant de différents sols.
5. Observer des aérosols depuis l’espace
6. A l’aide d’un radiomètre, mesurez la réflectance de différentes natures de sol avec le filtre infrarouge (4).
7. Saupoudrez du sel dans l’eau et observez la modification de la réflectance. Ce sel simule les aérosols présents dans l’atmosphère.
2
3 1
OBJET REFLECTANCE
4
CAPACITE 5 : TRANSFORMER UNE MESURE PHYSIQUE EN DONNEE NUMERIQUE
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Savoir compter en mode binaire
Pour compter on utilise une base.
Pour nous c’est la base 10, donc avec les chiffres de 0 à 9. Mais quand on est une machine, on est un peu plus limité : on doit compter avec deux chiffres : le 0 et le 1.
Le principe est donc le même : En base 2 : le chiffre des unités, des «deuzaines », des «
quatraines »… : ainsi le nombre : (1) et (2)
- 00110 correspond au nombre 0 x 16 + 0 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 + 0 x 1, = 6.
- 01110 correspond au nombre 0 x 16 + 1 x 8 + 1 x 4 + 1 x 2 = 14
0 00000 8 01000 16 10000 24 11000
1 00001 9 01001 17 10001 25 11001
2 00010 10 01010 18 10010 26 11010
3 00011 11 01011 19 10011 27 11011
4 00100 12 01100 20 10100 28 11100
5 00101 13 01101 21 10101 29 11101
6 00110 14 01110 22 10110 30 11110
7 00111 15 01111 23 10111 31 11111
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2
2. Les données Pléiades Les valeurs utilisées par les ordinateurs sont appelées des bits. Le bit est l'unité la plus simple dans un système de numération, ne pouvant prendre que deux valeurs, désignées le plus souvent par les chiffres 0 et 1
Les concepteurs des satellites PLEIADES ont choisi d'utiliser 12 bits pour coder une mesure physique : ils ont donc accès à toute une gamme de nombres, de 0 (0000 0000 0000) à 4095 (1111 1111 1111).
Cela permet donc de discriminer 4 096 mesures différentes : de 0 (la luminance la plus faible : le noir) à 4 095 (blanc étincelant) (3)
3
CAPACITE 6 : TRANSFORMER DES DONNEES NUMERIQUES EN UNE IMAGE
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. 1. Ouvrir le fichier
dubai_100.ods
Redimensionner la taille des cellules. Choisir une hauteur de ligne de 0,3 et une largeur de colonne de 0,3 (1)
2. Sélectionner le tableau de valeurs et utiliser le formatage conditionnel en choisissant le sous menu
« Echelle de couleur »;
Choisir « Echelle à deux couleurs », puis affecter à la valeur inférieure la couleur
« Noir » et à la valeur supérieure la couleur
« Blanc » (2)
3. Faire un zoom arrière à 25 % afin d’obtenir l’image en nuances de gris
1
2
CAPACITE 7 et 8 : L’ENVIRONNEMENT DE TRAVAIL ET LIRE UNE IMAGE AVEC LE LOGICIEL TERREIMAGE :
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Ouverture de l’image - Cliquer sur le visuel
TerreImage dans la barre de tâches (1) ou sur le menu
Extension/TerreImage (2).
- Ouvrir le fichier .TIF (ou .TIFF) selon les données (3).
- Montrer le choix à faire dans la fenêtre
d’ouverture (Spot, Pléiades, Formosat) (4)
- Montrer l’intérêt de la fenêtre « Couche » (de manière aléatoire, elle apparait ou pas, montrer aux stagiaires comment on la fait apparaître via l’onglet « Vue »/
« Panneau ») (5)
- Vous venez de cliquer sur l’extension TerreImage. Une fenêtre de dialogue s’ouvre pour vous demander de choisir le répertoire (éventuellement sous répertoire) où se trouve l’image avec laquelle vous souhaitez travailler. Il s’agit d’un fichier image ou « raster » qui sera le plus souvent avec une extension .tif ou tiff.
- Selon le type d’image que vous utilisez (SPOT 4 ou 5, Pléiades 1A ou B, Formosat) vous cochez la case correspondante.
- Dans ce cas les bandes spectrales du capteur du satellite sont
automatiquement affectées aux différents plans vidéos (Rouge, Vert, Bleu) de l’ordinateur pour obtenir la composition colorée traditionnellement utilisées dans la visualisation des images satellites.
- A gauche de l’interface une fenêtre
« couches » se met en place avec un sous répertoire « TerreImage ». Toutes les couches (Raster et Vecteur) que vous utiliserez seront répertoriées ici.
- L’interface Qgis est modulable, toutes les fenêtres peuvent être déplacées
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3
2
4 5
2. Lire l’image
- Se déplacer sur l’image (6) - Utiliser la fonction Zoom
de l’image (7)
- Passer alternativement du déplacement au zoom sur l’image
- Si la main et la loupe n’apparaissent pas : onglet Vue/Barre d’outils/Navigateur de carte (8)
- Le déplacement sur l’image se fait à l’aide de la main.
- La fonction « Zoom » se fait de 2 manières :
Un jeu sur la mollette de la souris.
L’utilisation de la « loupe » dans la barre d’outils : Zoom+ et Zoom- - Une fois le zoom réalisé il faut
reprendre la main dans la barre d’outils en cliquant dessus (6).
3. Comprendre la composition d’une image
- Zoomer jusqu’à la
pixellisation maximale (9) - Montrer qu’une image est
une succession de
« carrés » (ou presque selon l’angle de la prise de vue)
- La notion de résolution
- Le pixel constitue la taille minimale d’information de l’image.
- Sur le zoom, on note donc la succession de carrés de 50cm de côté et leur variation de couleurs
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4. Relever la radiométrie d’un pixel
- Utiliser la fonction « Profil spectral » (10)
- Placer la souris sur un pixel et montrer la correspondance radiométrique : sur le tableur (11), sur le graphique (12).
- Varier le pixel et observer les modifications dans les valeurs radiométriques - Montrer qu’un
changement de valeurs radiométriques se matérialise à l’écran par une variation de couleur.
- Le « Profil spectral » permet de donner la valeur radiométrique du pixel pointé par la souris : cette valeur est indiquée pour chacune des bandes spectrales du satellite (le satellite Pléiades fonctionne sur 12 bits, donc sur des valeurs
comprises entre 0 et 4095).
- L’affichage de ce résultat peut se faire sous forme de tableau comme sous forme de graphe : dans le graphique :
Le 1.0 correspond à la valeur dans la bande spectrale bleue.
Le 2.0 correspond à la valeur dans la bande spectrale verte.
Le 3.0 correspond à la valeur dans la bande spectrale rouge.
Le 4.0 correspond à la valeur dans la bande spectrale PIR.
- La variation de couleurs est donc un témoignage du changement de valeur radiométrique des pixels.
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11 12
5. Expliquer le lien entre couleur du pixel et radiométrie - Ouvrir l’image en
monocanal : Vert, Rouge et PIR (13)
- Montrer que chaque valeur de pixel comprise entre 0 et 4095 (codage sous 12 bits des images Pléiades) correspond à un niveau de gris) (14) et (15) - Montrer qu’une
composition colorée est la superposition de 3 images codées de 0 à 4095 avec le code couleur suivant :
BS PIR dans le rouge
BS Rouge dans le vert
BS Verte dans le bleu
- Une composition colorée résulte de la visualisation conjointe de 3 images monocanal (BS Verte, BS Rouge, BS PIR).
- Il est possible avec le logiciel TerreImage d’ouvrir chacune de ces images monocanal indépendamment : le résultat s’affiche en niveaux de gris (14) et la nuance de gris affectée à un pixel correspond à la valeur
radiométrique.
- La matrice de chiffres (15) donne pour chaque pixel cette valeur radiométrique qui est ensuite déclinée en nuances de gris (de 0 à 4095 pour 12 bits, du noir au blanc) (16).
- Par convention, dans une compostion colorée « fausses couleurs », la BS Verte est projeté dans le plan couleur Bleu, la BS Rouge dans le plan couleur Vert et la BS PIR dans le plan couleur Rouge (17) et (18).
14 : bande PIR
0 4095
14 : bande Rouge
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CAPACITE 9 : UTILISER LES VALEURS RADIOMETRIQUES DES PIXELS POUR LIRE ET INTERPRETER L’IMAGE :
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
1. Utiliser le profil spectral
- Ouvrir la fenêtre du profil spectral (1)
- Montrer que les variations de valeurs radiométriques correspondent avec des changements d’occupation au sol.
- Montrer le graphique joint et expliquer la notion de
« signature spectrale » (3) - Faire un graphique après avoir
sélectionné les courbes suivantes : mer, végétation, route, sols nus…
-La valeur radiométrique de chaque pixel correspond à un type de surface particulier.
- Si on place la souris sur un pixel de couleur dominante rouge on relève de très fortes valeurs dans la BS PIR par exemple. Au contraire, si on place la souris sur un pixel bleu très sombre (« Mer Méditerranée »), la valeur dans le PIR est faible (2a et 2b).
- Le graphique joint indique les profils de réponse spectrale pour différents types d’occupation : il permet de mettre en évidence la notion de
« signature spectrale » en observant le profil des différents types de couverture au sol (3).
- Il est possible de faire un graphique de courbes de réponses spectrales à partir du logiciel TerreImage :
Ouvrir l’onglet « Profil Spectral ».
Sélectionner le bouton graphe, désormais les valeurs pour ce pixel apparaissant sous la forme d’une courbe.
Cliquer sur le bouton Obtenir un point. Effectuer un clic de souris sur un pixel d’intérêt, une courbe est alors figurée et figée sur le même graphique en plus de la courbe représentant la signature spectrale du pixel situé sous la flèche de la souris. Il est possible
1 2a
2b
de désactiver la visualisation de la courbe correspondant au pixel courant avec le bouton « Cacher le pixel courant ». (4)
Vous pouvez : (5)
Supprimer cette courbe
Renommer cette courbe
Connaître les coordonnées du pixel utilisé pour obtenir cette courbe
Changer la couleur de cette courbe
Il est possible de superposer plusieurs courbes.
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4
5
2. Expliquer les valeurs des histogrammes : - Ouvrir la fenêtre
« Histogrammes » dans le logiciel TerreImage (6) - Expliquer à quoi
correspondent ces 3 graphiques
(abscisses/ordonnées, couleur de visualisation RVB, bandes spectrales, barres de seuillage min et max).
- Revenir sur la corrélation entre « couleur » de la bande spectrale et sa couleur de visualisation (BS PIR en rouge, BS Rouge en vert et BS Vert en bleu) vue dans la capacité 9
- Ces trois courbes permettent de visualiser la fréquence des pixels ayant une valeur donnée et ce, selon qu’il s’agisse de pixels appartenant au plan Rouge, Vert ou Bleu de l’image (7).
- Pour la visualisation des bandes spectrales (voir capacité 9/5)
La courbe rouge donne la répartition de la valeur des pixels dans la BS PIR
La courbe verte dans la BS Rouge
La courbe bleue dans la BS Verte -Ce graphique fonctionne ainsi :
En ordonnées le nombre de pixels (8).
En abscisses, la valeur radiométrique des pixels (codage en 12 bits donc des valeurs en 0 et 4095) (9)
-Les 2 barres verticales (min. à gauche et max. à droite) définissent les pixels qui sont pris en compte par le logiciel pour l’affichage de l’image (par convention les 2% inférieurs et supérieurs ne sont pas utilisés). (10a et 10b)
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7 8
9
10a 10b
3. Utiliser les valeurs des histogrammes
- Rappeler le graphique joint pour montrer que le travail sur l’histogramme correspond à des connaissances sur les signatures spectrales des différents objets
- Ouvrir l’image dans le Rouge et le PIR : montrer les différences radiométriques sur la végétation (sombre dans le rouge/clair dans le PIR)
- « Placer » ce pixel sur les histogrammes
- Jouer sur la dynamique de l’image par « seuillages » (terme impropre) successifs
Eau
Végétation active
- Pour travailler sur les histogrammes, il faut avoir en tête les grandes caractéristiques des différentes signatures spectrales (reprise du graphique de la capacité 10/1).
-Ouvrir 2 images monocanal :
Rouge (11a)
PIR (11b)
- Ouvrir la fonction profil spectral.
- Faire placer approximativement sur le graphique de la BS Rouge et de la BS PIR les pixels en fonction de leur valeur (12).
-Il est possible d’agir sur l’histogramme et dès lors de modifier l’affichage de la fenêtre principale. Déplacer les barres verticales des valeurs maximales et minimales.
11b BS PIR BS Rouge
11a
12
-A l’aide du graphique des signatures spectrales, en travaillant UNIQUEMENT, sur la bande PIR (graphique de couleur rouge), nous pouvons déterminer :
La présence de végétation active sur l’image (13)
La présence d’eau sur l’image (14)
- les barres verticales encadrent désormais un espace beaucoup plus restreint. Les pixels en-deçà de la barre minimale apparaitront en noir (valeur 0), ceux au-delà de la barre maximale en maximum de la couleur) (valeur 100%)
13
14
Végétation
Eau
CAPACITE 10 : UTILISER LES INDICES RADIOMETRIQUES : LES TRAITEMENTS :
OBJECTIFS EXPLICATION CAPTURES D’ECRAN
Ouvrir la fenêtre « Traitements » du logiciel TerreImage :
- Relever les 3 traitements disponibles : NDVI, NDTI, Indice de Brillance (1).
- Expliquer leur intérêt, leur mode de calcul
- Une tendance en traitements de données est d’essayer de réduire la quantité de données sur lesquelles on travaille. En particulier on utilise des indices synthétiques significatifs, indices qui permettent de réduire la dimension de l’espace statistique de travail. Dans le cas de Pléiades on travaille dans un espace à 4 bandes spectrales. Avoir un ou des indices synthétiques corrélés à une problématique est un gain de temps et de traitement.
- Les indices radiométriques sont des formules fournissant des mesures quantitatives sur un paramètre de l’environnement.
Trois indices radiométriques sont disponibles dans TerreImage : (1)
Indice de végétation (NDVI)
Indice de turbidité (NDTI)
Indice de brillance (IB) - Leurs calculs sont les suivants :
NDVI = (PIR-R) / (PIR+R)
NDTI = (R-V) / (R+V)
IB = √(R²+PIR²)
- Les résultats apparaissent sous la forme d’un monocanal (appelé NDVI, NDTI ou Indice de brillance) qui fonctionne comme une couche Raster (2, dans cet exemple un NDVI).
1
2
Améliorer la visualisation des résultats de l’indice en jouant sur les fonctionnalités de QGIS - Monter la possibilité de jouer sur
la transparence des couches lorsqu’elles sont superposées (superposition par exemple de la composition colorée et du NDVI) - Généraliser cette possible
transparence à toutes les couches raster (et vecteur)
- Comme toutes les couches Raster, un indice peut être superposé en transparence sur l’image principale. Il faut double- cliquer sur la couche (3), choisir l’onglet Transparence et régler le curseur sur la valeur souhaitée (4).
- Cette transparence peut être réalisée sur toutes les couches à l’affichage (même démarche que ci-dessus).
Utiliser la fonction Seuillage sur l’histogramme d’un indice - Montrer l’histogramme de
l’indice crée.
- Montrer que chaque pic sur l’histogramme correspond à une occupation du sol fortement représentée sur l’image.
- Montrer qu’il est possible de coloriser ces résultats grâce aux fonctionnalités de Qgis.
- Lorsqu’un indice est calculé, un histogramme lui est associé. On peut travailler sur l’histogramme généré en cliquant sur l’onglet Histogramme/NDVI (5).
- Sur l’histogramme NDVI joint, on relève l’existence de plusieurs pics qui correspondent chacun à un type d’occupation des sols (6).
- Dans l’histogramme qui apparait, il est possible de délimiter une zone avec des pixels d’interêt puis de faire apparaître le seuillage correspondant. Le logiciel traitera l’image de la manière suivante : (7)
Les pixels dont les valeurs sont situées à gauche de la barre de gauche sont
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5 6
colorés en noir (dans ce cas les pixels d’eau en 7a)
Les pixels dont les valeurs sont situées à droite de la barre de droite sont colorés en blanc (dans ce cas les pixels de végétation active en 7b)
Les pixels entre les deux barres sont colorés en nuance de gris en fonction de leur valeur par rapport aux valeurs des barres de références (dans ce cas, les pixels correspondants aux structures urbaines et/ou aux sols nus en 7c)
CAPACITE 11 : FAIRE UN TRAITEMENT A L’AIDE DE L’ANGLE SPECTRAL
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURES D’ECRAN
Ouvrir la fonction traitement : - Montrer le traitement
angle spectral - Choisir un type
d’occupation au sol caractéristique (surface en herbe par exemple) et attendre le calcul.
- Expliquer les résultats obtenus : pixel
d’initialisation, calcul de l’angle spectral, mire de couleur du noir au blanc.
- Cliquer sur l’onglet Traitements et cliquer sur Angle Spectral (1).
Cette action déclenche une double action :
une mire de niveaux de gris apparaît, allant du blanc au noir et traduisant une gradation du plus proche au plus éloigné (2).
sur l’image apparaît un réticule en forme de croix qui vous permet de choisir un objet de l’occupation du
7
7a 7b
7 c
1
2
3
sol En cliquant sur l’objet choisi, on sélectionne un pixel qui sert à initialiser le calcul de la classification.
Le point choisi est marqué en jaune (3).
- Les zones en blanc ou très claires sont les pixels de l’image qui sont spectralement les plus proches des valeurs du pixel d’initialisation. Plus on va vers les teintes sombres plus les pixels sont éloignés spectralement du pixel choisi. Ici le pixel d’initialisation était dans une parcelle boisée. Toutes les zones en blanc ou en teintes claires sont spectralement proches d’un végétal de ce type. En noir les types d’occupation de type sols nus ou des surface en eau (4) Renouveler le traitement :
- Sur une étendue d’eau.
- Sur un sol urbain - Montrer que la couleur
blanche / grise / noire ne dépend pas de la nature du sol mais du pixel d’initialisation : un angle spectral est donc relatif (important pour faire comprendre aux élèves qu’un objet peut changer de couleur entre 2 calculs)
- Un exemple d’angle spectral calculé à partir d’un pixel d’initialisation dans la mer (5) - Un exemple à partir d’un pixel
d’initialisation dans l’urbain (6)
4
5 6
CAPACITE 12 : REALISER UNE CLASSIFICATION (NON-SUPERVISEE ET SUPERVISEE) :
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURE D’ECRAN
Réaliser une classification non- supervisée :
- Expliquer le principe d’une classification non-
supervisée (1)
- Montrer qu’il est possible de jouer sur le nombre de classes (2)
- Donner des pistes pour l’interprétation des résultats.
- Montrer les limites de l’outil.
- L’objectif d’une méthode de classification est la recherche d’une typologie c’est-à-dire d’une partition, ou répartition des individus ou objets (ici des pixels) en classes, ou catégories.
Ceci est fait en optimisant un critère valeur du pixel visant à regrouper les individus dans des classes, chacune le plus homogène possible et, entre elles, les plus distinctes possible.
Le logiciel TerreImage permet d’effectuer une classification non-supervisée de type Classification par réallocation dynamique (ou méthode K- means ou méthode des K- moyennes ou encore appelées
« nuées dynamiques »).
- Sélectionner le nombre de classes en utilisant les flèches (2) puis cliquer sur « classification non supervisée (1). Une nouvelle fenêtre apparait après calcul de la classification. Une nouvelle couche est ainsi créée correspondant à votre classification. La coloration de la classification est faite au plus près possible des couleurs de la composition fausse couleur (3).
La classification de l’image 3 est faite avec 7 classes.
1
2
3
Réaliser une classification supervisée SVM :
- Expliquer le principe.
- Ouvrir les fichiers « Vecteurs » déjà réalisés dans le dossier de travail.
- Faire réaliser le dernier échantillon : EAU en faisant tracer 2 ou 3 polygones dans l’eau.
- Réaliser la classification après attribution des couleurs.
- Interpréter les résultats : carte et matrice de confusion.
- A la différence d’une classification non-supervisée, une classification SVM (Support Vector Machine) suppose que soient déterminés des échantillons d’apprentissage.
Cette connaissance s’acquiert soit par l’expertise d’une photo-interprétation soit par des relevés directs réalisés sur le terrain, soit par l’obtention d’informations sur l’occupation des sols au moment de la prise d’image (stat agricoles, données météo…). Ces vérités relevées sur le terrain supposent une proximité temporelle forte entre leur réalisation et la date de prise de vue de l’image satellitaire afin d’être le plus sûr possible des observations réalisées.
- Créer une couche vectorielle :
cliquer sur le raccourci Nouvelle Couche Shapefile dans la barre d’outils (1).
Une nouvelle fenêtre s’ouvre (2)
La classification a pour but de classifier des zones selon les caractéristiques des pixels des zones des vérités- terrains qui constituent un modèle pour l’algorithme de classification. La couche vectorielle créée doit donc
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4
5
6
être un polygone (choisir Polygone dans le menu Type) (3)
La couche vectorielle utilisée doit avoir la même projection géographique que celle de l’image satellitaire de référence : cliquer dans Spécifier le SCR pour déterminer la projection adéquate (4).
Cliquer sur Ok (5) et sauvegarder la couche après avoir déterminé le dossier dans lequel le projet doit être placé (de préférence dans le même sous répertoire, ou dossier, que l’image utilisée) (6). Le nom de la couche est ici
« Forêt ». La couche ainsi créée apparait dans la colonne « Couches » (7) - Dessiner les polygones :
Une fois que la couche a été créée et qu’elle apparait dans la colonne de droite, la sélectionner (elle apparaît surlignée en bleu) (8)
Cliquer sur l’icône de dessin («basculer en mode édition») (9a). Certaines icônes deviennent actives dont celle symbolisant le polygone (« ajouter une entité ») (9b).
Dessiner un polygone sur l’image correspondant à la
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9a
9b
10
11 13
vérité-terrain relevée : chaque clic gauche permet de déterminer un sommet du polygone + un clic droit permet de finir le polygone (10).
Le clic droit entraine la création d’une fenêtre d’attribut (11).
Dans la case correspondant à id, donner le numéro du polygone dessiné (dans le cas présent, 1er polygone représentant la forêt sur l’image de Naples) (12).
Cliquer de nouveau sur le stylo et sauvegarder votre couche : elle est automatiquement installée dans le dossier choisi au départ (13).
NB : reproduire cette démarche aussi souvent que vous dessinez un polygone. On peut considérer que pour une classe de vérité terrain (par exemple surface eau) 2 ou 3 polygones sont nécessaires pour avoir un nombre de pixels suffisant pour initialiser l’algorithme de classification).
Visualiser les attributs d’une couche vectorielle en utilisant l’icône de la barre à outils Identifier les entités (14).
Renouveler l’opération autant de fois que le
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15
nombre de couches désirées - Réaliser la classification :
Cliquer sur Plugin de Classification. Une nouvelle fenêtre s'ouvre (15).
Sélectionner l’image raster à intégrer à la classification.
Attention il est possible de choisir soit la totalité de l’image (dans ce cas cochez Naples_UE) soit tout ou partie des bandes spectrales ou indices qui ont été calculés (dans ce cas cochez celles ou ceux que vous souhaitez) (16).
Sélectionner les échantillons d’apprentissage à intégrer dans la classification (17).
Déterminer une couleur d’affichage pour chaque classe afin de rendre la classification obtenue la plus parlante possible (eau en bleu, forêt en vert foncé, prairie en vert clair etc.) (18).
Déterminer le répertoire de sortie de la classification : choisir le répertoire dans lequel sont déjà enregistrées les couches vectorielles (19).
Cliquer sur Classification (20).
Apparition de la classification après un temps de travail plus ou moins long selon la taille de l’image de
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19 20
travail (de l’ordre de 3 minutes pour une image de 340MO sur PC 4GO de mémoire vive, intel( R ) Core I3, 2.4GHZ, Windows7, 64bits )(21)
Ouverture d’une fenêtre de résultats qui indique la superficie de l’image correspondant à la classe désignée et d’une matrice de confusion qui permet de déterminer la qualité de la classification produite (voir
les compléments
scientifiques pour comprendre l’interprétation de ces données) (22)
Ouverture d’une
classification sur l’image : elle est dotée d’une légende correspondant aux classes choisies. Elle fonctionne comme une couche « normale » et peut donc être affichée ou pas, peut apparaître en transparence
Pour sauvegarder la couche, double-cliquer sur le nom de la couche, dans l’onglet Style, cliquer sur
« sauvegarder le style », enregistrer un fichier en .qml dans le même dossier que celui de la classification.
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22
CAPACITE 13 : EXPLOITER LES DONNEES SPATIALES EN SIG :
OBJECTIFS EXPLICATIONS CAPTURE D’ECRAN
13A. QGIS et l’accès à des données distantes : Extension Open Layers
Pour visualiser une image dans son contexte ou quand l’image fait défaut, QGIS permet de se connecter aux ressources cartographiques de grands serveurs mondiaux disponibles sur Internet : (1). Google, Yahoo, Bing mais aussi à celles du projet collaboratif Open Street Map.
Cette fonctionnalité majeure est accessible par OpenLayers plugin via le menu Extension. (2).
NB : On dispose de cartes et d’images mondiales sans avoir à se préoccuper de l’installation de multiples fichiers locaux sur les machines de travail.
Contrainte : Il faut disposer de machines connectées
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13B. QGIS et l’accès à des données distantes : Extension Street View
Une fois l’extension installée (3), en cliquant sur l’espace de visualisation, le navigateur web s’ouvre et affiche la photo de la base Street View en plein écran.
Utile pour identifier des bâtiments ou structures ambigus, mais il faut être près d’une rue.
1
3
13.C QGIS et l’accès à des données distantes : accès au Web Maping Services.
Avancée majeure, les SIG comme QGIS peuvent accéder, sur des serveurs distants spécialisés, à des images ou cartes (protocole WMS) et à des couches vectorielles (protocole WFS), sans encombrer les disques durs.
Pour installer une connexion à un serveur WMS ou WFS, Il faut indiquer l’url du serveur. (4) Les données (vectorielles) chargées peuvent être sauvegardées.
13.D Mettre en forme des données récupérées sur le web dans QGIS
De nombreux sites institutionnels permettent de télécharger des données lisibles sur un SIG. Elles sont classées en deux catégories :
Des images de type RASTER géoréférencées (TIFF, BMP, JPEG2000) constituées par des pixels auxquels sont attribuées une ou plusieurs valeurs.
Des données vectorielles (Shapefiles .shp) qui permettent d’afficher des points, des lignes ou des
surfaces avec des
informations associées.
Très souvent lorsque l’on ouvre ces fichiers téléchargés sur Qgis le
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résultat est très décevant et ne ressemble pas à ce qui est attendu, ceci s’explique par la nécessité de mettre en forme les données.
Exemple de mise en forme d’une image RASTER
En cliquant dans la colonne de gauche sur le nom de la couche, la fenêtre de « Propriété de la couche » apparait et la fonction STYLE (5) permet de comprendre comment l’image a été obtenue : L’image apparait en nuance de gris, chaque pixel se voit attribué une nuance en fonction de sa valeur. Très généralement ce genre de carte apparait avec une légende ou est attribuée une couleur pour une gamme de valeurs donnée. Qgis permet de réaliser ce type de représentation.
On commence par modifier le type de rendu en sélectionnant
« Pseudo-Couleur à bande unique » (6), ce qui signifie que nous pourrons attribuer une couleur à un intervalle de valeur.
La fenêtre style est modifiée et permet de créer sa légende : Bande : Il s’agit des gammes de valeur associés au pixel, il n’y a souvent qu’une seule gamme mais si on à faire à une composition colorée (ex image satellite)
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plusieurs gammes sont possibles Interpolation des couleurs : On peut sélectionner le mode discret (généralement utilisé en cartographie) qui attribue strictement une couleur à un intervalle de valeur, ou linéaire ou le logiciel créer un nuancier de couleurs entre les deux valeurs de l’intervalle.
On utilise en suivant l’icône « + » (7), pour créer ces catégories.
Dans le tableau on peut ensuite entrer la valeur maximale de l’intervalle. Pour la première ligne la valeur minimale sera 0, pour les autres lignes, la valeur minimale sera la valeur maximale de la catégorie précédente. On doit également préciser l’étiquette à savoir ce qui sera affiché comme légende. Il est possible d’enregistrer ce découpage pour l’appliquer à une autre image en cliquant sur la petite disquette. Ici le découpage est celui de l’utilisateur, Qgis permet des découpages automatiques par équipopulation en sélectionnant préalablement le nombre de catégories (bien penser à cliquer sur classer quand on veut utiliser cette fonction !)
Avec le nouveau découpage l’image devient celle-ci (8) :
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Exemple de mise en forme d’une image VECTORIELLE
On dispose de données vectorielles sur l’occupation des sols en Campanie
En regardant de plus près, on voit bien des parcelles délimitées (9), mais elles apparaissent de la même couleur, néanmoins chacune d’entre elles contient des informations qui lui sont propres, comme le confirme l’usage de l’outil « Information » (icône dans la barre d’outils)
En cliquant sur la parcelle apparait une fenêtre (10) avec les informations associées. Certaines permettent la création de la couche, d’autres sont ajoutées pour fournir des données. Ici l’occupation des sols est fournie sous la forme d’un code (ici 521) et stockée sous l’intitulé CODE_12. La lecture d’une image en utilisant ce procédé n’est pas aisée, on va donc modifier l’affichage .
On commence par modifier le type de rendu, en cliquant dans la colonne de gauche sur le nom de la couche, ainsi la fenêtre de propriété de la couche apparait et la fonction « STYLE ». (11)
Par défaut l’affichage se fait par symbole unique, qui est ensuite
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arbitrairement coloré, ce qui conduit à créer une couche avec des parcelles uniformes. On commence donc par modifier l’affichage de façon à ce qu’il soit catégorisé, puis on sélectionne la catégorie (colonne) (ici CODE_012), on sélectionne ensuite une palette de couleurs et enfin on clique sur Classer. On obtient le résultat suivant.
Désormais chaque parcelle se voit attribuée une couleur, il est possible de modifier l’étiquette de façon à ce que la légende s’affiche avec le type d’occupation des sols, pour ce faire il faut disposer de la nomenclature qui relie le code avec l’occupation du sol (disponible dans le dossier téléchargé). (12)
On cherche parfois à ne disposer que de quelques-unes de ces parcelles, par exemple on peut vouloir désirer ne travailler que sur les parcelles correspondant aux agrosystèmes (Code en 200), pour ce faire on va utiliser un des outils de sélection de la barre d’outils (13)
En cliquant dessus une fenêtre apparait
En haut à gauche les différentes fonctions que l’on peut utiliser, ici on cherche toutes les entités possédant un CODE_12 ayant une
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valeur de 211 On sélectionne donc dans cette fenêtre dans le menu Champs et valeurs, le champ CODE_012 en cliquant dessus ce champ apparait dans la fenêtre du bas. En haut à droite une aide explique comment utiliser cette fonction et juste en dessus on peut faire apparaitre les différentes valeurs ce champs.
En utilisant cette fenêtre on sélectionne 211 (14) après avoir préalablement cliqué sur l’opérateur « = », ce faisant si on clique sur Sélection (en bas à droite), toutes les parcelles ayant le CODE_012 = 211 se colore en jaune
Si on cherche tous les agrosystèmes il faut ajouter dans notre expression que d’autres conditions sont recherchées. Pour ce faire on utiliser l’opérateur OR disponible dans le menu Conditions. Après avoir cliqué sur Sélection apparaissent en jaune les parcelles recherchées.
Il est possible d’exporter cette couche comme une couche à part entière. Pour ce faire on utilise le menu Couche puis Enregistrer la sélectionne comme fichier Vectoriel
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13.E Le composeur d’impression Qgis possède une fonction permettant la création de cartes complexes, si cette fonction est plutôt destinée aux géographes dans ses fonctions les plus complexes, son utilisation en lycée est intéressante dans le cadre de la production d’un document réponse de type numérique Cette fonctionnalité s’appelle un composeur d’impression.
Considérons la vue suivante : Dans le menu on sélectionne
« PROJET » puis « NOUVEAU COMPOSEUR D’IMPRESSION ».
Après avoir choisi un titre une nouvelle fenêtre apparait : On n’utilisera que les fonctions de bases de cet outil qui sont situées dans la barre d’outils horizontal et dans la barre d’outils vertical.
On commence en plaçant la vue de notre fichier en utilisant l’icône ajouter une nouvelle carte. (15) Délimiter avec la souris l’emprise désirée sur votre page, et l’outil génère automatiquement la vue.
Dans la colonne de droite apparaissent différents onglets (16) :
L’onglet « COMPOSITION » permet de définir les propriétés de votre composition
L’onglet « PROPRIETES DE L’OBJET » permet d’accéder à
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différentes fonctionnalités permettant d’agir sur la carte On place ensuite la légende en sélectionnant l’icône (17) ajouter une nouvelle légende, on double- clique sur la position souhaitée dans la composition, et la légende apparait (elle ne contient que les données sélectionnées)
On place ensuite une échelle sélectionnant l’icône (18)
« Ajouter une nouvelle échelle graphique » on double-clique sur la position souhaitée dans la composition, et là l’échelle apparait (celle-ci est évidemment adaptée à l’emprise de votre carte).
On finit en mettant un titre (19) grâce à l’icône ajouter une étiquette, que l’on remplit en utilisant la fenêtre de la colonne de droite
On a ici généré sur la composition une deuxième carte (ici de situation), pour ce faire on a modifié l’affichage dans la fenêtre principale de Qgis puis on est revenu dans le composeur pour ajouter une nouvelle carte.
ATTENTION ! Lorsque l’on modifie l’affichage dans Qgis, le composeur met automatiquement à jour les cartes de la composition, si vous souhaitez conserver la vue précédente (pour par exemple
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faire une comparaison de deux cartes) il faut préalablement :
Sélectionner le bouton Verrouiller les couches pour cette carte (si vous afficher plusieurs couches d’information) dans la menu carte de l’onglet
« Propriétés de l’objet »
Cliquer sur l’icône verrouiller l’objet (20)
Le travail peut être ensuite exporté en format image, en PDF.
13.F Utiliser un MNT dans Qgis
Définition
Il s'agit d'une représentation numérique du relief donc des valeurs d'altitude d'une zone donnée. On peut en dériver des indications sur les valeurs de pentes et d'exposition et sur les formes de la surface topographique d'une zone géographique donnée. Si l'on représente uniquement l'altitude du sol nu, on parle de MNT. Si l'on prend en compte les hauteurs de tous les objets placés sur celui-ci comme les bâtiments et la végétation, ce que l'on appelle le
« sursol », on parle alors de Modèle Numérique d'Altitude (MNA). Un MNT peut prendre la forme de fichiers vecteurs (points, polygones où chaque entité porte
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l'information altimétrique), d'un fichier raster (où chaque pixel ou cellule porte l'information altimétrique), d'un Réseau de Triangles Irréguliers (TIN) et peut donc se décliner en plusieurs formats
Ouvrir le fichier MNT dans Qgis Pas de difficulté, le fichier est un raster il suffit de demander à ajouter un fichier Raster et le fichier s’ouvre. Il apparait comme une carte hypsographique (21) c’est-à-dire qu’une nuance de gris est appliquée en fonction de l’altitude.
Obtenir de nouvelles couches modifiant l’affichage de la couche MNT
L’affiche par défaut d’un MNT n’est pas toujours facile à interpréter. Différents traitements permettent d’obtenir un autre rendu. Dans ce cas il s’agit d’un traitement qui conduira à l’obtention de l’image. Trois possibilités sont offertes :
- Le mode pente qui accentue les dénivelés, en niveau de gris mais auquel on peut associer une palette
- Le mode relief qui utilise une palette de couleur et modifie la codage RVB afin
d’accentuer les reliefs
- Le mode ombrage qui permet d’obtenir les ombres provoquées par le relief (partir d’un éclairage défini et qui peut être ensuite associé avec une autre image que l’on rend en partie transparente).
Ces trois modes sont situés dans le menu ANALYSE DE TERRAIN (22)
Pour l’ombrage et la pente (23) - On sélectionne les fichiers
sources
- On donne un nom au futur fichier
- On clique sur OK et le fichier est crée
Pour le relief, la démarche est la même, mais il faut créer la gamme de couleur, on clique sur création automatique, les catégories apparaissent, il est alors possible de les modifier. ATTENTION la création automatique génère des bornes en fonction des valeurs minimales et maximales de l’image, elles sont différentes entre chaque image, donc si on utilise plusieurs dalles par exemple il faut normaliser les valeurs.
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Obtenir les courbes de niveau à partir du MNT
Il est possible de faire apparaitre à partir du MNT les isohypses (lignes d’égales altitudes), pour ce faire on utilise la fonction CREATION DE CONTOUR. (24) - On sélectionne le fichier
source (MNT)
- On donne un nom au futur fichier, il s’agira d’un fichier de type vecteur (format shapefiles) de type lignes - On sélectionne NOM
D’ATTRIBUT, ce qui permettra qu’à chaque ligne on puisse afficher la valeur de l’altitude - On clique sur OK et le
fichier est crée
Le menu « Etiquette » (que l’on obtient dans la fenêtre de propriété après un double clic sur le nom de la couche dans la colonne de gauche) permet de d’étiqueter cette couche avec l’élévation.
Il est possible de réaliser une visualisation en 3D d’un MNT.
Différentes possibilités existent dans Qgis (utilisation d’outil GRASS par exemple) mais une méthode simple consiste à installer l’extension appelée Qgis2threejs (menu Extension (25)
Cette image correspond à une image sur laquelle on a superposé une image satellite rendu très légèrement transparente avec l’ombrage
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13G. Fabriquer une zone tampon
dans Qgis Il est possible de générer une couche vectorielle représentant une surface définie par une distance à un objet situé au sein d’une autre couche vectorielle (cet objet pouvant être un point, une ligne ou un surface).
Pour créer une zone tampon, aller dans le menu « Vecteur » puis
« Outils de géotraitemen »t et sélectionner Tampon(s) (26).
Sélectionner la couche vectorielle contenant vos objets, choisir la distance tampon (attention aux unités !), puis donner un nom au fichier crée. (27) Cliquer sur OK
Copyright des images du livret : PLEIADES©CNES2013, Distribution Airbus DS
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