ARCGIS 10.x INITIATION - Laboratoire d`Ecologie, Systématique et

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ARCGIS 10.x INITIATION
Module Géomatique – Faculté des Sciences d’Orsay
Soudani Kamel (Dernière modification : version 0 Novembre 2015
Soudani Kamel
Maître de Conférences HDR
[email protected]
Page perso: http://www.ese.u0psud.fr/article194.html
Laboratoire Ecologie Systématique et Evolution
Département Ecophysiologie Végétale
UMR 8079 CNRS0Université Paris0Sud XI
Laboratoire Ecologie Systématique et Evolution
Université Paris0Sud XI, Bat. 362,
91405 Orsay Cedex, France.
http://www.ese.u0psud.fr
INITIATION A ARCGIS 10.X
Systèmes d’Informations Géographiques sous ARCGIS 10.3 (ESRI0
Environmental Systems Research Institute – www.esri.com)
Note : Ce document reprend pratiquement la totalité d’un document consacré à ARCGIS 9 en le réadaptant à
ARCGIS 10.3. Ce n’est pas une revue détaillée de toutes les potentialités offertes par le logiciel ArcGIS mais
permet seulement d’acquérir les connaissances de base permettant de démarrer son utilisation pour créer,
gérer, manipuler et analyser les bases de données géographiques.
I. RAPPEL
MODES DE REPRESENTATION
REPRESENTATION DES DONNEES SPATIALES
SPATIALES
On peut distinguer deux modes de représentation de l’espace ou d’une variable georéférencée: le mode vecteur
et le mode raster.
raster
2
Le mode VECTEUR
L’espace est représenté par des entités de type points (coordonnées X, Y), des lignes constituées de segments
liant des points (X,Y) et des polygones constitués de lignes délimitant un espace. Les coordonnées (X,Y) peuvent
correspondre aux latitudes et longitudes ou à des coordonnées cartésiennes métriques (référentiel Lambert
rattaché au système de projection conforme conique –Conformal Conic).
Les données à références spatiales en mode vecteur sont stockées dans des formats tels que DWG d’AutoCAD,
DXF, MIF/MID de MapInfo, DLG de USGS du Geological Survey, Shape file de ArcView et ArcGIS. Il est
important de bien garder à l’esprit que ces formats sont le plus souvent accompagnés par d’autres fichiers
contenant des tables d’attributs et le système de coordonnées. La conversion d’un format vers un autre n’est pas
toujours facile et il est conseillé d’utiliser le format Shape File d’ESRI afin de transférer les bases de données
vectorielles d’une plate0forme vers une autre ou d’un logiciel vers un autre car tous les logiciels importent et
exportent ce format.
Considérons le cas du format Shape File: pour ce format, les informations sont stockées dans trois différents
fichiers obligatoires:
obligatoires un fichier SHP contenant les vecteurs et donc la géométrie (polygones, lignes, points), un
fichier DBF contenant la base de données correspondant aux attributs des vecteurs (fichier DBase DBF – lisible
sous Excel de Microsoft) et un fichier index (SHX) de la géométrie des objets. Ces fichiers obligatoires peuvent
être accompagnés par d’autres en particulier .PRJ contenant les informations relatives au système de
cordonnées.
Le mode RASTER
Dans le mode RASTER, l’espace est divisé en unités spatiales élémentaires. Cette unité spatiale élémentaire est
appelée pixel (Picture element). La taille en unités de distance de ce pixel définit la résolution spatiale de
l’image.
Un fichier RASTER peut être constitué d’un ou plusieurs plans. Une image couleur en mode RVB (Rouge, Vert,
Bleu) contient trois plans de couleurs. En 8 bits, chaque plan de couleur correspond à des teintes variant de 0 à
255. 0 étant du noir et 255 est la couleur pure. La combinaison de trois valeurs 0 pour chaque plan produit
une teinte noire. Au contraire, une teinte blanche est produite par combinaison de trois valeurs identiques de
255 pour les trois plans rouge, vert et blanc. Les images satellites peuvent contenir de nombreux plans. Chaque
plan image correspond à une bande spectrale précise, c'est0à0dire à une longueur d’onde dans lequel l’image a
été acquise. Les images suivantes de la forêt de Haguenau (juillet 1998) ont été acquises à différentes longueurs
d’onde avec une résolution au sol de 2 m à l’aide du radiomètre Push broom, embarqué sur l’avion ARAT
(Avion de Recherche Atmosphérique et de Télédétection) du CNES (Soudani et Breda.,2002)).
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Image aéroportée ARAT capteur
push broom canal vert 5000590 nm.
Image aéroportée ARAT capteur
Image aéroportée ARAT capteur
push broom canal rouge 6100680 nm
Image composition colorée RVB
push broom canal proche infrarouge
canal 3 Rouge, canal 2 Vert, canal 1 Bleu
(7900890 nm)
Les données de type images issues de la télédétection sont stockées dans des fichiers binaires. Selon les
séquences d’octets dans le fichier binaire, on distingue principalement trois types de stockage : BSQ, BIP et BIL.
BSQ (Band Sequential): il s’agit de la forme la plus simple. Pour chaque bande spectrale ou plan de
couleur ( R, V, B), chaque ligne est suivie par la ligne suivante dans la même bande spectrale ou plan de
couleur. Ce format offre un accès facile aux coordonnées spatiales (X, Y).
BIP (Band Interleaved by Pixel): l’image est stockée sous forme d’une succession de valeurs pixel par
pixel. Chaque pixel dans une bande est suivi par le même pixel dans les autres bandes. Ce format permet
l’accès optimal à l’information spectrale Z du pixel.
BIL (Band Interleaved by Line): l’image est stockée sous forme de succession de pixels de la même ligne
dans chacune des bandes. Le format BIL permet d’obtenir un compromis entre les deux précédents formats.
En photographie numérique, les fichiers images sont parfois appelés fichiers bitmaps et comme le nom
l’indique, il s’agit d’une succession de bits. Différents formats existent : BMP, GIF, JPEG, TIFF, etc. L’information
contenue dans ce type de fichier correspond à un niveau de couleur sans aucune référence spatiale.
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Les fichiers raster utilisés dans des applications SIG et de télédétection ne contiennent pas un niveau de couleur
mais des informations quantitatives mesurées : rayonnement réfléchi ou un signal radar rétrodiffusé pour les
images issues de la télédétection passive et radar, la profondeur de la nappe phréatique pour les cartes
piézométriques, l’altitude pour les cartes topographiques. Selon les logiciels, les références spatiales sont soient
enregistrées dans les entêtes de l’image ( *.img de Erdas Imagine, DEM) soit dans un fichier séparé (le fichier
*.hdr Header pour ENVI). Le fichier DEM (Digital Elevation Model) est l’un des formats les plus connus pour le
transfert de données d’altitudes.
Le format GEOTIFF s’est imposé comme étant le fichier de transfert de données raster. Il a l’avantage d’être
lisible par les logiciels gratuits de lecture et de traitement de photographies numériques tout en gardant les
informations relatives au système de coordonnées. Des formats classiques comme JPG ou autre ne stockent pas
ce type d’informations.
II. INITIATION AUX SIG SOUS
SOUS ARCGIS
ArcGIS est l’un des Systèmes d’Informations Géographiques (SIG) les plus utilisés. Ce logiciel offre de
nombreuses potentialités pour la manipulation, la gestion, l’analyse et l’édition des données spatiales.
Différentes couches d’informations spatiales peuvent être manipulées offrant la possibilité d’analyser une ou
plusieurs couches sous le contrôle des autres. Le seul lien entre ces différentes couches est le lien spatial, c'est0
à0dire, l’appartenance au même espace géographique et ayant le même système de coordonnées.
Les différentes couches d’informations sont descriptives d’un espace géographique terrestre déterminé. Elles
peuvent
correspondre
à
des
documents
cartographiques
représentant
des
objets
thématiques
géographiquement identifiés (carte de type IGN, photographies aériennes, images satellitaires, etc.) ou issus des
analyses et des procédures de spatialisation (carte de la teneur en eau du sol, carte topographique, carte de la
hauteur des arbres dans un peuplement forestier, etc.).
Le logiciel ArcGIS 10.3 Desktop comprend plusieurs applications dont les principales sont:
ArcCatalog
ArcMap
ArcGlobe
ArcScene
ArCatalog : est un explorateur de données tabulaires et cartographiques offrant des outils de gestion et
d’organisation analogues à ceux offerts par les systèmes d’exploitation comme WINDOWS ou DOS (copier,
renommer, effacer, créer des icônes, etc.). Il est vivement conseillé d’utiliser ArcCatalog pour effacer les fichiers
car ces fichiers sont accompagnés d’autres fichiers que l’explorateur de Windows, s’il est utilisé, ne permet pas
de les effacer automatiquement. ArcCatolog permet aussi de visualiser les données tabulaires et des couches
géographiques ainsi qu’une exploration des différents thèmes qui les constituent.
ArcMap : ArcMap est l’application fondamentale du logiciel ArcGIS. Elle contient une boîte à outils, organisés
sous forme de modules indépendants (extensions), permettant de gérer, manipuler, analyser et éditer les
différentes couches d’informations de la base de données. ArcMap est l’équivalent de l’ancienne version
d’ArcView.
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ArcGlobe
ArcGlobe et ArcScence : Deux environnement d’affichage, de manipulation et d’animation 2D et 3D de
données issues de 3D et Spatial Analyst.
Analyst
II.1 INITIATION A ARCCATALOG
ARCCATALOG :
STRUCTURE GENERALE D’UNE BASE DE DONNEES SIG
Il est souhaitable de créer un répertoire projet ayant une structure hiérarchique : un répertoire parent (racine)
et des sous0répertoires. Par exemple :
1.
Pour les données sources tabulaires (campagnes de mesures sous forme de tableaux, fichiers
texte, etc.)
2.
Pour les données sources cartographiques (cartes IGN, images satellitaires, photographies
aériennes, etc.).
3.
Pour les données SIG proprement dit:
3.1
Un répertoire contenant la base de données
3.2
Un répertoire contenant les résultats d’analyse
3.3
Un répertoire de sauvegarde de fichiers d’origine ou d’étapes
3.4
Un répertoire de transfert de données en format Shape File et Geotiff
Exemple de base de données SIG :
Depuis de nombreuses années, la Forêt de Fontainebleau fait l’objet de nombreux travaux de recherches ayant
pour principaux objectifs la compréhension et la modélisation des processus d’échanges de masse et d’énergie,
particulièrement de flux couplés d’eau et de carbone, dans le système sol – végétation – atmosphère. Une base
de données SIG sous ArcGIS de la forêt de Fontainebleau a été créée. Il est à noter que cette base de données est
une propriété du Laboratoire Ecophysiologie Végétale (LEV), Unité Ecologie, Systématique et Evolution (ESE)
UMR 8079 (CNRS – Univ. Paris XI) 0 Université Paris0sud, Bât. 362, 91405 Orsay. La base de données relative
aux peuplements forestiers est la propriété de l’Office National des Forêts.
Cette base de données dont sa partie utilisée dans ce qui suit contient, entre autres :
-
Le parcellaire forestier ainsi que les attributs relatifs à chaque parcelle (format shp).
-
Une image SPOT acquise en juillet 1994 (format bil) : EX_SPOT_100794_GEOCOR_ARC.BIL
Noter que le format BIL est un format très utilisé en Télédétection et SIG et lisible par les principaux logiciels
dans ces champs disciplinaires.
Lancement de ArcCatalog
Démarrer / Programmes / ArcGis / ArcCatalog
ArcCatalog est analogue à l’explorateur de Windows. La fenêtre de gauche contient les répertoires et la fenêtre
de droite sert à la visualisation de données tabulaires et cartographiques dans ces répertoires.
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Exploration du contenu du fichier en format shape file : POLY_PEUPLEME NT 0 Mode vecteur
En cliquant sur le fichier POLY_PEUPLEME NT, l’écran de droite offre trois modes d’affichage du
contenu de ce fichier :
Mode Contents : l’affichage du contenu général du fichier Shape
Mode Preview : l’affichage concernera soit les polygones relatifs aux parcelles forestières (données
cartographiques) ou la table des attributs relatifs à chaque polygone (données tabulaires) selon l’option choisie
en bas de la fenêtre de visualisation :
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Mode Description: ce type de visualisation fait référence à la structure des fichiers metadata. Un
fichier metadata est un fichier contenant des informations complètes d’une application ou d’un autre fichier.
Sous ArcCatalog, le mode Metadata permet d’afficher une description spatiale (limites géographiques) et des
attributs du fichier.
Exploration du contenu d’un fichier image : EX_SPOT_100794_GEOCOR_ARC
En cliquant sur l’image EX_SPOT_100794_GEOCOR_ARC, un message s’affiche :
Il s’agit d’une image satellite acquise en juillet 1994.
Cette image se compose de trois bandes (images) chacune acquise dans une longueur d’onde donnée :
8
Band 1 : image fournissant la quantité de rayonnement réfléchi dans un intervalle de longueur d’onde allant
de 0.5 à 0.59 µm (le vert). Le rayonnement est exprimé en niveau de gris de 00255, soit donc 28 niveaux
(image codée sur 8 bits donc sur 1 octet).
Band 2 : image fournissant la quantité de rayonnement réfléchi dans un intervalle de longueur d’onde allant
de 0.61 à 0.68 µm (le rouge). Le rayonnement est exprimé en niveau de gris de 00255, soit donc 28 niveaux
(image codée sur 8 bits donc sur 1 octet).
Band 3 : image fournissant la quantité de rayonnement réfléchi dans un intervalle de longueur d’onde allant
de 0.78 à 0.89 µm (Proche infrarouge). Le rayonnement est exprimé en niveau de gris de 00255, soit donc 28
niveaux (image codée sur 8 bits donc sur 1 octet).
Les bandes peuvent être affichées une par une (mode preview). On peut noter le contraste plus important dans
la bande 3 (Proche infrarouge) par rapport aux bandes 2 et 1. La végétation réfléchit le rayonnement dans le
proche infrarouge environ 3 fois ce qu’elle réfléchit dans le rouge. Ceci explique le contraste plus important
entre les différents peuplements forestiers dans la bande 3.
9
La barre d’outils
permet d’effectuer certaines opérations tout en restant
dans ArcCatalog. Par ordre, de gauche à droite : Zoomer + et dezoomer 0, se déplacer sur une couche pour
afficher une portion, revenir à l’affichage initial de la carte (tout à l’écran), identifier les données tabulaires
rattachées d’un polygone quelconque, créer un icône d’une couche.
Pour info
Create a Thumbnail image : Afficher une couche sous forme d’icône
La figure de gauche affiche le contenu de la bande 1 en mode d’affichage standard d’ArcCatalog. Afin de créer
un icône de ce fichier : Activer l’option Preview
Preview pour visualiser l’image entière Utiliser l’outil zoom + et en
maintenant le bouton droit de la souris enfoncé, encadrer la partie de l’image qui constituera l’icône Cliquer
sur
. En revenant à l’explorateur de ArcCatalog et en activant le mode contents,
contents la bande 1sera
affichée comme indiquée par la figure de droite.
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Toute donnée cartographique peut être affichée en mode icône permettant ainsi une meilleure gestion de la
base de données. En effet, le nombre de couches cartographiques peut devenir énorme et la gestion de plus en
plus difficile.
Identify Tool
En activant l’outil i (Identify) et en cliquant sur un polygone de la couche, les attributs, tirés
de la table des attributs (DBF), relatifs à ce polygone sont affichés. A l’aide du même outil, on accède à
la valeur d’un pixel de l’image ou d’un autre fichier raster.
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ArcCatalog offre aussi de nombreux outils permettant d’explorer les données tabulaires :
A l’aide de la souris, cliquez sur l’intitulé de la colonne (champ ou field sous ArcGIS) à explorer. A l’aide
du bouton droit de la souris, Choisissez l’option statistics
Un histogramme de fréquences relatives ainsi que les statistiques descriptives (taille, minimum, maximum,
somme, moyenne et écart type) de l’attribut sélectionné sont affichés. Dans la même fenêtre, il est possible
d’afficher les distributions de fréquences des autres attributs en choisissant l’attribut considéré à l’aide du
menu déroulant Field – attribut sélectionné.
sélectionné. Ex.
La flèche du bas gauche de la fenêtre de visualisation des données tabulaires, offre certains outils de gestion :
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Chercher une valeur ou un nom pris par un attribut sélectionné ; ajouter une nouvelle colonne, mise à jour
périodiquement de la table (plusieurs utilisateurs éditant la même table), exporter une colonne ou toute la table
dans un autre fichier DBase (DBF ) ou en format texte.
Revenons à l’explorateur de ArcCatalog :
En cliquant sur le bouton droit de la souris au niveau du fichier à explorer, une boîte à outils apparaît :
Sur un fichier raster :
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Sur un fichier vecteur :
Outre les outils standards de gestion (copy
copy,
copy delete),
delete ArcCatalog permet de créer des nouvelles couches
d’informations (create
create layer),
layer d’exporter les fichiers sous d’autres formats (TIFF, Shape file, AGF, etc.).
Build Pyramids et calculate Statistics sont deux outils actifs pour les fichiers Raster et permettent de réduire le
temps et d’améliorer la qualité de l’affichage (mode preview – geography). Properties permet d’accéder à
certaines informations relatives au fichier exploré.
Propriétés d’un fichier SIG :
Cas Raster :
14
Cas Vecteur :
En cliquant sur le bouton droit de la souris au niveau d’un répertoire, une boîte à outils apparaît :
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Ces outils permettent d’effectuer des opérations similaires à windows telles que la copier/coller, la création de
répertoire, etc. ainsi que d’autres opérations spécifiques à un SIG.
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TRAVAUX PRATIQUES : Construction d’une base de données relative à l’occupation du sol du campus d’Orsay
Objectifs :
Apprendre à utiliser le logiciel ArcGIS d’ESRI considéré comme étant le meilleur ou
l’un des meilleurs logiciels de SIG.
Comprendre les principes de fonctionnement d’un SIG et la démarche générale à
adopter pour la construction d’une base de données géographiques
Par l’exemple, créer une base de données SIG relatives à l’occupation du sol du
campus d’Orsay.
Données disponibles :
-
Deux photographies aériennes en format bmp : Orsay_1999.bmp et Orsay_1961.bmp (acquises
respectivement en mai 1999 et 1961).
-
Un fichier texte contenant une série de points de géoréférencement : GCP_ORSAY.txt
Le plan du TD est le suivant :
1. Exploration des données disponibles sous ArcCatalog
2. Création de différentes couches sous ArcMap
2.1 Ajout des couches sous ArcMap
2.2 Rectification et Géoréférencement des couches sous ArcMap
2.2.1
Rectification
0 A partir d’un fichier GCP (Ground Control Points)
0 A partir d’une image de référence
2.2.2
-
Géoréférencement
Création d’un Système de coordonnées sous ArcMap
3. Création d’une couche vecteur sous ArcMap : Carte d’occupation du sol
3.1 Digitalisation des limites (polygones) des différentes entités d’occupation du sol
3.2 Construction des bases de données tabulaires
4. Mise en page et création d’une carte pour impression
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DONNEES
1. EXPLORATION DES DONN
EES DISPONIBLES SOUS ARCCATALOG
Démarrer / Programmes / ArcGis / ArcCatalog
Dans le répertoire contenant les données : cliquez sur l’image Orsay_1999.bmp
En mode Preview :
Après avoir validé l’option Build Pyramids (OK),
(OK) la fenêtre suivante s’affiche :
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En validant l’option Build Pyramids,
Pyramids ArcCatalog a crée deux autres fichiers associés à l’image
Orsay_1999.bmp.
A l’aide de l’explorateur de windows,
windows vérifiez l’existence de ces deux fichiers :
Le fichier *.aux (auxiliary) contient des statistiques, projection et autres informations relatives à l’image. Le
fichier ovr a une taille d’approximativement le quart de l’image d’origine. Build Pyramids permet donc de
réduire la taille du fichier et améliore donc les performances de l’affichage.
Pyramides raster (ArcGIS Ressources Center)
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Revenons à ArcCatalog :
Noter que l’image est en couleur et composée donc de trois bandes 1, 2 et 3 respectivement la bande Bleu, Vert
et Rouge. La couleur étant une composition de ces trois couleurs primaires.
A l’aide du bouton droit de la souris, cliquez sur le fichier Orsay_1999.bmp puis sur l’option
Properties:
Properties Spatial reference 0 Edit
Ces deux fenêtres indiquent que l’image Orsay_1999.bmp n’est pas rattachée à un système de coordonnées. Le
bouton Edit permet d’offrir à l’utilisateur de construire un système de coordonnées à cette image. Ce point sera
abordé plus loin.
Important : Une base de données SIG est complexe. Les différentes couches sont souvent liées entre elles et à la
base de données tabulaires. Souvent, la modification d’un fichier génère des modifications de tous les autres
fichiers qui lui sont liés et le retour en arrière est souvent difficile. Il est important de créer un répertoire de
sauvegarde qui contiendra les fichiers sources (d’origine) ou des fichiers d’étapes. Les travaux de sauvegarde
doivent se faire à l’aide d’ArcCatalog.
Sous ArcCatalog : Créer un sous répertoire de sauvegarde de données : nommez SAUVEGARDE ce
sous0répertoire.
Utilisez ensuite le bouton droit de la souris et
l’option copy pour copier un à un les trois fichiers
(deux fichiers images et le fichier texte) et les
coller (option paste)
paste dans le répertoire sauvegarde.
sauvegarde
Utilisez
ensuite
l’explorateur
de
Windows pour voir le contenu du répertoire
sauvegarde :
En plus des trois fichiers d’origine, ArcCatalog
copie automatiquement tous les autres fichiers
attachés à ces fichiers. Pour cette raison, il est
toujours conseillé d’utiliser ArcCatalog pour la
gestion de la base de données.
données
20
Dans le répertoire Sauvegarde, on remarque que
bien que seulement trois fichiers GCP_ORSAY.txt,
Orsay_1961.bmp
et
Orsay_1999.bmp
soient
copiés avec ArcCatalog, tous les fichiers attachés à
Orsay_1999.bm (*aux et *.ovr et *.xml) ont été
copiés en même temps. En SIG, un fichier n’est
rarement unique mais il est lié à d’autres et il n’est
exploitable que lorsque l’ensemble de fichiers est
disponible. La structure d’une BD SIG étant
complexe, ArcCatalog est conçu pour faciliter la
manipulation des fichiers SIG.
1.
Une carte existante
(Existing
maps)
2.
New maps
3.
Templates
(modèles) ;
ArcGIS
propose de nombreux modèles de cartes.
L’intérêt de ces modèles est de réaliser
rapidement une carte ou de permettre à
l’utilisateur d’utiliser son propre modèle
de carte préalablement établi afin que
toutes les cartes produites possèdent des
apparences identiques.
2. CREATION DES DIFFERENTES
DIFFERENTES
COUCHES SOUS ARCMAP
2.1 Ajout des couches sous ArcMap
Démarrer  Programmes ArcGIS ArcMap
10.3
Au démarrage, l’application ArcMap offre trois
possibilités :
21
Sous
ArcMap,
on
distingue
une
structure
hiérarchique
d’organisation
de
d’informations
cartographiques
qui
suivante : Map
– Frame – Layers
plans
est
Menu principal FILE  Add data choisir
l’image Orsay_1999.bmp
la
Pour Info : Le terme carte (map
map)
map est à considérer
comme étant une superposition de couches
d’informations (Layers
Layers).
Layers Par exemple, une carte
d’occupation du sol peut être issue d’une
superposition de plusieurs couches : une couche ne
contenant que des forêts, une couche ne contenant
que des surfaces d’eau libre, une couche ne
contenant que des surfaces bâties, une couche
contenant le réseau routier et les chemins et une
couche contenant les surfaces agricoles. On peut
admettre que la dernière couche est plus variable
d’une année à une autre. Les autres couches
peuvent être considérées comme des thèmes
relativement stables dans le temps. Ces différentes
couches sont appelées Layers
sous ArcGIS. Un
ensemble de couches peuvent appartenir au même
cadre (Frame
Frame).
Frame Un ensemble de couches peut être
enregistré dans un fichier map ayant l’extension
mxd.
mxd
Une
couche
peut
être
enregistrée
indépendamment des autres couches dans un
fichier layer ayant l’extension lyr.
lyr Il est important
de noter que les .lyr ne sont lisibles que dans le
projet dont elles font parties. Pour les exporter, il
faut comme dit plus haut utiliser le format Shape
File ou GeoTiff.
Dans la suite de ce document, on désignera par le
terme carte (Map
Map)
Map une superposition de couches et
par plan une couche représentant un thème bien
déterminé.
Option Blank Map sélectionné
Les photographies aériennes constituent une
source d’informations d’un grand intérêt pour
démarrer la construction d’une base de données
Un message d’avertissement (et non d’erreur)
géographiques.
affiche
Ajouter une couche au projet :
qu’une
ou
plusieurs
couches
ne
contiennent pas de système de projection. Ce qui
22
est normal puisque l’image Orsay_1999.bmp n’a
pas de systèmes de coordonnées géographiques.
Après validation par OK.
Dans
la
fenêtre
de
gauche,
l’image
Orsay_1999.bmp est contenue dans un frame
layers.
layers Le nom peut être modifié (ORSAY par
exemple):
L’image Orsay_1999.bmp est une image couleur
RVB. Les trois couches Rouge, Vert et Bleu sont
affichées. Tous les fichiers ajoutés seront rattachés
à la frame
frame Layers.
Layers
Enregistrer une carte :
Dans le menu principal FILE,
FILE enregistrez la carte par Save as – utilisez
pour créer un nouveau
répertoire portant le nom MAPS et donner le nom Orsay.mxd à la nouvelle carte créée.
Vous remarquerez sous Windows que le fichier Orsay.mxd fait une taille de 245 ko alors que l’image qu’il
contient fait 4.059 Mo.
En réalité un fichier mxd n’est autre qu’un fichier qui contient les adresses des fichiers qu’il contient et non les
fichiers eux0mêmes. On peut donc conclure qu’enregistrer le projet en format mxd n’a d’intérêt que lorsqu’on
travaille sur le même ordinateur. Le transfert du projet se fera en utilisant les formats de transfert.
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Les différentes couches de la zone d’exploration sont groupées sous un nom (par défaut) :Layers
Layers.
Layers Il s’agit de la
frame qui regroupe toutes les couches occupant le même espace géographique (même référentiel). ArcMap
offre la possibilité d’avoir de nombreuses frames dans la même vue. Si deux ou plusieurs frames appartiennent
à la même vue, l’écran de visualisation n’affichera que la frame active (Bouton Active Frame).
Mise en forme :
Propriétés de la frame
En cliquant à l’aide du bouton droit de la souris sur le nom de la frame (du nom layers dans notre
exemple), un menu s’affiche. Ce menu offre des outils de gestion de frames :
Activate : permet d’activer une frame désactivée
Properties : permet de gérer les propriétés de la frame active :
-
Changer le nom et ajouter une description de la frame
-
Définir le système de coordonnées, le système d’unités, ect.
-
Superposer une grille de géoréférencement
0
……
Dans la fenêtre : Data Frame Properties  menu General 0 remplacer Layers
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Name par : Campus Orsay
Description : Occupation du sol.
Units : Unknown units
Validez ensuite en appuyant sur Appliquer de la même fenêtre : le nom de la frame Layers est remplacé par le
nouveau nom.
Propriétés de la couche
L’activation (affichage de la couche) ou la désactivation s’effectue en cliquant sur le carré situé au début de
chaque couche :
Utilisez le bouton droit de la souris pour afficher les propriétés de la couche puis choisissez l’option
Source:
Source
La fenêtre de droite fournit des informations sur les trois bandes de l’image : nombre de lignes et de colonnes
ainsi que d’autres informations (type, codage, etc.). Remarquons que la taille du pixel X cell size et Y cell size
(le pixel étant carré) est de 11808.00 dans un système d’unités inconnu. Il s’agit de valeurs arbitraires
qu’ArcGIS attribue aux images sans systèmes de coordonnées.
Dans la même fenêtre :Layer
Layer properties validez l’option Symbology :
25
Cette fenêtre permet d’afficher une bande (plan de
couleur dans notre exemple) ou une superposition de
deux ou de trois bandes. Notons que les images de
télédétection peuvent contenir quelques centaines de
bandes. Chaque bande correspond à une longueur
d’onde précise dans laquelle l’image a été acquise.
Cette fenêtre est d’une grande utilité lorsqu’il s’agit
d’analyser ce type d’images.
Dans la zone Stretch (Etirement) : l’option indique la méthode d’amélioration de contraste réalisée.
ArcGIS offre plusieurs méthodes d’amélioration de la qualité visuelle de l’image. Exemples : à gauche
Histogram Equalize et à droite Standard Deviations.
Deviations
2.2 Rectification et Géoréférencement des couches
Les images de télédétection, les photographies aériennes ou tout plan cartographique représentent un espace
géographique. L’opération qui consiste à attribuer des coordonnées cartographiques aux pixels de l’image est
appelée géoréférencement.
géoréférencement L’opération qui consiste à exprimer les coordonnées d’une image dans le même
référentiel d’une autre image est dite registration.
registration Pour cette dernière opération, le référentiel peut être
arbitraire. Au contraire, le géoréférencement d’une surface terrestre fait appel à un système de coordonnées
lui0même rattaché à un système de projection et un ellipsoïde théorique représentant la Terre.
Terre Notons que le
géoréférencement proprement dit permet seulement d’exprimer les coordonnées d’une image dans un système
de coordonnées cartographiques sans aucune modification de l’image. Lorsque l’image présente des distorsions
telles que les photographies aériennes ou satellitaires, le géoréférencement est précédé par une opération dite
de rectification qui permet de corriger ces distorsions. La rectification est parfois inutile si l’image contient peu
ou pas de distorsions. Dans ce cas, il suffit d’indiquer dans le fichier entête de l’image les nouvelles
coordonnées cartographiques du point haut gauche et du point bas droit. Pour des images n’ayant pas ou peu
de distorsions, la procédure de rectification peut être basée sur une simple transformation linéaire (dite de
premier ordre) entre les coordonnées initiales et les coordonnées cartographiques.
26
La procédure de rectification consiste en une simple conversion des coordonnées initiales de l’image en
coordonnées cartographiques :
La conversion s’effectue grâce à un polynôme d’ordre n.
x' = a + bx 0 + cy 0 + dx 0 y 0 + ex 0 2 + fy 0 2 + .... + qx 0 i y 0 j
Pour i+j≤
≤n
y ' = a'+b' x 0 + c' y 0 + d ' x 0 y 0 + e' x 0 2 + f ' y 0 2 + .... + q ' x 0 i y 0 j
x’, y’ sont les nouvelles coordonnées. x0, y0 sont les coordonnées de l’image d’origine. Les coefficients sont des
scalaires.
Pour un polynôme d’ordre 1 : les coordonnées nouvelles sont calculées selon les deux polynômes suivants :
x' = a + bx 0 + cy 0
y ' = a'+b' x 0 + c' y 0
Afin de déterminer les coefficients du polynôme, il faut définir un système d’équations reliant des points
homologues de coordonnées connues dans les deux systèmes de coordonnées : ces points sont dits points
d’amers ou de contrôle (ground control points GCP). Par exemple pour un polynôme d’ordre 1, il faut un
système de 6 équations pour déterminer les coefficients a, b, c, a’, b’ et c’. Il suffit donc de trois points d’amers (
(n + 1)(n + 2)
3 équations pour les coordonnées x’ et 3 pour les coordonnées y’). En règle générale, il faut
2
points de contrôle pour un polynôme d’ordre n.
Rectification et géoréférenecement de l’image Orsay_1999.bmp
2.2.1 Rectification en utilisant un fichier de points de contrôle :
En utilisant le Bloc0notes ou Wordpad (menu accessoires de Windows), ouvrez le fichier
GCP_ORSAY.txt. Ce fichier texte contient la série de points de contrôle (dits points homologues) : Chaque ligne
correspond aux coordonnées d’un point : X et Y sur l’image source et X et Y sur l’image de référence.
X
1404143
753941
7724576
Y
Xmap
04553999
09328006
Ymap
586948.1
586875.0
07189954
2411389.04
2410879.7
587640.5
2411110.61
12908620
01783319
588183.9
2411675.8
17424888
03282884
588663.7
2411525.0
16727825
05444367
588599.5
2411278.3
Sous ArcGIS, les deux premières colonnes sont appelées X source et Y source (coordonnées image) et les deux
autres colonnes X Map et Y Map (coordonnées Lambert II étendu – X en mètres Est et Y mètres Nord).
Sous ArcMap : Activer l’outil de Géoréférencement
27
Cliquez sur le bouton
(View link table)
Une table nommée Link Table
Table apparaît :
A l’aide du bouton
, ouvrir le fichier GCP_ORSAY.txt puis appuyer sur
Le fichier GCP_ORSAY.txt contient 6 points de calage. Ces 6 points s’affichent automatiquement sur l’image
Orsay_1999.bmp.
28
Le calcul réalisé est le suivant :
Pour chaque point et pour chacune des cooronnées X et Y, les équations suivantes sont écrites :
Xmap= a+b*Xsource+c*Ysource
Ymap= a’+b’*Xsource+c’*Ysource
Pour les 6 points :
a+1404143*b04553999*c=586948.1
a+753941*b09328006*c
=586875
a+7724576*b07189954*c=587640.5
a+12908620*b01783319*c=588183.9
a+17424888*b03282884*c=588663.7
a+16727825*b05444367*c=588599.5
a'+1404143*b'04553999*c'=2411389.04
a'+753941*b'09328006*c'=2410879.7
a'+7724576*b'07189954*c'=2411110.61
a'+12908620*b'01783319*c'=2411675.8
a'+17424888*b'03282884*c'=2411525
a'+16727825*b'05444367*c'=2411278.3
Solutions en X (sous Matlab)
A=
1
1404143 04553999
1
753941 09328006
1
7724576 07189954
1 12908620 01783319
1 17424888 03282884
1 16727825 05444367
29
B=
586948.1
586875
587640.5
588183.9
588663.7
588599.5
Le système à résoudre est le suivant :
A*sol_x=B
Avec sol_x=
a
b
c
La solution est la suivante :
a= 586791.389206244
b= 0.000107647774752428
c= 01.02812002703391 * 10006
Les valeurs prédites de X par les équations en utilisant les coefficients estimés sont :
Bpred =
586947.224133203
586882.139586969
587630.314759251
588182.806890347
588670.514823541
588597.699806689
Les résidus en X donnés dans Link Table sont le résultat de l’opération suivante :
ResX=Bpred0B =
0.875866797054187
07.13958696927875
10.1852407492697
1.09310965298209
06.81482354097534
1.80019331094809
Les estimations en Y :
Ay=A
1
1404143 04553999
1
753941 09328006
1
7724576 07189954
1 12908620 01783319
1 17424888 03282884
1 16727825 05444367
30
By =
2411389.04
2410879.70
2411110.61
2411675.80
2411525
2411278.30
Le système à résoudre est le suivant :
A*sol_y=By
Avec sol_y=
a’
b’
c’
La solution est la suivante :
a’= 2411876.25246747
b’= 05.32828284637894 * 10007
c’= 0.000106664144429364
Les résidus en Y donnés dans Link Table sont le résultat de l’opération suivante :
ResY=Bypred0By =
00.715893295593560
01.18696715729311
5.38369700731710
03.35819423757494
8.19801883492619
08.32066115410999
Le RMS – Root Mean Square – global de 8.0102 m est calculé
calculé comme suit :
RMSx=((sum(ResX.*ResX))/length(ResX))^0.5
RMSx est la racine de la moyenne des carrées des résidus en X
Dans cet exemple : RMSx = 5.8645
RMSy=((sum(ResY.*ResY))/length(ResY))^0.5
RMSy est la racine de la moyenne des carrées des résidus en Y
Dans cet exemple : RMSy=5.4562
RMS global =
RMSx 2 + RMSy 2 = 8.0102 m
31
Ensuite : si le RMS est satisfaisant dans le menu Georeferencing – Appuyer sur Rectify puis
enregistrer la nouvelle image rectifiée (menu save as).
as
Remplacez
Remplacez
le
nom
proposé
par
défaut
Orsay_19991.tif
par
Orsay_1999_geocor.tif
(Géométriquement corrigée). Vous pouvez aussi garder le même nom et le modifier ensuite sous
ArcCatalog.
ArcCatalog
32
Pour Info : si plusieurs images sont ouvertes sous ArcMap, l’image rectifiée est celle qui est activée dans le
menu
Sous ArcMap, cliquez à l’aide du bouton droit de la souris sur l’image Orsay_1999.bmp puis sur
Remove pour supprimer cette image.
Menu principal FILE  Add data choisir l’image Orsay_1999_geocor.tif
En bas de l’écran, les coordonnées de la souris s’affichent :
Notez que les unités sont inconnues. En effet, l’image n’est pas encore géoréférencée.
2.2.2 Géoréférencement : création d’un Système de coordonnées sous ArcMap
Sous
Sous ArcMap,
ArcMap cliquez à l’aide du bouton droit de la souris sur la frame (Layers ou Campus d’Orsay) puis
l’option Properties Coordinate
Coordinate system :
– Cliquez sur New Projected coordinate System pour créer un nouveau système de coordonnées.
Dans Geographic
Geographic Coordinate System : Select – (sous0repertoire europe), NTF ( Paris). Prj
Il s’agit de définir l’ellipsoïde de projection (Clarke 1880) :
33
Dans la fenêtre New Projected Coordinate System :
Remplissez ensuite le tableau comme suit :
Name : Lambert_II_Etendue
Projection – Name : Lambert_Conformal_Conic
False_Easting
600000.00
False_Northing
2200000.00
Central_Meridian
2.337229167
Standard_parallel_1
45.89891944
Standard_parallel_2
47.69601389
Scale_Factor
1.000000
Latitude_Of_Origin
46.80
Validez ensuite par APPLIQUER – Puis OK – APPLIQUER
A l’aide du bouton droit de la souris, rajouter le nouveau référentiel aux favoris afin qu’il
puisse à être toujours accessible pour une autre utilisation : Add To Favorites
34
En bas de l’écran, les coordonnées s’affichent en mètres :
Faites une sauvegarde sous ArcMap : FILE Save as
asOrsay.mxd
Ajout et rectification de l’image Orsay_1961.bmp
FILE add data orsay_1961.bmp
L’image orsay_1961.bmp est ni rectifiée ni géoréférencée. La fenêtre de gauche n’affiche qu’une des deux
images.
Afin d’afficher les deux images dans la même fenêtre : Georeferencing – Fit To Display : Attention
l’image affichée devant l’outil Georeferencing est Orsay_1961.bm
35
Afin de rectifier l’image Orsay_1961.bmp :
Cliquez sur le bouton
(View link table) – Désactiver l’option Auto Adjust
Cliquez ensuite sur le bouton
(Add control Points)
Sur l’image Orsay_1961 – Cliquez sur un point de contrôle figurant sur les deux images. Cliquez
ensuite sur le même point sur l’image Osay_1999.bmp.
Les outils
restent actifs ce qui permet de bien localiser les points de calage.
La table (Link
Link table
table) montre que les coordonnées X map et Y map sont bien celles de l’image de référence.
Une fois, la collecte de points de contrôle est terminée :
:
0 S’assurer que l’image à géoréférencer est bien celle qui figure dans la fenêtre Layer :
0 Cocher la case Auto Adjust de la table en choisissant au préalable le type de transformation (Polynôme
d’ordre 1 pour note exemple)
36
0 Ensuite, Goereferencing – Rectify et donner le nom Orsay_1961_geocor.tif à l’image corrigée.
Dans ArcMap,
ArcMap Supprimez l’image Orsay_1961.bmp et ajoutez l’image Orsay_1961_geocor.tif.
Les deux images 1961 et 1999 sont maintenant superposables et rattachées au même référentiel.
Faites une sauvegarde de ce document : FILE Save as
asOrsay.mxd
Orsay.mxd
Dans ArcCatalog, faites des sauvegarde des deux images corrigées dans le répertoire Sauvegarde.
37
3. CREATION D’UNE COUCHE
COUCHE VECTEUR SOUS ARC
ARCMAP
RCMAP : Carte d’occupation du sol
3.1 Digitalisation des limites (polygones) des différentes entités d’occupation du sol
La création d’une couche en mode vectoriel sous ArcMap nécessite une préparation préalable du fichier qui
contiendra cette couche. Cette étape s’effectue sous ArcCatalog.
Sous ArcCatalog et dans le répertoire parent, créez un répertoire POS (Plan d’occupation du sol) et
trois sous0répertoires (Lignes, vecteurs, points).
Le répertoire Lignes : contiendra des entités qui peuvent être confondues à des lignes (pistes cyclables, chemins,
ruisseaux, etc.).
Le répertoire Points : contiendra des entités qui peuvent être confondues à des points (points de collecte de
données, puits, etc.).
Le répertoire vecteur : contiendra des polygones (parcelles, bâtiments, etc.).
Dans la suite de l’exemple de ce document, on traitera la manière de créer des polygones sous ArcMap. Les
lignes et les points se créent de la même manière.
Sous ArcCatalog,
ArcCatalog cliquez à l’aide du bouton droit de la souris sur le sous0répertoire
vecteurs puis sélectionnez New – Shapefile:
Shapefile
Nommer la nouvelle couche vectorielle – Parcelles et choisir Feature type : Polygon
Cliquez sur le bouton
0 et éSelect
Select – et choisir le Lambert_II_Etendue.prj – puis OK.
OK
38
Un nouveau fichier est créé et s’affiche sous ArcCatalog :
A l’aide du bouton droit de la souris, cliquez sur le fichier Parcelles – Propriétés – Fields –puis la case
geometry.
geometry
Dans la colonne field
field properties – on voit qu’il s’agit d’une géométrie de type Polygon.
Dans XY Coordinate System : Vérifier que la projection est Lambert II étendue.
A l’aide de la souris, faites glisser le fichier parcelles de ArcCatalog vers ArcMap :
39
Remplissage de la couche Parcelles
Sous ArcMap : Activer l’outil Editor
Cliquez sur le bouton Editor – Start Editing
Dans le menu Editor – Snapping – Options 0 fixez le snapping tolerance à 10 pixels
Dans le menu Editor – Snapping Toolbar – activer les quatre modes de snapping : point,end,vertex,edge
On utilisera l’image Orsay_1999_geocor.tif :
Désactivez l’image Orsay_1961_geocor.tif en la décochant.
Dans la barre d’outils Editor – Cliquez Create feature.
feature Dans Construc
Construction Tools – Choisir Polygon :
Maintenant vous pouvez commencer à créer les polygones de parcelles.
Utilisez les outils Editor pour modifier les polygones en particulier Edit Vertices
Dans Editor – Stop Editing pour enregistrer.
–
40
Les polygones ainsi délimités sont associés à une table d’attributs :
Utilisez l’outil
Identify Tool pour accéder au contenu de chaque polygone.
La table des attributs est accessible à partir :
3.2 Construction de la base de données tabulaires
Le menu options de la fenêtre Attributes of parcelles offre certaines fonctionnalités (création de nouvelles
colonnes dedonnées, graphiques,…).
41
Utilisez Add Field pour rajouter trois colonnes ;
-
Une colonne Occupation de type texte (50 caractères)
-
Une colonne Surface de type float (precision 15 et scale 5)
Precision est le nombre de chiffres dans un nombre avec ou sans décimal.
Scale est le nombre de chiffres après la virgule.
-
Une colonne Perimetre de type float (precision 10 et scale 3)
Editor 0 Start Editing et saisir le nom de chaque polygone dans la table des attributs. Dans
Properties de la couche Parcelles – Symbology – Symbol – Fill color – no color pour afficher les
polygones et l’image.
42
Editor – Stop Editing
Détermination de la surface,
surface, périmètre,
périmètre, coordonnées du centre des polygones :
Dans la table des attributs – cliquez sur l’intitulé de la colonne – puis Calculate Geometry et
choisir Area,
Area Perimeter,
Perimeter X du centre du polygone, Y.
4.
MISE EN PAGE ET CREATION
CREATION D’UNE CARTE POUR IMPRESSION SOUS ARCMAP:
ARCMAP:
: A l’aide du bouton droit de la souris, cliquez sur la couche Polygone que vous venez de créer et
choisissez ensuite l’option – Properties – puis Symbology.
Symbology
Categories – Unique Values 0 dans Value Field – Choisir le champ à afficher (ici Occupation)
43
: Décocher la case all other values et ensuite OK
Dans Label,
Label vous pouvez modifier l’intitulé de chaque classe.
La préparation de la carte :
Choisir le mode Layout View dans le menu principal View
Dans le menu principal File – choisir Page Setup – mode Landscape
Choisir l’échelle appropriée permettant une mise en page acceptable
Le cadre bleu entoure la partie de la carte à afficher. Ce Cadre se situe dans une page.
Utilisez le menu Insert pour Insérer ensuite la barre d’échelle, la légende, texte et autres
Pour la barre d’échelle, Cliquez sur la barre d’échelle affichée sur la carte et dans la boîte de dialogue : Scale
Bar Properties – Scale and Units – Choisir Unité Mètres et dans l’option adjust Width dans When resizing –
Fixer une valeur entière (100 m par exemple) dans Scale – Division value.
44
La carte créée peut être exportée sous format bmp ou autre par : FILE – Export Map.
……../.