Introduction à la géomatique - Réseau de milieux naturels protégés

Midi-Conservation
Introduction à la géomatique :
des outils accessibles et versatiles
Delphine Favorel
30 septembre 2015
[email protected]
454, avenue Laurier Est
Montréal, QC H2J 1E7
514-272-2666, poste 25
www.rmnat.org
Un réseau actif depuis plus de 20 ans !
PROMOUVOIR LE MOUVEMENT DE LA CONSERVATION DES MILIEUX
NATURELS AU QUÉBEC AU BÉNÉFICE DE LA COLLECTIVITÉ
• Faire connaître les moyens de conservation des
milieux naturels en terres privées et publiques
• Éduquer et sensibiliser les citoyens et les collectivités
à la nécessité de la conservation des milieux naturels
en terres privées
• Favoriser la prise en compte de la conservation des
milieux naturels dans le processus d’aménagement et
de planification du territoire = répertoire
• Offrir des services à toute personne et organisme qui
Îles Razades - 1927
désire contribuer à la conservation
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Définition de la géomatique
• Le mot "géomatique" est issu des termes
"géographie" et "informatique
• Elle consiste à acquérir, stocker, traiter,
analyser, modéliser, interpréter,
visualiser, gérer et diffuser des données
localisées sur un territoire
• Multi-disciplinaire (approche intégrée
environnement et société): données variées
sous forme d’empilement de couches : cartes,
photos, images satellite, réseau de routes …
• La géomatique est utilisée pour répondre à des
questions nécessitant une composante spatiale
(inventaire des ressources, sélections de sites,
réseau de transport, gestion des risques,
aménagement et planification, établir des zones
tampon …) = prise de décisions
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Historique du développement de la
géomatique
1ère (1914-18) et 2nde (1939-45) Guerres Mondiales
•
•
Essor des missions aériennes et dvt des photos aériennes
Vision à plus grandes échelles des territoires
Entre les années 1970 et 1980
• Dvt et diffusion de logiciel SIG (ESRI en 1969)
• Programmes civils de lancement de satellites (Landsat I 1972)
• Démocratisation de l’accès aux données
Depuis les années 80
•
Croissance du marché des logiciels, développements des
applications sur PC, mise en réseau (bases de données
distribuées, applications sur Internet de géolocalisation …)
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Structure et utilité d’un SIG
En conservation: identifier où se situent les milieux naturels d’intérêt
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Données spatiales
• L'information géographique est la représentation d'un objet
ou d'un phénomène réel ou modélisé, présent, passé ou
futur, localisé dans l'espace à un moment donné
Géoréférencement : coordonnées X et Y (voire Z altitude)
 Topologie (forme) : points, lignes, polygones ou matrice
 Données descriptives/attributaires

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Systèmes de coordonnées
Forme de la terre = datum
• Système géographique : Système de représentation de
coordonnées basé sur un datum = expression mathématique de la
surface (ellipsoïde) visant à minimiser l’erreur par rapport à la surface
réelle de la terre (géoïde). Coordonnées = degré-minute-seconde
Vidéo
• https://www.youtube.com/watch?v=xKGlMp__jog
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Systèmes de coordonnées
Projections
• Système projeté : Système de représentation mathématique
plane de coordonnées basé sur un ellipsoïde. La projection est la
représentation de la totalité ou d’une partie de l’ellipsoïde sur une
surface développable = cylindrique ou conique la plupart du
temps. Coordonnées = mètres
Projection Conique
Ex: Lambert conforme
(grands territoires)
Projection cylindrique
Ex: Universal Transverse
Mercator (UTM)
Autres …. = projection azimutale : pour les pôles
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Connaitre le système de coordonnées
projetées utilisé
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Données spatiales
• L’information géographique est constituée de couches
d’information représentant les multiples faces de
l’environnement social et physique, c’est l'image du
millefeuille
• Métadonnées = données sur les données
 Description et détails sur le jeu de données : origine, date,
auteur, détails des codes / abréviations…
 Permet à d’autres utilisateurs de comprendre et d’utiliser
les données (en vue de partager)
• Types de données spatiales
 Vectorielles: points, lignes, polygones
 Matricielles: pixels (maillage)
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Modèle vectoriel
Points
Ligne
Polygone
Villes, stations d’échantillonnage, arbres
… (dépend de l’échelle de la
représentation)
Routes, cours d’eau, transects, frontières
…
Pays, province, réserve naturelle,
bâtiment, zones urbaines, cartographie
d’habitats …
Identifiant unique pour chaque entité
Tableau de coordonnées X et Y
Représente une localisation réelle dans l’espace
Un seul type d’objet par shapefile
Phénomènes discrets
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Données vectorielles
• Table d’attributs
Ligne = une entité
 Nbre de champs « infinis » : date d’observation, note, expert …
 Sélection d’entités en fonction de critères de recherche = requêtes
(langage SQL)

•
Requêtes attributaires : area > 50 ha
•
Requêtes spatiales : polygones/points compris dans une autre couche
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Données matricielles
Matrice de cellules = pixels ! Espace géographique représenté par une grille de cellules
de même dimension (=résolution choisie par l’utilisateur ou restreinte par le matériel,
moins précis)
Valeur numérique = 1 seul attribut par cellule (différent du modèle vectoriel)
Représente des phénomènes continus
Provient d’images satellites ou données d’élévation, relevés terrains, précipitation …
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Passage matrice <-> vectoriel
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Différence vecteur / matrice
Points
Ligne
Polygone
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Comparaison Matricielle et Vectorielle
Vectoriel
Matriciel
Phénomènes discontinus: cours d’eau, routes,
zonage …
Phénomène continu: élévation, précipitations
Coordonnées x y : point d’observation précis
d’un phénomène
Unité = pixel moins précis 5 x 5, 30 x 30 …
Cartographie: lignes, points, polygones
Analyses complexes et modélisation (habitat,
agriculture, corridors …)
Si carto = utile pour le background (land cover)
Outils d’analyse : tampon, clip, …
Analyse spatiale : raster calculator, modélisation
…
Description topologique multiple
Une seule caractéristique par couche (sauf
images composites)
Mise à jour simple (édition)
Mise à jour complexe (opération matricielle)
Peu adapté aux analyses et simulations
Bon pour la modélisation
Shapefile: *.shp + données tabulaires *.xls ,
*.mdb + fichiers textes *.csv
Raster: *.tif , *.ecw , *.img …
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En pratique
une combinaison matricielle et vectorielle!
• Superposition de données matricielles et vectorielles !
 Google satellite = matriciel
 Réseau routier = vectoriel
• Déterminer quelle représentation est plus appropriée en
fonction du type de données, de l’échelle (lac = polygones,
cours d’eau = polylignes) et des analyses à effectuer !
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Acquisition de données spatiales
• Levés topographiques : récolte de données existantes sur le
terrain (+ mesure des angles dans les deux plans
horizontaux et verticaux afin de déterminer une direction,
format DXF)
• Relevé terrain = GPS (point d’échantillonnage, télémétrie)
• Digitalisation : photo-interprétation ou cartes existantes
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Acquisition de données spatiales
• Photos aériennes : obtenues à partir des survols par avion
(futur = drônes?!)
• Images satellites (LandSat, Ikonos …) = résolution, bandes et
longueurs d’ondes (NDVI)
• Données administratives : Infolot (cadastre)
zonage agricole (CPTAQ) …
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Où se procurer des données géomatiques ?
• Télédétection
 Fournisseurs d’images gratuites:
NASA /USGS, Global Land cover
facility, GeoBase / Geogratis,
Google Earth, Ministères ….
• Couches thématiques
 Ministères du Québec : réseau
hydrologique, Québec
administratif, domaines
bioclimatiques …
• En cherchant sur internet ! Bcp de
ressources (vérifier les sources
des données)
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Exemple de données spatiales
• Exemples de données spatiales paramètres pour l’évaluation d’un
indice de risque à la biodiversité

Activités humaines
•
•


Accès routier :densité des routes et tailles des routes: autoroute, chemin …
Population : densité de population, changements démographiques à venir, rejets
industriels, pollution, cultures agricoles ….
Conditions environnementales
•
•
Élévation et Végétation : composition en espèces du couvert, densité, surface terrière …
Climat : précipitation, températures, humidité …
•
Perturbations naturelles: feux, épidémie de tordeuse, chablis …
Biodiversité
•
•
Espèces en péril
Dynamique des populations : source / puits, succès de reproduction …
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Analyse d’images
Principaux logiciels
• ArcGIS
 Le plus connu
 Licence $$$ (2000 à 10 000 $ selon la licence + extensions)
 Didacticiels et tutoriels complets
 Potentiel limité pour développer des extensions
 User-friendly
• QGIS
 Moins connu
 Open-source
 Aide assez anarchique (forum, tutoriels …)
 Mais très grand potentiel pour analyses poussées
 Moins user-friendly
• Ressources en OR : Youtube !
 Tutoriels
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Géotraitement
• Le géotraitement vise à transformer ou à obtenir de
l’information de la donnée spatiale en fonction de certains
de ses attributs, qu’ils soient des attributs spatiaux ou
qualitatifs (ex: classe d’âge, religion ou population)
• Les outils de géotraitement sont très variés
Fonction « géométrique » : clip, merge, zones tampons …
 Fonction d’analyse : analyse de voisinage (zonal statistics)
 Fonction d’exportation / importation / reprojection de données (en
format google earth, des shapefiles vers les raster…)

• Model builder (ArcGIS): effectuer plusieurs outils les uns à
la suite des autres
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Géotraitement
•
Merge : assemble des données dans un nouveau fichier
•
Append : assemble des données de même nature mais dans un fichier déjà existant
•
Dissolve : assembler les éléments ayant des attributs communs dans un même élément
•
Aggregate polygons : crée une zone de généralisation d’un phénomène (plusieurs
polygones « agrégés » selon une distance définie par l’utilisateur)
•
Symmetrical difference : permet de retirer une partie de polygone à partir d’un autre
polygone (emporte-pièce)
•
Clip : effectue l’extraction d’éléments (points, lignes ou polygones) en fonction d’une
région (réduire les données à une zone d’étude, en raster = extract by mask)
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Requêtes attributaires et / ou spatiales
• Permettent d’interroger la base de données sur un ou des
critère(s) spécifique(s), c’est une question (que sur données
vectorielles, en matriciel on fera des analyses sur les
statistiques spatiales uniquement et traitement)
• Identifie/sélectionne les entités qui répondent aux critères
spécifiés (attributs ou spatiales ou les 2)






Milieux protégés > 5ha ?
Milieux protégés = réserves naturelles ?
Milieux protégés situés en Montérégie ?
Milieux protégés = réserves naturelles ET situés en Montérégie ET
> 5ha ?
Situées dans un rayon de 100 km ?
Habitats d’une espèce en péril intersect les aires protégées?
• SQL : formuler la requête mais outils d’aide : construction
assistée de la syntaxe des requêtes
• On peut créer une nouvelle couche à partir des données
sélectionnées
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Requêtes spatiales
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Pourquoi utiliser la géomatique en
conservation ?
• Actuellement, les pressions anthropiques sont
responsables de la dégradation des habitats


Accaparement des terres = destruction des habitats
Conversion de l’usage (exploitation)
• Transformation d’une forêt en paysage agricole
• Étalement urbain
• Parcelles d’habitats de plus en plus petites et de
plus en plus éloignées les unes des autres (effets
de lisières et isolation)  FRAGMENTATION ET PERTE
DE CONNECTIVITÉ
Besoin d’identifier et caractériser les
milieux naturels
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Pourquoi utiliser la géomatique en
conservation ?
• Préserver de larges noyaux de conservation
• Restaurer les bandes riveraines des cours d’eau
• Rétablir la connectivité entre les noyaux de conservation
• Conserver des fragments naturels dispersés au sein de la matrice
Besoin d’identifier
et cartographier
pour mieux gérer
les efforts de
conservation des
milieux naturels !
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Exemple : géomatique et conservation
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Cartographie
• Flèche du nord
• Auteur
• Échelle
• Sources des données
• Légende
• Type de projection
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Symbologie
• Symbole unique: une seule couleur pour tous les éléments d’un shapefile
(utile quand on super-positionne plusieurs couches)
• Catégories: une couleur est attribuée aux éléments du shapefile partageant
la même valeur pour un attribut voulu (élévation, ou propriétaire ou autre)
• Quantités : une couleur est attribuée aux classes d’éléments établis de
manière statistique ou par l’utilisateur lui-même (ex: aire < 1000 m² =
rouge, ou dégradé de couleur)
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Répertoire des milieux naturels protégés
• Planification de la conservation régionale ou locale
• Comprendre les efforts de conservation et identifier des
lacunes éventuelles
www.repertoiredesmilieuxnaturelsproteges.ca
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Répertoire des milieux naturels protégés
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Plus ….?
• Intérêt pour travailler sur un logiciel ensemble ?
• Interface de QGIS = logiciel gratuit
• Réaliser une carte simple de son milieu ?
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Quelques trucs (très utiles)
• Ne jamais dépasser 13 caractères pour nommer un raster (ERSI ne prend
pas en compte plus de 13 caractères et certaines operations peuvent ne
pas fonctionner à cause de ça !
• Ne jamais nommer un raster en commençant par un chiffre ! Même
problème que précédemment
• Pas de caractères spéciaux (? % ! “ / & * é à … )
• Au possible garder toujours un dossier contenant les données brutes et
travailler sur une copie des données ….
• Effacer au possible toute couche inutile (test56_bis_ok.shp !)
• Nommer les couches avec la date permet de mieux retracer ce que l’on a
fait
• Travailler en conservant une trace écrite des operations effectuées:
idéalement un fichier texte accompagnant les fichiers de données
(protocole)
• Organiser ses couches et bien les nommer : faire un dossier par projet
avec toutes les données nécessaires au projet
• À suivre …. !
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Sources
Pour aller plus loin …
Lhomme, Serge. Introduction à la géomatique (Complément de cours). [URL] http://serge.lhomme.pagespersoorange.fr/doc/geomatique.pdf
Desrochers, Mélanie. ArcGIS pour les nuls. [URL] http://www.cef-cfr.ca/uploads/FORMATION/Nuls_1.pdf et
autres formations du CEF : http://www.cef-cfr.ca/index.php?n=Formation.Accueil
PowerPoint de Jacques-André Landry. Disponible sur Internet (recherche Google)
https://www.ec.gc.ca/lcpe-cepa/CBE3CD59-9632-458D-B1A2-A18C0AD7DBD7/biodiversite.pdf
https://www.mtq.gouv.qc.ca/centredocumentation/Documents/Partenaires-prives/G%C3%A9nie-conseilConstruction-Grands%20travaux/Arpentage/ManuelArpentageGeomatique.pdf
http://www.umq.qc.ca/uploads/files/pub_autres/guide_geomatique.pdf
http://webhelp.esri.com/arcgisdesktop/9.2/tutorials/GP_ex_4_index.htm
http://www.umq.qc.ca/uploads/files/pub_autres/guide_geomatique.pdf
http://isfort.uqo.ca/sites/isfort.uqo.ca/files/fichiers/publications_ISFORT/classification_et_cartographie_des_habitats_
fauniques_basee_sur_les_caracteristiques_structurales_des_peuplements_forestiers_de_outaouais.pdf
Guide QGIS: http://docs.qgis.org/2.8/en/docs/user_manual/
Bibliothèque d’aide ArcGIS:
http://help.arcgis.com/EN/arcgisdesktop/10.0/help/index.html#/Welcome_to_the_ArcGIS_Help_Library/00r90000001
n000000/
Youtube: https://www.youtube.com/user/tutorielgeo
Tutoriels: https://www.conservationtraining.org/mod/page/view.php?id=3835 et tutoriels avec données (QGIS) :
https://drive.google.com/file/d/0BxsMkmkf5VGrdUFsWGtuQ0I4Qkk/view
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