Tutoriel : Préparation des données à partir d'une carte papier

1. Introduction

Afin d'utiliser des cartes papier dans un SIG, vous devriez d'abord les numériser et les géoréférencer. Le géoréférencement est également nécessaire pour les images brutes de télédétection, telles que les photographies aériennes et les images satellites.

Pour obtenir un meilleur résultat, choisissez une carte propre qui ne comporte pas trop de plis. Utilisez un scanner de grande taille pour pouvoir numériser toute la carte en une seule fois. La résolution du scanner doit être suffisamment grande (par exemple 1200 dpi) pour avoir assez de détails dans les cartes raster résultantes.

Pour le géoréférencement, nous devons lier les emplacements de l'image numérisées au coordonnées. Pour ce faire, il y a deux façons:

• Collectez les points de contrôle au sol (aussi dits points d'ancrage ou de calage) à partir des endroits clairement visibles sur l'image, tels que les ponts et les intersections.
• Si la carte papier contient une grille de coordonnées, vous pouvez utiliser la grille imprimée comme référence. Assurez-vous que vous connaissez la projection de cette grille qui est souvent mentionnée sur la carte.

Flux de travail

Cette leçon suivra le flux de travail suivant:

2. Théorie

2.1. Introduction aux SIG

Regardez cette vidéo qui introduit de façon générale les Systèmes d'Information Géographique (SIG).

2.2. Modèle de données vecteurs

2.3. Projections des cartes

2.4. Formats de fichiers SIG et bonnes pratiques

Regardez cette vidéo sur les formats de fichiers SIG.

3. Choix de la projection

Jetez un œil à la carte scannée et essayez de trouver la projection qui a été utilisée pour la grille sur la carte. Pour cela, vous pouvez utiliser n'importe quel logiciel de visualisation d'images.

4. Activation de l'extension de géoréférencement

L'extension Géoréférenceur GDAL est une extension principale, ce qui signifie qu'elle est déjà installée. Afin de l'utiliser, vous devez l'activer. 

1. Démarrez QGIS Desktop à partir du menu Démarrer.
   
   
2. Une fois QGIS est lancé, recherchez dans le menu principal Extensions | Installer / Gérer les extensions
3. Recherchez l'extension Géoréférenceur GDAL et cochez la case à côté. Cliquez sur Fermer pour fermer la fenêtre de dialogue.

5. Importation de la carte scannée à l'extension Géoréférenceur GDAL

3. Cliquez sur le bouton Ouvrir un raster

6. Définition des paramètres de transformation

1. Dans le menu du géoréférenceur choisissez Paramètres | Paramètres de transformation...; vous pouvez choisir:

7. Ajout des points d'ancrage

Afin de lier les coordonnées du fichier aux coordonnées du monde réel, nous devons indiquer les points d'ancrage avec des coordonnées connues. Nous pouvons dériver ces coordonnées de différentes manières:

• Le moyen le plus simple consiste à utiliser la grille de coordonnées sur la carte numérisée si elle est disponible et si elle se trouve dans une projection connue. Nous cliquons sur un nœud dans la grille et saisissons les coordonnées X et Y correspondantes dans la boîte de dialogue.
• En utilisant une carte de référence dans le canevas de carte QGIS qui est déjà géoréférencée. De cette façon, nous pouvons obtenir les bonnes coordonnées en cliquant sur la carte de référence.
  
• En utilisant des points d'ancrage mesurés sur le terrain à l'aide d'un GPS

2. Cliquez sur le bouton Ajouter un point pour insérer un point d'ancrage.

6. Ajoutez de la même manière un point de calage dans le coin inférieur gauche et le coin inférieur droit de la carte. Si vous faites une erreur, vous pouvez supprimer le point en utilisant le bouton Supprimer un point.

8. Réduire les erreurs et effectuer la transformation

En bas de l'écran, vous pouvez voir l'erreur moyenne estimée (41.2999 pixels dans notre cas). L'erreur est également visualisée sur les points d'ancrage au moyen d'une ligne rouge. Il est évident que vos valeurs seront pas exactement les mêmes.

Il existe deux façons de réduire l'erreur:

• Vous pouvez utiliser le boutonpour placer les points d'ancrage réellement aux nœuds où les lignes de la grille se croisent. Vous devez zoomer pour sélectionner le bon pixel. Notez que l'erreur moyenne n'est pas automatiquement mise à jour. Vous devez changer le type de transformation en quelque chose d'autre, puis revenir au choix initial.

• Si la première option ne réduit pas l'erreur, vous pouvez changer le type de transformation. Si vous passez à un autre type de transformation dans les paramètres de transformation, les valeurs d'erreur seront recalculées.
  

Dans cette exercice, nous appliquerons la deuxième option (après avoi vérifié les points d'ancrage).

1. Dans le menu, accédez à Paramètres | Paramètres de transformation...

2. Maintenant, sélectionnons un polynôme du premier ordre (Polyniomial 1) au lieu de la transformation linéaire. Gardez le reste des options inchangé.

3. Cliquez sur OK pour revenir à la table des points d'ancrage.

Vous pouvez maintenant voir que l'erreur moyenne a été réduite à une fraction de pixel, ce qui est acceptable. Si vous ne voyez pas d'erreur moyenne < 1 pixel, vous devrez vérifier les emplacements des points et les corriger.

Notez qu'une erreur moyenne < 1 pixel ne peut pas toujours être atteinte. La décision d'accepter une certaine précision dépend de l'objectif de la carte.

4. Nous pouvons maintenant commencer le géoréférencement à l'aide du bouton.

Après un certain temps de calcul, la carte géoréférencée apparaît dans le canevas de carte QGIS.

5. Vous pouvez maintenant fermer l'extension de géoréférencement. Il vous sera demandé si vous le souhaiter d'enregistrer les points d'ancrage pour un usage ultérieur. Vous pouvez cliquer sur Ignorer si vous ne souhaitez pas les utiliser. Si vous les enregistrez, vous pouvez les charger à nouveau dans l'extension de géoréférencement GDAL.

9. Vérifier la carte géoréférencée

Afin de vérifier le résultat, vous pouvez utiliser l'extension Saisie de coordonnées.

1. Si cette extension n'est pas encore activée, vous pouvez donc l'activer en choisissant à partir du menu principal Extensions | Installer/Gérer les extensions, ensuite, recherchez l'extension Saisie de coordonnées et cochez la case pour l'activer. Enfin, cliquez sur Fermer.

Un panneau apparaitera sous la liste des couches.

2. Cliquer sur Démarrer la capture.

3. Cliquez sur un nœud de grille dans la carte et les coordonnées seront affichées dans le panneau:

Le premier champ montre les coordonnées dans le Système de référence géographique (coordonnées Lat / Lon), le second champ montre les coordonnées dans la projection du projet.

4. Lisez les coordonnées sur le côté de la carte et vérifiez si elles corresponent bien aux coordonnées dans le panneau Saisie de coordonnées.

Une autre façon de vérifier le résultat consiste à utiliser les cartes Web comme une carte de fond. L'extension QuickMapServices permet d'accéder facilement à de nombreuses cartes Web telles que Google satellite et OpenStreetMap.

Si l'extension n'est pas encore installé, installez-la de la même manière que nous avons installé d'autres extensions. Après l'installation, choisissez Internet | QuickMapServices | Settings. Ensuite, choisissez l'onglet More services (plus de services) et cliquez sur Get contributed pack (Obtenir le pack contribué). Cliquez sur Enregistrer lorsque le pack contribué est installé. Cela vous donnera accès à d'autres cartes Web plus utiles.

5. Revenez au menu principal et choisissez Internet | QuickMapServices et sélectionnez Google | Google Terrain puis OSM | OSM Standard. Comparez la carte géoréférencée avec Google Terrain et OpenStreetMap.

Pour faciliter cette comparaison, vous pouvez utiliser un mode de fusion. Les modes de fusion déterminent la manière dont deux couches interagissent visuellement. Lorsqu'un mode de fusion est appliqué à une couche, celle-ci est mélangée à la couche inférieure.

6. Ouvrez le Panneau de style de couche en cliquant sur le bouton. Choisissez la couche 

 Mount_Marcy_New_York_USGS_topo_map_1979_georef.

7.  Dans le panneau, choisissez Multiplier comme Mode de fusion.

Les modes de fusion permettent un rendu plus élégant entre les couches SIG. Ils peuvent être beaucoup plus puissants qu'un simple réglage de l'opacité des couches. Les modes de fusion permettent d'obtenir des effets où toute l'intensité d'une couche sous-jacente est encore visible à travers la couche supérieure. Il existe treize modes de mélange.

Ceci est un bon moment pour sauvegarder votre projet QGIS (fichier .qgz).

8. A partir du menu principal, choisissez Projet | Enregistrer sous... et sauvegarder le projet sous le nom Exercice_1.qgz.

Le fichier du projet contient des références à toutes les couches, styles, projections, étendue et niveau de zoom de la carte. Tâchez d'enregistrez votre projet régulièrement!

10. Numérisation de couches vectorielles à partir d'une carte de fond géoréférencée

Notre carte scannée géoréférencée peut maintenant être utilisée comme carte de fond pour numériser les couches vectorielles. Les vecteurs peuvent être des points, des (poly) lignes ou des polygones. Dans cet exercice, nous allons numériser:

10.1. Numériser les sommets

2. Dans la boîte de dialogue Nouvelle couche Geopackage, nous sélectionnons d'abord le nom de fichier de la Base de donées en cliquant sur le bouton. Ensuite, accédez au dossier dans lequel vous souhaitez stocker le Geopackage et enregistrez-le dans Mount_Marcy.gpkg. Pour le Nom de la table, nous choisissons Sommets. Assurez-vous de choisir la projection dont le code est EPSG:26718. Créez un nouveau champ avec Elévation comme nom, nombre entier comme type et cliquez sur: .

3. Ajoutez un deuxième champ avec Données texte comme type et nommez-le Nom

La couche vide devrait être bien ajoutée à la liste des couches de votre projet:

Pour commencer la numérisation, vous devez basculer en mode édition.

4. Cliquez sur la couche Sommets pour la sélectionner. Cliquez sur pour basculer en mode d'édition. Vous pouvez également cliquer avec le bouton droit de la souris sur la couche et choisir Basculer en mode d'édition dans le menu contextuel pour passer en en mode édition.

Les boutons de la Barre d'outils de numérisation deviennent actifs. Une icône de crayon apparaît à côté de la couche dans le panneau des couches, indiquant que la couche est en mode édition.

5. Sur la carte topographique, naviguez vers un sommet d'une montagne. Si un point de référence géodésique est présent au sommet, il y aura un X et une valeur d'élévation juste à coté.

6. Lorsque vous en avez trouvé un, zoomez en avant et cliquez sur le bouton Ajouter une entité ponctuelle . Déplacez la souris sur le marqueur du sommet  et cliquez avec la souris.

Un dialogue avec un formulaire apparaît. fid est l'identifiant de l'entité générée. Il s'agit d'un nombre entier unique automatiquement incrémenté pour chaque entité ajoutée. Les autres atrributs que nous devrions remplir sont Elévation et Nom.

7. Dans cet exemple, nous tapons 1501 et Mt Skylight réspectivement pour Elévation et Nom. Si vous numérisez un sommet qui n'a pas d'étiquette d'altitude, déterminez l'altitude en vous basant sur les courbes de niveau.

8. Répétez cette étape pour quelques autres sommets.

Si vous avez fait une erreur, vous pouvez utiliser l'outil de nœud pour déplacer l'entité ou utiliser l'une des options de sélection pour sélectionner l'entité ponctuelle et cliquez sur pour supprimer l'entité ponctuelle sélectionnée. Ces boutons peuvent être utilisés pour annuler / rétablir une action. Utilisez  pour enregistrer les modifications.

9. Une fois terminé, cliquez à nouveau sur le bouton  pour basculer en mode d'édition. Si vous n'avez pas encore enregistré les modifications, il vous sera demandé d'Enregistrer ou de Ne pas tenir compte. Avec l'option Ne pas tenir compte, vous pouvez toujours annuler vos modifications jusqu'à la dernière fois qu'elles ont été enregistrées.

10. Vous pouvez vérifier la table des attributs de votre nouvelle couche vecteur de points en cliquant avec le bouton droit sur le nom de la couche Sommets et en sélectionnant Ouvrir la table des attributs

Vous pouvez maintenant voir les attributs que vous avez ajoutés et leurs valeurs fid et Elévation et Nom.

10.2. Numérisation des rivières

Votre prochaine tâche consiste à numériser les entités linéaires (rivières). La procédure est similaire à la création d’une couche de points.

1. Dans la boîte de dialogue Nouvelle couche Geopackage, commencez par naviguer vers la base de données existante  Mount_Marcy.gpkg.

2. Donnez un nouveau Nom de la table: Rivières et choisissez ligne comme Type de géométrie. Ajoutez un nouvel attribut de type Donnée texte et nommez-le Nom. N'oubliez pas de cliquer sur pour valider le nouvel attribut créé. Vérifiez si le dialogue ressemble à la figure ci-dessous puis cliquez sur OK.

Une fenêtre Nouvelle couche Geopackage apparaîtra en vous informat que le fichier est déjà existant.

3. Choisissez Ajouter une nouvelle couche.

La couche Rivières est maintenant ajoutée à la liste des couches.

4. Basculez l'édition pour commencer à ajouter des rivières. Cliquez sur le bouton Ajouter une entité linéaire pour ajouter une nouvelle entité linéaire de rivières. Effectuez un zoom panoramique sur la carte pour trouver une rivière à numériser.

Commencez toujours à numériser de l'amont vers l'aval. La direction sera stockée dans la couche. Placez toujours un nœud lorsqu'un affluent rejoint un plus grand cours d'eau. C'est important lorsque l'affluent est connecté plus tard.

5. Cliquez sur le point de départ de la ligne (nœud) et cliquez là où il est nécessaire de faire un nœud le long du tracé de la rivière.

Vous pouvez utiliser les boutons de zoom pour suivre la rivière. Vous pouvez appuyer sur la touche Barre d'espace pour déplacer la carte en même temps que la numérisation. Avec la touche Retour en arrière vous pouvez supprimer le dernier nœud au cours de la numérisation.

6. Après avoir placé le noeud final de la ligne, cliquez le bouton droit de la souris pour terminer la création de cette entité. Maintenant vous pouvez entrer les données des attributs dans le formulaire.

Vous allez maintenant numériser un affluent. Vous devez d'abord définir les options d'accrochage

7. Dans le menu principal, choisissez Vue | Barre d'outils| Accrochage (Vous pouvez également cliquer avec le bouton droit de la souris sur une barre d'outils et choisir Barre d'outils d'Accrochage). Cliquez sur le bouton pour activer l'accrochage. Choisissez d'accrocher les nœuds de la couche active avec une tolérance de 15 mètres.

8. Maintenant, numérisez l'affluent depuis son amont jusqu'à son point de jonction avec le cours d'eau d'ordre supérieur. Vous verrez que la ligne s'accrochera au nœud que vous avez placé auparavant sur le cours d'eau principale. 

Si vous voulez que tous les affluents ne forment qu'une seule entité, vous devez regrouper (autrement dit dissoudre) ces différentes entités.

9. En donnant le même nom aux attributs, vous pouvez les dissoudre en choisissant Vecteur | Outils de géotraitement | Regrouper... à partir du menu. Utilisez le bouton  pour choisir Nom pour le champs du regroupement et enregistrez le résultat dans une couche Geopackage avec le nom Rivières_regroupé. Cliquez sur Exécuter.

10. Vérifiez la table des attributs du résultat avant et après la dissolution :

10.3. Numérisation des lacs

Enfin, nous allons créer une couche vectorielle polygonale pour quelques lacs. Essayez de découvrir par vous-même comment procéder. La procédure est très similaire à celle que vous avez fait pour les lignes. La seule différence est que le premier nœud doit être le même que le dernier nœud pour fermer le polygone. Utilisez le nom du lac comme un attribut de type texte.

Certains lacs ont des îles qui doivent être retirées de l'entité géométrique du lac. À cette fin, activez la Barre d'outils de numérisation avancée de la même manière que nous avons activé la barre d'outils d'accrochage précédement. Cliquez sur le bouton Ajouter un anneau  et numériser l'île de la même manière que vous numérisez un polygone. Après avoir finalisé l'anneau, il sera retiré du polygone du lac.

11. Styler les sommets, les rivières et les lacs

Dans cette dernière section, vous allez appliquer des styles aux couches des sommets, rivières et lacs.

11.1. Style des sommets

Vous commencerez par attribuer un style à la couche Sommets.

1. Ouvrez le panneau des Styles des couches en cliquant sur le bouton. Sélectionnez la couche Sommets.

La couche est stylée par défaut par un symbole simple.

2. Sélectionner Symbole simple  et changez le Type de symbole vers un Symbole SVG. Vous trouverez tout en bas une section nommée Groupes SVG. Vous pouvez rechercher ici les icônes SVG qui sont installées par défaut avec QGIS. Trouvez et cliquez sur le répertoire Symboles de l'application. Faites défiler la page vers le bas pour trouver l'icône marqueur rouge (ou red marker)  et sélectionnez-le. Changez la largeur et la hauteur à 12 mm respectivement.

11.2. Étiqueter les sommets

Ensuite, vous allez étiqueter les sommets.

1. Passez à l'onglet Étiquettes  dans le panneau de Style des couches. Passez de Pas d'étiquettes à Étiquettes simples. Définissez la Valeur en choisissant le champs Nom à partir du menu déroulant. Il est également possible d'utiliser plusieurs champs d'une entité dans une étiquette en les définissant par une expression.

2. Cliquez sur le bouton Expression  pour ouvrir la fenêtre de le Calculateur d'Expressions. Développez la section Champs et valeurs et ajoutez les champs en double cliquant sur Élévation ensuite Nom. Lorsque l'on combine des éléments de texte dans une expression, ils doivent être séparés par l'opérateur de concaténation de chaînes de caractères.

3. De plus, l'opérateur de la Nouvelle Ligne peut être utilisé pour remettre la nouvelle colonne sur une deuxième ligne. Cependant, il faut un autre opérateur de concaténation de chaînes après celui-ci. Définissez une expression comme celle-ci "Nom" || '\n' || "Élévation" . Ceci aère les étiquettes, mais la signification du chiffre peut ne pas être claire et les étiquettes seront plus faciles à lire avec un séparateur de milliers.

4. Pour ajouter des unités de mesure à l'élévation, vous pouvez ajouter la chaîne de caractères mètres après la valeur en joignant || ' mètres' à l'expression existante. Pour compléter la deuxième amélioration, vous utiliserez la fonction format_number . Utilisez la boîte de recherche pour trouver la fonction format_number . Insérez-la juste avant le champ "Elévation". Le panneau d'aide vous montrera la syntaxe de cette fonction. Elle nécessite en entrée un nombre et le nombre de décimales. Le numéro sera le champ  "Elevation" et le nombre de décimales 0. Cela permettra de simplifier le formatage des données en un nombre et d'insérer un séparateur de milliers. Notez que nous utilisons des guillemets doubles pour les champs et des guillemets simples pour le texte normal (chaînes de caractères).

5. Pour faciliter la lecture des étiquettes, changez le Style de texte en gras. Passez à l'onglet Tampon et cochez l'option Afficher un tampon de texte. Pour mieux séparer les étiquettes de l'icône de l'entité géométrique, passez à l'onglet Placement des étiquettes et définissez la distance à 2 mm.

6. A la fin, cliquez sur le bouton Paramètres de placement automatisé  pour ouvrir la fenêtre du Moteur de positionnement automatique. Décochez la case pour l'option Autoriser les étiquettes tronquées en bordure de de la carte. Cela empêchera les étiquettes d'être tronquées.

7. Cliquez sur OK pour fermer. Vos étiquettes devraient ressembler à ceci:

11.3. Styler les rivières

Ici, vous allez attribuer un style à la couche des rivières.

1. Choisissez la couche Rivières dans le panneau de Style des couches. Repassez à l'onglet Symbologie.

2. Sélectionnez Ligne simple. Cliquez sur la barre de Couleur pour ouvrir le panneau Sélectionner la couleur de ligne.

3. Changez la Couleur en une valeur RGB de 31|120|180 dans la notation html en cliquant sur la petite flèche à droite.

4. Cliquez sur le bouton Retour en arrière  pour revenir au panneau principal de symbologie.

5. Augmentez la largeur du trait à 0.86.

6. Pour étiqueter les rivières, passez à l'onglet Étiquettes .

7. Répétez les étapes de l'étiquetage des sommets pour étiqueter les rivières en utilisant uniquement le champ Nom.

8. Passez à l'onglet Position de l'étiquette et choisissez un style de position Incurvé.

Pour les étiquettes plus lisibles par rapport à la carte topographique, vous appliquerez l'effet tampon.

9. Passez à l'onglet Tampon de l'étiquette  et cochez l'option Afficher un tampon.

Vous allez définir la couleur selon le fond vert de la carte topo.

11. Cliquez sur la flèche déroulante pour le paramètre Couleur et choisissez Piocher une couleur. Avec le curseur de la pipette, cliquez sur un endroit pour copier la couleur de fond vert de la carte topographique.

12. Au final, revenez à l'onglet Texte  et définissez la couleur de l'étiquette par une valeur RGB de 31|38|180, la Police est Calibri, 11 pour la Taille et choisissez Italique comme Style.

Les rivières devraient ressembler à ceci:

11.4. Styler les lacs

Dans ce qui suit, vous allez attribuer un style aux lacs que vous avez crée aux sections précédentes. Vous utiliserez un remplissage dégradé suivant la forme qui vous permettra de colorer les lacs d'un bleu clair à un bleu foncé.

1. Choisissez la couche des Lacs dans le panneau de Style de couches ensuite passez de l'onglet Étiquetage à l'onglet Symbologie. Sélectionnez Ligne simple.

2. Changez le Type de symbole de Remplissage simple en un Remplissage dégradé suivant la forme. Conservez le paramètre par défaut du Dégradés de couleurs de deux couleurs. Définissez la première couleur avec une valeur RGB de 185|239|255. Définissez la deuxième couleur à une valeur RGB de  31|133|180.

3. Réglez le Style d'ombrage sur Distance avec une valeur de 6. Augmentez l'Intensité du floutage à 12.

A la fin, vous allez ajouter une ligne simple pour représenter le littoral de chaque lac.

4. Cliquez sur le bouton Ajouter une couche de symboles. Changez le Type de symbole de de cette nouvelle couche de symbole en un type de Bordure: Ligne simple dont la couleur est définit avec la combinaison RGB 31|133|180.

5. Etiquetez les lacs avec le Nom. Définissez la couleur et la valeur RGB de l'étiquette à  225|255|255 (bleu clair), la police à Calibri, une taille de 10 et un style en italique gras

6. Passez à l'onglet Position de l'étiquette et changez la position en Horizontal (lent). Passez ensuite à l'onglet Formatage de l'étiquette et tapez un espace dans la case Découper sur le caractère. Réglez l'alignement sur Centre.

Les lacs devraient ressembler à ceci:

12. Conclusions

Dans cette leçon, vous avez appris à:

• touver la projection et le code EPSG d'une carte
• installer des extensions
• géoréférencer une carte scannée à l'aide des points d'ancrage issus à partir d'une grille
• utiliser l'outil de Saisie de coordonnées
• utiliser des couches en ligne à partir de l'extension QuickMapServices
• numériser des points, des lignes et des polygones et ajouter des atributs
• utiliser la barre d'outils d'accrochage
• dissoudre des entités géométriques
• stocker des données dans un Geopackage
• attribuer un style à des couches vecteurs et les étiqueter