Tutoriel: Analyse spatiale de l’accessibilité des puits à l’aide de l’algèbre cartographique

Site:	OpenCourseWare for GIS
Cours:	QGIS et Applications en Hydrologie
Livre:	Tutoriel: Analyse spatiale de l’accessibilité des puits à l’aide de l’algèbre cartographique

Imprimé par:	Guest user
Date:	samedi 21 décembre 2024, 15:32

Table des matières

1. Introduction
2. Théorie
- 2.1. Traitement des rasters
3. Préparation
- 3.1. Vérification des Metadonnées
- 3.2. Utilisation de la boîte à outils de traitement
4. Condition 1: Puits à moins de 150 mètres de maisons ou de routes
5. Condition 2 : Pas d'industrie, de mine ou de décharge à moins de 300 mètres des puits
- 5.1. Créez un raster booléen avec ‘Vrai’ pour les Industries, Mines, et décharges, et ‘Faux’ pour les autres bâtiments
- 5.2. Créer des zones de 300 mètres autour de l’industrie, de la mine et des décharges
6. Condition 3: Puits de moins de 40 mètres de profondeur
7. Combiner les trois conditions
8. Reporter les résultats
9. Conclusions

1. Introduction

Avec L'Algèbre Cartographique, nous pouvons faire des calculs avec des couches Raster. Cela est utile pour l'analyse spatiale. Par exemple, lorsque nous devons évaluer différents critères pour trouver des emplacements appropriés ou inappropriés, nous pouvons utiliser l'algèbre cartographique.

Objectifs d'apprentissage

Après cette leçon, vous pourrez :

appliquer l'algèbre cartographique pour l'analyse des couches Rasters
distinguer les rasters booléens, discrets et continus
créer des légendes pour les cartes booléennes, discrètes et continues
comprendre l'utilisation et l'utilité de Nodata
Utiliser des opérateur logiques
calculer les distances à partir des Rasters
reclasser les rasters
convertir les raster en vecteur de points
échantillonner des valeurs raster avec des vecteurs de points

Description du cas d'application

Dans cette leçon, nous allons aborder le cas suivant.
La municipalité de l'oasis (imaginaire) Aïn Kju Dzjis vous a engagé pour analyser les puits qui ne conviennent pas à ses habitants en fonction des conditions suivantes :

Condition 1:
Les puits doivent se trouver à moins de 150 mètres des maisons ou des routes.

Condition 2:

Aucune industrie, mine ou décharge à moins de 300 mètres des puits.

Condition 3:
Les puits doivent avoir moins de 40 mètres de profondeur.

Vous utiliserez l'algèbre cartographique pour effectuer l'analyse requise

Flux de travail

Cette leçon suivra ce flux de travail :

Matériels

Les couches rasters de cette leçon peuvent être téléchargées à partir de la page principale de la leçon.

2. Théorie

Nous allons d'abord présenter la théorie nécessaire à cet exercice dans quelques vidéos.

2.1. Traitement des rasters

Regardez cette vidéo sur le traitement des données rasters.

3. Préparation

Pour cette tâche, vous disposez des couches raster suivantes: batiment.tif, routes.tif, mnt.tif, et niveau_nappe.tif.

Nous allons d'abord inspecter les métadonnées de ces couches. Ensuite, nous préparerons la boîte à outils de traitement de QGIS.

3.1. Vérification des Metadonnées

1. Dans le panneau de navigation Explorateur, cliquez avec le bouton droit de la souris sur Marque-pages and choisissez Ajouter un répertoire.

2. Choisissez le dossier dans lequel vous avez stocké les couches.

En ajoutant un dossier aux Marque-pages, vous pouvez accéder plus rapidement à vos fichiers de projet.

3.Cliquez sur le + pour développer le contenu du dossier.

4. Prévisualisez les cartes et les métadonnées de ces couches raster en cliquant avec le bouton droit de la souris sur la couche et en choisissant Propriétés de la couche...

La fenêtre Propriétés de la couche… s'ouvre, affichant les métadonnées de la couche.

5. Vérifiez et interprétez les métadonnées

6. Selectionnez batiment.tif, routes.tif, mnt.tif et niveau_nappe.tif (gardez le button ctrl pressé et selectionnez les couches) et les faire glisser sur le canevas de visualisation.

7. Allez dans le panneau des couches.

3.2. Utilisation de la boîte à outils de traitement

La boîte à outils de traitement de QGIS fournit de nombreux outils pour traiter les données SIG. Outre les outils QGIS, elle dispose également d'outils de GDAL, GRASS et SAGA qui sont très utiles.

1. Activez d'abord la boîte à outils de traitement en sélectionnant Traitement | Boite à outils dans le menu principal.

Le panneau Boîte à outils de traitement apparaît maintenant. Vous en aurez besoin dans les prochaines sections.

Ensuite, nous allons modifier un paramètre par défaut de QGIS. Par défaut, la boîte à outils de traitement n'utilise pas le nom sous lequel un fichier a été enregistré comme nom de couche, ce qui peut prêter à confusion.

2. Dans le menu principal, choisissez Préférences| Options | Traitement.

3. Développez le menu Général en cliquant sur la petite flèche. Cochez ensuite la case Prefer output filename for layer names afin d'utiliser le nom de fichier comme nom de couche.

setup_boiteoutils

4. Cliquez sur OK pour fermer la boîte de dialogue.

4. Condition 1: Puits à moins de 150 mètres de maisons ou de routes

Maintenant que nous avons examiné les métadonnées de nos couches d'entrée et que nous avons mis en place la boîte à outils de traitement, il est temps de procéder à l'analyse des trois conditions :

Condition 1: Les puits à moins de 150 mètres des maisons ou des routes
Condition 2: Aucune industrie, mine ou décharge à moins de 300 mètres des puits
Condition 3: Puits de moins de 40 mètres de profondeur

Pour la condition 1, nous examinerons d'abord les maisons (Houses) et nous ferons ce qui suit:

Appliquer de Style à la couche raster batiment
Créer une couche booléenne avec Vrai (True) pour les maisons (Houses) et Faux (False) pour les autres bâtiments
Créer des zones de 150 mètres autour des maisons (Houses)

Ensuite, nous répéterons des étapes similaires pour la couche des routes

4.1. Donner du style à une couche de raster discrète

Observons d'abord les maisons (Houses). Les maisons sont une classe dans la couche batiment. Les rasters ne stockent normalement que des valeurs, nous devons donc attribuer une légende appropriée aux couches raster..

1. Dans le panneau des couches, cliquez sur pour ouvrir le panneau de style de couche.

2. Choisissez Palette/Valeurs uniques comme type de rendu. Conservez Random comme le type de palette de couleur et cliquez sur Classer.

3. Utilisez la capture d'écran ci-dessous comme référence pour attribuer les étiquettes aux numéros de classe en double-cliquant sur chaque nom d'étiquette. Double-cliquez sur la couleur pour la rendre plus intuitive, comme indiqué dans l'exemple.

style_couche_batiment

Comme batiment est un raster discret, nous avons utilisé le type de rendu Palette/Valeurs uniques. Palette/Valeurs uniques classe chaque valeur entière unique trouvée dans la couche raster.

4.2. Créer une couche booléenne avec Vrai pour des maisons et Faux pour les autres bâtiments

Si nous voulons créer une couche booléenne avec Vrai (1) pour les maisons et Faux (0) pour les autres classes de la couche batiment, nous pouvons utiliser la Calculatrice Raster.

1. Dans le menu principal, accédez à Raster | Calculatrice Raster.

2.Dans la boîte de dialogue Calculatrice Raster, double-cliquez sur batiment@1, cliquez sur le bouton = et tapez 1

Maintenant, l'équation lit batiment@1 = 1, ce qui signifie: si la couche batiùent@1 vaut 1 (qui est la classe des maisons), alors la couche de sortie prend Vrai (valeur 1), sinon elle prend Faux (valeur 0). @1 signifie bande 1. Dans notre cas, nous n'utilisons que des couches raster à bande unique (plusieurs bandes sont utilisées dans d'autres applications telles que la télédétection).

calculatrice_maisons

3. Appelez la couche de sortie maisons.tif pour la Couche ensortie et cliquez sur OK pour effectuer le calcul.

En suivant les bonnes pratiques, nous allons appliquer de style à cette couche booléenne. Pour les couches booléennes, nous allons utiliser également Palette/Valeurs Uniques.

4. Répétez les étapes 1 et 2 de la section 4.1. pour appliquer le style à la couche des maisons et choisissez des couleurs intuitives pour Vrai et Faux.

4.3. Créer des zones de 150 mètres autour des maisons

Maintenant que nous avons une couche avec seulement des maisons, nous pouvons procéder au calcul des zones de 150 m qui les entourent. Nous allons créer une couche booléenne qui est Vraie (1) dans la zone de 150 m autour des maisons et Fausse (0) à plus de 150 m des maisons.

1. Dans le menu principal, accédez à Raster | Analyse | Proximité (distance raster).

2. Dans la boîte de dialogue Proximité (distance raster), assurez-vous que la couche maisons est sélectionnée comme couche d'Entrée. Définissez les unités de distance comme Coordonnées géoréférencées. Tapez la distance maximale à générer 150 mètres et tapez 1 pour la Valeur à appliquer à tous les pixels compris dans le -maxdist des pixels de destination. Définissez le Type de données en sortie sur Byte (car nous n'utilisons que 0 et 1) et enregister la carte de proximité comme maisons150m.tif. Laissez les autres paramètres par défaut.

3. Cliquez sur Exécuter, puis sur Fermer lorsque le calcul est terminé

4. Donnez un style à la carte booléenne. Rendez les pixels Vrais en verts et les pixels Faux en rouges.
Image

4.4. Créer des zones de 150 mètres autour des routes

De la même manière, nous pouvons maintenant calculer la zone tampon de 150 m autour des routes.

1. Donnez un style au couche des routes. Utilisez ces classes:

0: pas de routes
1: routes de terre
2: tarmac

2. Répétez les étapes utilisées pour calculer les zones de 150 m autour des maisons (section 4.3.), mais utilisez la couche routes comme couche en entrée et nommez routes150m.tif la couche en sortie.

3. Donnez un style à la carte booléenne. Rendez les pixels Vrais en verts et les pixels Faux en rouges.

5. Condition 2 : Pas d'industrie, de mine ou de décharge à moins de 300 mètres des puits

Pour la deuxième condition, nous devons d'abord reclasser la couche des bâtis batiment de telle sorte que le résultat soit une carte booléenne avec Vrai (1) pour l'industrie, la mine et la décharge et Faux (0) pour les autres classes. Ensuite, nous devons calculer la distance aux pixels Vrais et enfin calculer les pixels qui sont à plus de 300 m de l'industrie, de la mine et de la décharge.

5.1. Créez un raster booléen avec ‘Vrai’ pour les Industries, Mines, et décharges, et ‘Faux’ pour les autres bâtiments

1. Choisissez dans la boîte à outils de traitement Analyse raster | Reclassification par table.

reclassifier par table menu

La boîte de dialogue Reclassification apparaît. Nous allons reclasser le raster batiment en utilisant une table de reclassification.

2. Remplissez le dialogue exactement comme dans la figure ci-dessous.

reclassement par tableau

Ici, vous pouvez identifier une valeur nodata pour la couche en sortie pour les valeurs exclues de la table reclassification. Les limites de plage définissent si les valeurs sont incluses ou exclues des plages dans une ligne de la table de reclassification. Ici, nous n'utilisons pas des plages, mais nous reclassons chaque valeur. Par conséquent, nous choisissons min <= valeur <= max. Pour le type de donnéesen sortie, nous utilisons Byte car les valeurs de sortie sont booléens (0 ou 1).

3. Accédez ensuite à la table de reclassification et cliquez sur le bouton parcourir .

4. Remplissez la table de reclassification comme indiqué dans la figure ci-dessous

table de reclassification

5. Cliquez sur OK et Exécuter. Fermez la boîte de dialogue lorsque l'exécution est terminée

6. Vérifiez le résultat: 1 pour les mines, l'industrie et les décharges, 0 pour les autres classes. Utilisez l'outil d'identification et cliquez sur la carte. Dans le panneau inférieur droit, vous pouvez trouver les Résultats d'identification. Vous y voyez la valeur affichée du pixel de la couche sélectionnée dans le Panneau des couches. Vous devrez peut-être redimensionner les colonnes pour voir les valeurs du pixel.

Comme vous pouvez le voir, l'industrie est une couche booléenne, nous devons donc appliquer un style avec le Palette / Valeurs uniques comme nous l'avons fait auparavant.

7. Appliquer un style à la couche de l'industrie.

5.2. Créer des zones de 300 mètres autour de l’industrie, de la mine et des décharges

Maintenant la carte booléenne a Vrai pour industrie, mine et décharge, nous pouvons calculer la distance à ces pixels. Étant donné que l'outil Proximité (distance raster) ne nous permet pas d'attribuer des valeurs pour les pixels supérieurs à un seuil, nous devons calculer toutes les distances, puis utiliser la Calculatrice raster pour calculer une carte booléenne avec Vrai pour les pixels à plus de 300 mètres des industrie, mine et décharge.

1. Ouvrez l'outil Proximité (distance raster)

2. Assurez-vous que la couche Industrie est la couche d'entrée. Conservez tous les autres paramètres par défaut. Nommez la Carte de proximité en sortie inddist.tif.

3. Vérifiez le résultat.

La couche inddist est un raster de valeurs continues, avec les valeurs représentant les distances.

4. Créez une légende appropriée pour ce type de raster en utilisant Pseudo-couleur à bande unique comme type de rendu. Utilisez des couleurs intuitives (par exemple, une palette du rouge vers le vert).

5. Utilisez la Calculatrice raster pour calculer inddist@1 >= 300. Nommez la couche en sortie ind300m.tif.

Ceci conduit encore à l'obtention d'une couche booléenne.

6. Attribuez un style à la couche ind300m.

6. Condition 3: Puits de moins de 40 mètres de profondeur

Pour cette dernière condition, nous devons identifier les puits de moins de 40 m de profondeur.

La couche niveau_nappe donne l'élévation absolue du niveau de la nappe dans le puits en mètres au-dessus du niveau de la mer. Afin de calculer la profondeur de l'eau souterraine, nous devons la soustraire de l'élévation de la surface donnée dans le modèle numérique de terrain MNT.

1. Ouvrez la Calculatrice raster.

2. Soustrayez la profondeur absolue du puits du MNT en utilisant ce calcul: mnt@1 - niveau_nappe@1. Appelez la couche de sortie prof_puits.tif.

3. Appliquez un style à la couche prof_puits avec un rendu approprié pour ce type de raster.

4. Ensuite, calculez dans la Calculatrice raster une carte booléenne avec des puits de moins de 40 m de profondeur. Appelez la couche de sortie pas_profond.tif.

5. Appliquez un style à la couche pas_profond.

7. Combiner les trois conditions

Après avoir calculé les cartes booléennes pour les trois conditions, nous devons les combiner pour arriver au résultat final.

1. Utilisez la Calculatrice raster pour combiner les trois conditions. Étant donné que tous les résultats booléens pour les trois conditions doivent être vrais, nous devons donc utiliser l'opérateur AND (ET). Appelez la couche en sortie puits_accessibles.tif.

calculer les puits accessibles

2. Vérifiez la couche raster obtenue at attribuez un style au raster.

8. Reporter les résultats

Nous avons maintenant identifié les puits accessibles et inaccessibles dont nous avons besoin pour préparer la carte à rapporter au contracteur.

Dans les prochaines étapes, nous allons:

Convertir les cellules raster des puits en vecteurs de points pour une meilleure visualisation
Echantillonner les valeurs raster afin d'ajouter des attributs à partir des couches calculées
Appliquer de style aux résultats de l'analyse

8.1. Convertir les cellules Raster en vecteurs de point

Pour présenter le résultat final, nous pouvons appliquer un style à la couche puits_accessibles. Cependant, il est préférable de présenter les puits comme des entités point sur la carte. Par conséquent, nous devons convertir les pixels de puits en vecteurs de points.

1. Dans la boîte à outils de traitement, accédez à Création de vecteurs | Pixels de raster en points.

pixels raster vers points

2. Dans la boîte de dialogue, choisissez la couche puits_accessibles comme Couche Raster d'entrée. Pour le Nom du champ, entrez Accessibilité. Les valeurs raster seront enregistrées dans ce champ dans la table d'attributs.

Choisissez puits.shp comme couche de vecteur de points en sortie

dialogue entre pixels raster et points

3. Cliquez sur Exécuter, puis sur Fermer lorsque la conversion est terminée

8.2. Echantillonner des valeurs raster

La couche des entités points puits contient uniquement le champ Accessibilité. Il est cependant plus informatif d'inclure également d'autres données dans la table d'attributs. Avec l'extension Point sampling tool (Outil d'échantillonnage de points), nous pouvons extraire les valeurs des couches raster utilisées dans ce projet et ajouter ces informations à la table attributaire de points.

1. Installez l'extension Point sampling tool.

2. Dans le Panneau des couches, cochez uniquement les cases des couches raster à partir desquelles vous souhaitez extraire les données et décochez les autres. Choisissez les couches suivantes: mnt, prof_puits, niveau_nappe, pas_profond, ind300m, routes150m et maisons150m.

3. Cliquez sur le bouton d'extraction de données (Point sampling tool) .

4. In the General tab of the Point Sampling Tool dialogue choose wells.shp as the layer containing sampling points, select all Layers with fields/bands to get values from and save the Output point vector layer to wells_final.shp.

Dans l'onglet Général de Point sampling tool, choisissez puits.shp comme Couche vecteur contenant les points, sélectionnez toutes les Couches avec les champs/bandes d'où extraire les valeurs et enregistrez la Couche de points en sortie dans puits_final.shp.

5. Cliquez sur l'onglet Champs

6. Modifiez le nom de l'attribut qui sera donné au champ de sortie si nécessaire

7. Cliquez sur OK et puis Fermer.

8. Ouvrez la table d'attributs de puits_final et vérifiez le résultat.

tableau d'attributs final des puits

8.3. Styler les résultats d’analyses

Nous pouvons maintenant commencer à styler nos couches.

La première étape pour afficher les résultats sera d'attribuer un style à la couche puits_final selon l'accessibilité ou non-accessibilité des puits.

1. Dans le Panneau des couches, cliquez sur le bouton pour ouvrir le Panneau de style de couche. Définissez puits_final comme couche cible.

2. Passez d'un Symbole unique à un rendu Catégorisé. Définissez ensuite la Colonne sur Accessible. Cliquez sur Classifier.

3. Lors de l'utilisation de ce type de rendu, QGIS créera une catégorie pour capturer toutes les valeurs NULL. Ici, il n'y a pas de puits avec des valeurs NULL dans la colonne Accessible. Sélectionnez l'entrée dans laquelle la Valeur lit Toutes les autres valeurs et cliquez sur le bouton Effacer pour la supprimer. Donnez aux puits de valeur 1 un symbole vert de 4 mm. Donnez aux puits d'une valeur de 0 (zéro) une couleur rouge d'une taille de 2 mm.

4. Dans la colonne Légende, renommez l'entrée avec une Valeur de 1 en Accessible et l'entrée avec une valeur de zéro en Inaccessible.

5. Faites défiler vers le bas dans le Panneau de style des couches et recherchez la section Rendu de couche. Déroulez-la et cochez Effets. L'icône Personnaliser les effets devient active. Cliquez dessus pour ouvrir le Panneau des effets. Ici, vous pouvez ajouter des luminescences intérieures et extérieures, des ombres portées et d'autres effets. Cochez la case Ombre portée pour activer l'effet ombre portée. Sélectionnez l’effet Ombre portée pour voir les paramètres de l’Ombre portée. Réduisez la distance de Décalage à 1.0 mm. Cliquez sur le bouton Retour pour revenir en arrière vers le Panneau de style principal.

panneau d'effets

6. Choissez l'onglet de l'Etiquette à partir du Panneau de style des couches.

7. Modifiez le paramètre Pas d'étiquette à Etiquettes simples. Réglez la Valeur avec la colomne prof_puits.

Vous allez maintenant utiliser une expression d'étiquetage très similaire à celle utilisée à la fin du chapitre «Préparation des données à partir de cartes papier» où nous avons étiqueté les sommets. Vous allez configurer l'expression pour que les étiquettes lisent quelque chose comme: Profondeur du puits: 76.4 m.

8. Cliquez sur le bouton pour ouvrir la Calculatrice d'expression.

9. Pour commencer, ajoutez le caractère Profondeur du puits devant la valeur de profondeur de puits en ajoutant 'Profondeur du puits: ' juste avant l'expression existante.

10. Pour accomplir la deuxième composante, vous utiliserez la fonction format_number. Utilisez la zone de recherche pour trouver la fonction format_number. Insérez-la juste avant le champ prof_puits. N'oubliez pas que cette fonction nécessite comme argument un nombre et le nombre de décimales à visualiser. Le nombre sera le champ prof_puits et le nombre de décimales est 2.

11. Utilisez ce que vous avez appris sur l'opérateur de Concaténation de chaîne et l'opérateur de Nouvelle ligne pour formater correctement l'étiquette et ajouter les unités à la fin.

12. Votre expression doit ressembler à 'Profondeur du puits:'|| '\n' || format_number(prof_puits,2) || ' m'.

13. Choisissez sans serif comme Police avec une Taille de 9 points.

14. Basculer vers l'onglet de Position et définissez la Position sur Décalage par rapport au point . Sélectionnez la position du Quadrant inférieur droit avec un réglage de Décalage X Y de 1.5 mm chacun.

15. Enfin, cliquez sur le bouton Paramètres de placement automatisés pour ouvrir la fenêtre du Moeteur de positionnement automatique. Décochez la case Autoriser les étiquettes tronquées en bordure de la carte qui empêchera les étiquettes d'être tronquées.

16. Pour finir avec la symbologie, travaillez maintenant avec la couche mnt. Faites de cette couche la couche cible dans le Panneau de style. Cliquez sur la liste déroulante de la palette de couleurs palette de couleur et choisissez Nouvelle palette de couleur pour créer une nouvelle palette de couleurs.

17. La fenêtre Type de palette de couleur s'ouvre. Choisissez Catalogue: cpt-city comme type. Cliquez sur OK.

18. La fenêtre Palette de couleur cpt-city s'ouvre. Sélectionnez la catégorie Topography

19. Choisissez la palette de couleur sd-a et cliquez sur OK.

Saviez-vous que vous pouvez enregistrer cette palette de couleurs dans votre bibliothèque de styles? Pour ce faire, accédez au menu contextuel de la Palette de couleurs et sélectionnez Sauvegarder la palette de couleur pour enregistrer la palette de couleurs. La fenêtre Enregistrer la nouvelle palette de couleur s'ouvrira pour vous permettre de lui assigner un nom et de fournir des Etiquettes.

20. Faites défiler jusqu'à la section Rendu de couche et réglez le Mode de fusion sur Normal.

21. Enfin, faites un clic droit sur la couche mnt et choisissez Dupliquer dans le menu contextuel.

22. Faites glisser la couche mnt copie au-dessus de la couche mnt et activez-la

23. Faites de cette couche mnt copie la couche cible dans le panneau style de couche. Remplacez le type de rendu par Ombrage. Faites défiler jusqu'à la section Rendu de couche et définissez le Mode de fusion sur Multiplier.

carte_finale

9. Conclusions

Dans cette leçon, vous avez appris à:

appliquer l'algèbre cartographique pour l'analyse raster
distinguer les rasters booléens, discrets et continus
créer des légendes pour les cartes booléennes, discrètes et continues
comprendre l'utilisation de Nodata (valeur NULL)
utiliser des opérateurs logiques
calculer les distances des rasters
reclasser les rasters
convertir un raster en vecteurs de points
Echantillonner les valeurs raster avec des vecteurs de points

Vous pouvez regardez ce webinaire pour une démonstration de la procédure de résolution de ce tutoriel