L’aplatissement hydrographique est le processus qui consiste à niveler les plans d’eau dans les modèles d’élévation. Cela implique notamment de veiller à ce que les lacs et les barrages soient à une hauteur constante, et que les rivières soient à niveau d’une rive à l’autre tout en s’écoulant de manière continue en pente descendante. L’aplatissement hydrographique est réalisé à des fins analytique et cartographique. Il permet d’améliorer la modélisation de flux et d’assurer que les plans d’eau dans les ombrages dérivés soient visuellement plats, que les isolignes ne traversent pas les lacs par le milieu, et qu’elles traversent les rivières convenablement, presque perpendiculairement au sens du flux.
Bien qu’il soit possible d’appliquer un aplatissement hydrographique à un modèle numérique d’élévation (MNE) en post-traitement, il est généralement préférable de le faire lors de l’interpolation du MNE à partir des données vectorielles source. En effet, il est relativement plus facile de contrôler la zone de transition entre le sol et l’eau, ce qui permet d’éviter des discontinuités nettes. Le processus décrit ci-dessous gère l’aplatissement dans le cadre de la production de MNE en utilisant un jeu de données LAS.
Conditions requises
Pour produire des MNE avec aplatissement hydrographique, vous avez besoin d’un lidar aérien, ainsi que des rivages de lacs, barrages et autres rivières, le tout représenté sous forme de polygones. Les lacs et les barrages de plus de 0,8 hectare, de même que les rivières d’une largeur moyenne supérieure ou égale à 30 mètres, sont généralement traités. Les entités de plus petite taille sont habituellement ignorées. Les rivières sont modélisées individuellement sous forme de polygones. Les réseaux fluviaux peuvent également être représentés avec des polygones individuels, bien que ces derniers soient de forme plus complexe. Pour les rivières, vous avez aussi besoin de lignes de sens d’écoulement qui permettent d’indiquer les principaux emplacements d’apport et d’écoulement. Ces lignes sont peut-être déjà disponibles dans les données linéaires existantes de cours d’eau (voir la section Ressources ci-après). Si ce n’est pas le cas, elles peuvent être créées manuellement.
Créer un jeu de données LAS avec classification du sol et de l’eau
Pour commencer, créez un jeu de données LAS à partir de votre lidar aérien. Si votre lidar n’a pas encore été classé pour le sol, vous pouvez utiliser l’outil Classify LAS Ground (Classer le sol LAS).
Les points d’eau doivent également être classés. Si la classification lidar inclut déjà l’eau, la source appropriée des polygones d’eau nécessaires à un processus ultérieur sera celle utilisée pour le processus de classification de l’eau. Examinez les données de ligne de fracture associées au projet lidar pour ces polygones. Si l’eau n’est pas classée, recherchez des polygones d’eau auprès d’une source fiable et utilisez-les avec l’outil de géotraitement Définir les codes de classes LAS en fonction des entités (après avoir filtré sur les points terrestres) pour attribuer aux points de classe 2 à l’intérieur des polygones la classe 9, qui représente l’eau. NHDPlus est une source possible de polygones d’eau aux États-Unis. Les polygones peuvent aussi être collectés manuellement à partir d’une ortho-imagerie.
Gérer les lacs et les barrages
L’aplatissement des lacs et des barrages s’effectue en appliquant des polygones à hauteur constante sous forme de contraintes dans le jeu de données LAS. C’est le processus d’interpolation chargé de convertir le jeu de données LAS en MNE raster qui applique les contraintes.
Si vous n’avez pas d’informations sur la hauteur de l’eau pour les polygones, vous pouvez les obtenir à partir du lidar. Pour ce faire, filtrez le jeu de données LAS afin d’isoler les points terrestres (sol) et utilisez l’outil de géotraitement Interpoler les formes avec vos polygones et le paramètre Method (Méthode) défini sur Conflate Nearest Z (Fusion de la valeur z la plus proche). La hauteur du sol est alors assignée aux sommets situés autour du périmètre de chaque polygone. Le résultat risque toutefois de présenter des ondulations et ne sera pas parfaitement plat. Ce que vous devez faire, c’est déterminer la hauteur de sol minimale autour du polygone et vous en servir comme hauteur de rivage pour le polygone. Utilisez l’outil de géotraitement Ajouter des informations Z pour ajouter la valeur z la plus basse de chaque polygone en tant qu’attribut. Vous pouvez ensuite utiliser l’outil de géotraitement Copier des entités, avec la valeur z désactivée dans l’environnement de l’outil, pour supprimer les valeurs z des sommets tout en conservant l’attribut Min Z.
Dès lors que vous disposez de polygones de plan d’eau avec la hauteur, ajoutez-les au jeu de données LAS à l’aide de l’outil de géotraitement Ajouter des fichiers au jeu de données LAS comme contraintes de surface en utilisant l’attribut Min Z comme valeur de Height Field (Champ de hauteur) et hardline (ligne-rigide) comme valeur de Surface Feature Type (Type d’entité surfacique). La valeur hardreplace (remplacement-rigide) peut également être utilisée, mais elle est plus coûteuse en termes de performances. Dans la mesure où les polygones ne comportent pas de points terrestres et que les points d’eau sont exclus pendant l’interpolation, le type hardline (ligne-rigide) est suffisant.
Gérer les rivières
L’aplatissement des rivières consiste à les niveler d’une rive à l’autre, tout en conservant le flux descendant, et à les appliquer sous forme de contraintes dans le jeu de données LAS. C’est le processus d’interpolation chargé de convertir le jeu de données LAS en MNE raster qui applique les contraintes. Il est plus compliqué de conditionner correctement les hauteurs de rivière que les polygones à hauteur constante.
Si vous n’avez pas d’informations sur la hauteur de l’eau pour les polygones, vous pouvez les obtenir à partir du lidar. Pour ce faire, filtrez le jeu de données LAS afin d’isoler les points terrestres (sol) et utilisez l’outil de géotraitement Interpoler les formes avec vos polygones et le paramètre Method (Méthode) défini sur Conflate Nearest Z (Fusion de la valeur z la plus proche). La hauteur du sol est alors assignée aux sommets situés autour du périmètre de chaque polygone. Il est probable que vous noterez la présence d’ondulations indésirables. Il se peut en effet que le niveau entre les deux rives de la rivière oscille et ne soit pas uniforme. Utilisez l’outil de géotraitement Appliquer la monotonie de rivière pour ajuster les hauteurs et répondre ainsi aux conditions nécessaires. Outre les polygones, cet outil a également besoin de lignes de sens d’écoulement.
Les lignes de sens d’écoulement sont des entités 2D utilisées pour indiquer le sens du flux à l’outil Appliquer la monotonie de rivière. Une ligne d’écoulement doit obligatoirement toucher la partie du polygone représentant le début de la rivière. De plus, cette ligne doit être orientée dans la bonne direction du flux, de sorte que son dernier sommet soit celui qui est en contact avec le polygone. Une ligne d’écoulement doit également figurer à l’emplacement du polygone représentant la fin de la rivière, orientée dans la bonne direction, le premier point de la ligne devant toucher le polygone. Chaque rivière doit avoir au moins deux lignes de sens d’écoulement, une définissant l’apport et l’autre définissant l’écoulement. Ces lignes de sens d’écoulement peuvent être longues ou courtes, avec beaucoup ou peu de sommets. Elles doivent toucher la limite du polygone de la rivière et être correctement orientées. Utilisez l’éditeur d’entités pour vous assurer qu’elles touchent via la capture. Utilisez la symbologie pour vérifier visuellement la direction de la ligne. Les symboles qui tracent des lignes avec des flèches conviennent dans ce cas.
Dès lors que vous disposez de la hauteur du sol autour des polygones de la rivière ainsi que des lignes de sens d’écoulement, utilisez l’outil Appliquer la monotonie de rivière pour ajuster la hauteur, de sorte que la rivière suive le cours descendant tout en étant à niveau entre ses deux rives. La rivière peut être plane sur certains tronçons, mais elle ne doit jamais remonter. La sortie de cet outil est un ensemble de polylignes 3D. L’outil ne génère pas de polygones, car il est plus judicieux d’appliquer un ensemble de lignes limitées en taille et en étendue à la surface que des polygones volumineux qui peuvent présenter une étendue importante et un grand nombre de sommets.
La sortie de l’outil Appliquer la monotonie de rivière est ajoutée au jeu de données LAS à l’aide de l’outil de géotraitement Ajouter des fichiers au jeu de données LAS comme contraintes de surface en utilisant l’attribut Shape.Z comme valeur de Height Field (Champ de hauteur) et hardline (ligne-rigide) comme valeur de Surface Feature Type (Type d’entité surfacique). Pour que ces contraintes fonctionnent correctement lors de la construction d’un MNE ou d’un modèle numérique de terrain (MNT), vérifiez que les zones de rivière ne comportent pas de points terrestres, et excluez les points d’eau pendant l’interpolation.
Gérer les réseaux fluviaux
Les réseaux fluviaux se gèrent de la même manière que les rivières. La principale différence vient du fait que, dans le cas des réseaux fluviaux, un ensemble de rivières reliées entre elles est modélisé avec un seul polygone.
Chaque point principal d’apport et d’écoulement doit être représenté par des lignes de sens d’écoulement. Par exemple, si plusieurs affluents se jettent dans une rivière plus grande, il y aura une ligne d’écoulement entrant dans la partie supérieure de chaque affluent et une ligne d’écoulement sortant unique dans la partie inférieure de la rivière principale à laquelle ils sont reliés.
Comme pour les rivières, la sortie de l’outil Appliquer la monotonie de rivière est ajoutée au jeu de données LAS à l’aide de l’outil Ajouter des fichiers au jeu de données LAS comme contraintes de surface en utilisant l’attribut Shape.Z comme valeur de Height Field (Champ de hauteur) et hardline (ligne-rigide) comme valeur de Surface Feature Type (Type d’entité surfacique).
Transition de rivages
Certains points terrestres lidar peuvent quasiment coïncider avec les limites de polygones d’eau. Des discontinuités nettes indésirables peuvent alors apparaître au niveau de l’interface entre la terre et l’eau. Pour réduire ce phénomène, créez une zone tampon autour des polygones d’eau sur une courte distance (par exemple, 0,3 mètre) et utilisez les polygones en zone tampon pour reclasser les points terrestres en classe 20, qui correspond aux points terrestres (sol) ignorés par les standards de classification LAS. Du fait de leur exclusion pendant l’interpolation d’un MNE raster, la transition entre la terre et l’eau est plus fluide.
Pour reclasser le point terrestre proche du rivage, filtrez afin d’isoler les points terrestres, puis utilisez l’outil de géotraitement Définir les codes de classes LAS en fonction des entités pour reclasser les points terrestres en sol ignoré de classe 20.
Créer le MNE
Vous pouvez créer le MNE une fois que vous avez effectué les opérations suivantes :
- Classification des points terrestres et des points d’eau.
- Estimation et conditionnement des hauteurs de polygones d’eau.
- Ajout des polygones d’eau au jeu de données LAS sous forme de contraintes hardline (ligne-rigide).
Utilisez les propriétés de couche du jeu de données LAS pour filtrer sur les points terrestres et activer les contraintes de surface. Exécutez ensuite l’outil Jeu de données LAS vers raster avec une taille de cellule adaptée aux données et à l’application. Choisissez l’option Triangulation pour Interpolation Type (Type d’interpolation), et non l’option Binning, pour la production du MNE. L’option Natural Neighbors (Voisins naturels) pour Interpolation Method (Méthode d’interpolation) offre de meilleurs résultats que l’option Linear (Linéaire), mais le calcul prend plus de temps. Si vous utilisez l’option Natural Neighbors (Voisins naturels), vous aurez besoin d’une contrainte de découpage si la limite des données n’est pas convexe ; dans le cas contraire, le temps d’exécution de l’outil risque d’être long.
Ressources
Pour plus d’informations, consultez les ressources suivantes :
- Blog ArcGIS : Hydro-Flattening of River Shorelines in Lidar Based DEM Production
- USGS : The 3D National Topography Model Call for Action—Part 1. The 3D Hydrography Program
- USGS : NHDPlus High Resolution
- USGS : Lidar base specification
- USGS : Digital Elevation Models, Hydro-Flattening, and Hydro-Enforcement
Rubriques connexes
Vous avez un commentaire à formuler concernant cette rubrique ?