Didacticiel : créer un produit de modèle numérique de surface à partir d’images satellite dans ArcGIS Reality for ArcGIS Pro

Disponible avec une licence Advanced.

Dans ArcGIS Pro, vous pouvez corriger les images satellite de manière photogrammétrique afin de supprimer toute distorsion géométrique induite par la plateforme et le déplacement de MNT. Une fois les distorsions supprimées, vous pouvez générer des produits ArcGIS Reality for ArcGIS Pro et notamment un modèle numérique de surface (MNS) et un maillage MNS. Dans ce didacticiel, vous allez générer un MNS haute résolution.

Tout d’abord, vous configurerez un espace de travail Reality Mapping pour gérer une collection d’images satellite. Ensuite, vous effectuerez un ajustement de bloc, puis un ajustement affiné à l’aide de points de contrôle au sol. Enfin, vous génèrerez un MNS.

ArcGIS Pro peut traiter des images satellite à partir de plusieurs plateformes de capteur tant que l’orientation des images est décrite par un modèle de coefficients polynomiaux rationnels (RPC) ou modèle de capteur rigoureux. Ce modèle est généralement incorporé dans le fichier image ou inclus comme fichier de métadonnées séparé.

Créer un espace de travail Reality Mapping

Un espace de travail Reality Mapping est un sous-projet ArcGIS Pro qui est dédié aux processus Reality Mapping. Il s’agit d’un conteneur au sein d’un dossier de projet ArcGIS Pro qui contient les ressources et les fichiers dérivés appartenant à une collection d’images dans une tâche Reality Mapping.

L’imagerie empaquetée pour ce didacticiel a été collectée et fournie par Maxar Technologies. Elle comprend une paire d’images multispectrales et panchromatiques, une table de points de contrôle au sol et un MNE.

1. Téléchargez le jeu de données du didacticiel et enregistrez-le dans C:\sampledata\RM_satellite_tutorial.
2. Décompressez les données.
3. Dans ArcGIS Pro, créez un projet à l’aide du modèle Map (Carte) et connectez-vous à votre compte ArcGIS Online, si nécessaire.
4. Dans l’onglet Imagery (Imagerie), dans le groupe Reality Mapping, cliquez sur le menu déroulant New Workspace (Nouvel espace de travail) et sélectionnez New Workspace (Nouvel espace de travail).
5. Sur la page Workspace Configuration (Configuration de l’espace de travail), attribuez un nom à l’espace de travail.
6. Assurez-vous que l’option Workspace Type (Type d’espace de travail) est définie sur Reality Mapping.
7. Dans la liste déroulante Sensor Data Type (Type de données de capteur), sélectionnez Satellite.
8. Si vous le souhaitez, vous pouvez choisir dans la liste déroulante Basemap (Fond de carte) un fond de carte comme arrière-plan de la collection d’images.
9. Vous pouvez également cocher la case Allow adjustment reset (Autoriser la réinitialisation de l’ajustement) pour rétablir l’état précédent de votre espace de travail.
10. Cliquez sur Next (Suivant).

    

11. Dans la fenêtre Image Collection (Collection d’images), dans le menu déroulant Sensor Type (Type de capteur), sélectionnez GeoEye-1.
12. Sous Folder Containing Images (Dossier contenant les images), cliquez sur le bouton Browse (Parcourir) pour naviguer jusqu’au dossier qui contient les données du didacticiel et sélectionnez le dossier d’imagerie (GeoEye_NAD83_UTM10N).
13. Sous Spatial Reference (Référence spatiale), cliquez sur le bouton Browse (Parcourir) .
14. Dans la fenêtre Spatial Reference (Référence spatiale), sous Current XY (Valeur XY actuelle), définissez la référence spatiale sur NAD 83 UTM Zone 10N (WKID 26910).
15. Sous Current Z (Valeur z actuelle), développez Vertical Coordinate System (Système de coordonnées verticales) et sous Gravity-related (Lié à la gravité), développez World (Monde), puis sélectionnez EGM96 Geoid (Géoïde EGM96).
16. Cliquez sur OK pour fermer la fenêtre Spatial Reference (Référence spatiale) et cliquez sur Next (Suivant).

    

17. Dans la fenêtre Data Loader (Chargeur de données), sous Elevation Source (Source d’élévation), sélectionnez DEM (MNE). Sous DEM (MNE), accédez au MNE fourni avec le jeu de données du didacticiel.

    Remarque :

    Cet MNE sera utilisé pour prendre en charge le traitement d’ajustement de bloc.

18. Comme la plupart des données d’altitude utilisent des hauteurs orthométriques, vous devez appliquer une correction de géoïde. Sous Geoid correction (Correction géodésique), vérifiez que EGM96 est sélectionné.
19. Sous Processing Template (Modèle de traitement), sélectionnez Panchomatic (Panchromatique).
20. Vérifiez que l’option Estimate Statistics (Estimer les statistiques) est cochée.
21. Développez Pre-Processing (Prétraitement) et cochez la case Calculate Statistics (Calculer les statistiques).

    Cela entraîne la mise à disposition des options de calcul des statistiques.

22. Définissez les Number of Columns to Skip (Nombre de colonnes à ignorer) et Number of Rows to Skip (Nombre de lignes à ignorer) sur 5.
23. Acceptez tous les autres paramètres par défaut et cliquez sur Finish (Terminer).

    

    Une fois l’espace de travail créé, les images et les emprises des images sont affichées dans la carte. Une catégorie Reality Mapping a également été ajoutée à la fenêtre Contents (Contenu), où les données d’imagerie source et les produits Reality Mapping dérivés seront stockés.

    L’affichage initial de l’imagerie dans l’espace de travail confirme que toutes les images et les métadonnées nécessaires ont été fournies pour lancer l’espace de travail. Les images n’ayant pas été alignées ni ajustées, l’aspect de la mosaïque peut sembler incorrect du point de vue géométrique.

    Un nouvel onglet Reality Mapping va être ajouté au menu principal ArcGIS Pro. Un clic sur cet onglet fait apparaître un ensemble d’outils et de processus dédiés à Reality Mapping. Dans la catégorie Product (Produit), tous les boutons sont indisponibles car les images n’ont pas encore été ajustées.

    

    Image satellite © 2020 Maxar Technologies

Supprimer NoData

Vous allez ensuite supprimer les zones NoData autour des images satellite valides.

1. Dans le menu principal, cliquez sur l’onglet Analysis (Analyse), puis sur Tools (Outils) dans le groupe Geoprocessing (Géotraitement).

   La fenêtre Géotraitement s’affiche.

2. Dans la fenêtre de recherche Geoprocessing (Géotraitement), saisissez générer les emprises.

   La boîte de dialogue Générer des emprises s’affiche.

3. Pour Mosaic Dataset (Jeu de données mosaïque), choisissez la collection d’images dans la liste déroulante.
4. Acceptez tous les autres paramètres par défaut et cliquez sur Run (Exécuter).

   Une fois cela fait, les zones NoData sont supprimées et l’emprise de l’image est mise à jour en conséquence.

Ajustement de bloc

Une fois votre espace de travail Reality Mapping créé, l’étape suivante consiste à effectuer un ajustement de bloc à l’aide des outils des groupes Adjust (Ajuster) et Refine (Affiner). L’ajustement de bloc commence par calculer les points de rattachement, qui sont des points communs dans les zones de la superposition d’images. Les points de rattachement seront utilisés pour calculer l’orientation de chaque image, appelée orientation extérieure en photogrammétrie.

1. Dans l’onglet Reality Mapping, dans le groupe Adjust (Ajuster), cliquez sur Adjust (Ajuster) .
2. Dans la fenêtre Adjust (Ajuster), sous Transformation Type (Type de transformation), choisissez RPC. La transformation des coefficients polynomiaux rationnels (RPC) est appliquée à l’ajustement, qui est utilisé pour les images satellite qui contiennent des données RPC dans les métadonnées.
3. Dans la fenêtre Adjust (Ajuster), pour Blunder Point Threshold (Seuil de points d’erreur), définissez la valeur 3. Les points de rattachement qui ont une erreur résiduelle supérieure à cette valeur ne sont pas inclus dans le calcul de l’ajustement. L’unité de mesure est le pixel.
4. Cochez la case en regard de Reproject Tie Points (Reprojeter les points de rattachement).

   Cela permet de garantir que les coordonnées de la carte des points de rattachement sont calculées.

5. Sous Tie Point Matching (Appariement des points de rattachement), dans la fenêtre Adjust (Ajuster), vérifiez que la configuration des paramètres correspond à celle de l’exemple ci-dessous.

   

6. Cliquez sur Run (Exécuter) pour effectuer l’ajustement de bloc.
7. Une fois l’ajustement effectué, activez la couche Points de rattachements dans la fenêtre Contents (Contenu) pour afficher la distribution des points de rattachement générés sur la carte. Votre distribution des points de rattachement peut être différente de celle illustrée ci-dessus.

   

8. Les valeurs résiduelles et un rapport d’exactitude des points de rattachement peuvent être consultés dans le fichier des journaux. Pour accéder au fichier des Logs (Journaux), dans l’onglet Reality Mapping, dans le groupe Review (Examiner), cliquez sur Logs (Journaux). Les valeurs résiduelles des points de rattachement sont affichées sur la ligne intitulée RMSE_Tie_Image(x,y). L’EQM des points de rattachement est exprimée en pixels.

   Vos valeurs résiduelles peuvent différer légèrement de celles de l’exemple ci-dessus.

   

Suite à l’ajustement initial, remarquez que deux boutons dans la catégorie Product (Produit) sont devenus actifs. Ces boutons mettent en évidence les produits d’imagerie qui peuvent être générés. Avant de générer des produits, les points de contrôle au sol vont être utilisés pour améliorer la précision absolue des images.

Ajouter des points de contrôle au sol

Les points de contrôle au sol (PCS) sont des points avec des coordonnées au sol x,y,z connues. Ils sont souvent obtenus à partir d’arpentage au sol ou de données existantes et permettent de garantir le géoréférencement précis des images dans le système de coordonnées au sol. Il est possible d’appliquer l’ajustement de bloc sans points de contrôle au sol et de garantir une précision relative, mais l’ajout de points de contrôle au sol augmente la précision absolue de l’imagerie ajustée. Si les points de contrôle au sol ne proviennent pas d’un arpentage au sol, mais que vous disposez d’une couche raster géoréférencée (jeu de données raster, jeu de données mosaïque ou service d’imagerie), vous pouvez l’ajouter en tant que référence pour le calcul des points de contrôle au sol.

Les points de contrôle au sol sélectionnés dans une couche raster et enregistrés dans un fichier texte peuvent également être importés et utilisés pour améliorer l’exactitude de l’ajustement. Dans le cadre de ce didacticiel, vous allez utiliser cette méthode d’importation pour ajouter les points de contrôle au sol au projet

Importer les GCP

Pour importer des points de contrôle au sol, procédez comme suit :

1. Dans l’onglet Reality Mapping, dans le groupe Refine (Affiner), cliquez sur Manage GCPs (Gérer les PCS) pour ouvrir le GCP Manager (Gestionnaire de PCS).
2. Dans la fenêtre GCP Manager (Gestionnaire de PCS), cliquez sur le bouton Import GCPs (Importer des PCS) .
3. Dans la fenêtre Import GCPs (Importer des PCS), accédez au fichier PCS et sélectionnez-le (Vancouver_NAD83-UTM10N.csv). Cliquez sur OK.
4. Sous Set GCP Spatial Reference (Définir la référence spatiale des PCS), cliquez sur le bouton Browse (Parcourir) . Pour Current XY (Valeur XY actuelle), développez Layers (Couches) et sélectionnez NAD 1983 UTM Zone 10N. Acceptez toutes les autres valeurs par défaut, cliquez sur OK pour accepter les modifications et la fermez la fenêtre Spatial Reference (Référence spatiale).

   La valeur Current Z (Valeur Z actuelle), ou système de coordonnées verticales, n’a pas été définie, car il n’existe pas de système de ce type défini pour le modèle d’élévation numérique utilisé pour extraire les valeurs de hauteur des PCS. S’il avait existé un système de coordonnées verticales pour le MNE que vous avez utilisé, le système de coordonnées verticales Current Z (Valeur Z actuelle) auraient été défini avec les coordonnées d’appariement.

5. Pour Geographic Transformations (Transformations géographiques), acceptez les valeurs par défaut. Aucune transformation n’est requise, car la référence spatiale horizontale des PCS est identique à celle de l’espace de travail.
6. Vérifiez que l’appariement des champs est correct.
7. Cliquez sur le bouton Browse (Parcourir) en dessous de GCP Photo Location (Localisation des photos des PCS), accédez au dossier contenant les images des localisations des PCS et sélectionnez-le. Cliquez sur OK.
8. Pour Photo File Extension (Extension du fichier photo), choisissez PNG dans la liste déroulante.

   

9. Cliquez sur OK pour importer les PCS.

   Une fois les PCS importés, la table du Gestionnaire de PCS est alimentée.

   

   Dans GCP Manager (Gestionnaire de PCS), le premier PCS de la liste est sélectionné par défaut et un aperçu de l’image de sa localisation s’affiche dans la section Preview (Aperçu).

10. Pour ajouter des points de rattachement pour le PCS sélectionné, dans la section Preview (Aperçu), cliquez sur le bouton View GCP Photo (Afficher la photo du PCS) pour afficher le fragment d’image du PCS. Utilisez la molette de la souris pour zoomer légèrement sur le fragment d’image et afficher la localisation du PCS indiqué par une flèche rouge.
11. Cliquez sur le bouton Add Tie Point (Ajouter un point de rattachement) pour ajouter un point de rattachement dans la visionneuse d’images pour chaque image. Les points de rattachement des autres images sont automatiquement calculés par l’algorithme d’appariement d’image lorsque cela est possible, mais il convient de vérifier l’exactitude de chaque point de rattachement. Si le point de rattachement n’est pas identifié automatiquement, ajoutez-le manuellement en sélectionnant l’emplacement approprié dans l’image.
12. Répétez les étapes 10 et 11 pour sélectionner et ajouter des points de rattachement pour les PCS restants.
13. Une fois les PCS mesurés avec les points de rattachement, sélectionnez le point PP_GCP02 et faites un clic avec le bouton droit de la souris pour le modifier en Check Point (Point de vérification). Du fait de l’incertitude quant à la localisation exacte de ce point, il ne sera pas utilisé dans le processus d’ajustement.
14. Après avoir ajouté les PCS et les points de vérification, l’ajustement doit être réexécuté afin d’intégrer ces points. Cliquez sur Adjust (Ajuster).

    

Examiner les résultats de l’ajustement

La qualité des résultats de l’ajustement peut être consultée dans GCP Manager (Gestionnaire de PCS) en analysant les valeurs résiduelles de chaque PCS. Les valeurs résiduelles représentent la différence entre la position mesurée et la position calculée d’un point. Elles sont mesurées dans les unités du système de référencement spatial du projet. Après l’ajustement avec des PCS, trois nouveaux champs (dX, dY et dZ) affichant les valeurs résiduelles de chaque PCS sont ajoutés à la table GCP Manager (Gestionnaire de PCS). La qualité de l’adéquation entre le bloc ajusté et le système de coordonnées de la carte peut être évaluée à l’aide de ces valeurs. L’erreur quadratique moyenne (EQM) des valeurs résiduelles peut être affichée en développant la section Residual Overview (Vue d’ensemble des valeurs résiduelles) du GCP Manager (Gestionnaire de PCS).

Des statistiques d’ajustement supplémentaires sont fournies dans le rapport de l’ajustement. Pour générer le rapport, dans l’onglet Reality Mapping, dans le groupe Review (Examiner), cliquez sur Adjustment Report (Rapport d’ajustement).

Générer un modèle numérique de surface (MNS)

Une fois l’ajustement de bloc effectué, des produits d’imagerie 2D peuvent être générés à l’aide des outils du groupe Product (Produit) de l’onglet Reality Mapping. Plusieurs produits peuvent être générés simultanément à l’aide de l’assistant Plusieurs produits, ou individuellement en sélectionnant l’outil approprié dans le groupe Product (Produit). Les types de produits pouvant être générés à partir des données d’un capteur satellite sont un MNS et un maillage MNS. Seul un MNS sera généré pour ce didacticiel.

Un MNS (modèle numérique de surface) est un produit de première surface qui inclut l’élévation des arbres, des bâtiments et d’autres entités au-dessus du sol.

Pour générer un MNS à partir d’images satellite à l’aide de l’assistant MNS, procédez comme suit :

1. Dans l’onglet Reality Mapping, dans le groupe Product (Produit), cliquez sur le bouton DSM (MNS) pour ouvrir l’assistant Produits Reality Mapping.
2. Cliquez sur Shared Advanced Settings (Paramètres avancés partagés) pour ouvrir la boîte de dialogue dans laquelle vous pouvez définir mes paramètres qui auront un impact sur les produits Reality Mapping à générer.

   Les valeurs Quality (Qualité) et Scenario (Scénario) sont définies automatiquement et ne doivent pas être modifiées pour garantir des performances et une qualité de produit optimales. Si vous voulez générer un produit dont la résolution est réduite, vous pouvez diminuer la valeur du paramètre Quality (Qualité). Reportez-vous à Shared Advanced Settings (Paramètres avancés partagés) pour plus d’informations sur l’impact des divers paramètres de qualité sur la génération de produits.

3. Vérifiez que le paramètre Quality (Qualité) est réglé sur Ultra.
4. Acceptez la valeur de Pixel Size (Taille de pixel) par défaut pour générer le MNS avec la résolution d’image source.
5. Pour Product Boundary (Limite du produit), acceptez les paramètres par défaut afin que toute la zone du projet soit traitée.

   Il est recommandé de fournir une limite de produit pour les raisons suivantes :

   • Définissez l’étendue en sortie adéquate : si aucune limite de produit n’est définie, l’étendue définie automatiquement par l’application à partir de plusieurs paramètres du jeu de données risque de ne pas correspondre à l’étendue du projet.
   • Réduisez le temps de traitement : si l’étendue de produit requise est inférieure à celle de la collection d’images, définir une limite de produit permet de réduire la durée de traitement et de découper automatiquement la sortie d’après l’étendue de la limite.

6. Pour Waterbody Features (Entités de plan d’eau), sélectionnez SatTut_WaterBody.shp dans l’emplacement par défaut des données du didacticiel.
7. Acceptez toutes les autres valeurs par défaut, puis cliquez sur OK.

   La boîte de dialogue Advanced Products Settings (Paramètres avancés des produits) se ferme et vous revenez à la fenêtre Products Generation Settings (Paramètres de génération de produits) de l’assistant Produits Reality Mapping.

8. Cliquez sur Next (Suivant) pour accéder à la fenêtre DSM Settings (Paramètres MNS). Vérifiez que vos paramètres correspondent à ceux ci-dessous :
   1. Output Type (Type de sortie) : Mosaic (Mosaïque)
   2. Format : Cloud Raster Format
   3. Compression : None (Aucune)
   4. Resampling (Rééchantillonnage) : Bilinear (Bilinéaire)
9. Cliquez sur Finish (Terminer) pour commencer la génération du produit.

   Une fois le traitement terminé, le produit MNS est ajouté à la fenêtre Contents (Contenu), la catégorie Data Products (Produits de données) et la vue cartographique 2D. Il est également ajouté à la fenêtre Catalog (Catalogue) dans le conteneur Reality Mapping et au dossier des DEMs.

   

Remarque :

Le système de coordonnées verticales du MNS en sortie est WGS84 (hauteur ellipsoïdale). Si vous devez convertir la sortie en une projection ou un système de coordonnées différent, utilisez l’outil Projeter.

Dans ce didacticiel, vous avez créé un espace de travail Reality Mapping pour les images satellite et utilisé les outils de l’onglet Reality Mapping pour appliquer un ajustement photogrammétrique avec des points de contrôle au sol. Vous avez ensuite utilisé l’assistant MNS Reality Mapping pour générer un MNS haute résolution.

Les images satellite utilisées dans ce didacticiel ont été acquises et fournies par Maxar Technologies.