Pyramides de MNT
Les pyramides sont niveaux de détail générés pour un jeu de données de MNT afin d'améliorer l'efficacité de certaines applications. Elles sont utilisées sous la forme d'une généralisation dépendante de l'échelle. Les niveaux de pyramide tirent parti du fait que les exigences en termes de précision diminuent avec l'échelle. Elles s'apparentent aux pyramides raster sur le plan du concept et de la finalité, mais elles en diffèrent au niveau de l'implémentation.
Les pyramides de MNT sont générées avec le processus de réduction des points, connu également sous le nom d'affinage de points. Ce processus réduit le nombre de mesures nécessaires à la représentation d'une surface pour une zone donnée. Moins de mesures sont utilisées pour chaque niveau de pyramide successif et les exigences en termes de précision pour afficher la surface diminuent en conséquence. Les mesures source d'origine sont toujours utilisées dans les structures pyramidales plus grossières, mais elles sont simplement moins nombreuses. Aucune opération de rééchantillonnage, de calcul de la moyenne ou donnée dérivée n'est utilisée pour les pyramides.
La génération de pyramides est une opération qui demande un certain temps. Il vous appartient donc de déterminer la méthode d'utilisation optimale.
Utilisations potentielles des niveaux de pyramide :
- Affichage d'une couche de MNT dans ArcMap ou ArcGlobe.
- Rasterisation d'un MNT.
- Extraction de sous-ensembles TIN à partir d'un jeu de données de MNT.
- Utilisation des outils d'analyse de surface à partir de la barre d'outils 3D Analyst
- Utilisation des outils d'analyse de surface de géotraitement
Il existe deux types de pyramide: toléranceZ et taille de fenêtre. Le type de pyramide de tolérance z utilise la tolérance verticale dans la définition de la surface du MNT. Chaque niveau de la pyramide correspond à une approximation de la précision verticale de la résolution maximale des données. La résolution du niveau de pyramide de type taille de fenêtre est définie par des fenêtres de superficie égale à chaque plage d'échelle du niveau de pyramide, contrôlant ainsi la densité d'échantillonnage horizontale.
Lors de la définition d'un jeu de données de MNT, vous devez spécifier le nombre de niveaux de pyramide nécessaire pour le type de pyramide souhaité. Pour chaque niveau de pyramide, vous devez indiquer une échelle de référence et une tolérance verticale ou une taille de fenêtre. L'échelle de référence est un seuil. Une structure pyramidale permet de représenter un MNT entre sa propre échelle de référence et celle du niveau le plus grossier suivant. Les coûts de création des pyramides sont davantage liés à la plus petite tolérance verticale ou à la taille de fenêtre utilisée qu'au nombre de pyramides.
Pourquoi utiliser des pyramides ?
Si vous envisagez uniquement d'utiliser des mesures de MNT à une résolution maximale et selon une échelle d'affichage relativement importante et constante, la génération d'une pyramide multiniveaux peut ne présenter que peu d'intérêt. Par exemple, si l'utilisation du MNT se limite à générer des rasters pour des applications à grande échelle à partir de données lidar ou sonar, puis à stocker et mettre à jour les mesures source à des fins d'archivage, il n'est nul besoin d'engager les frais de traitement. En revanche, si vous souhaitez utiliser des données affinées pour améliorer les performances via une plage d'échelles, il est utile de recourir à des pyramides multiniveaux.
L'Assistant MNT possède un bouton Calculer les propriétés de pyramide qui estime les valeurs par défaut. Utilisez-le comme point de départ, puis affinez et corrigez les valeurs en fonction de votre connaissance des données.
Pyramide de type toléranceZ
La pyramide de type tolérance Z contrôle la précision verticale de chaque niveau de pyramide par rapport aux données de résolution maximale. La précision verticale d'un niveau de pyramide est toujours déterminée par rapport à la précision des données source de résolution maximale. Ainsi, si la précision verticale connue des données source est de 0,5 pied et que la tolérance Z de la première pyramide est de 1 pied, la précision absolue de cette pyramide est de 1,5 pied.
Vous devez déterminer le nombre de niveaux de pyramide dont vous avez besoin, ainsi que la tolérance Z de chacun d'eux. Les facteurs décisifs sont la plage d'échelle d'utilisation du jeu de données de MNT, la plage Z et la variabilité de hauteur du MNT. Pour définir les niveaux de pyramide, vous pouvez suivre le modèle cartographique des isolignes.
Définition de niveaux de pyramide de type tolérance Z
Définition de niveaux de pyramide à l'aide du modèle cartographique des isolignes
- Prenons l'exemple d'un jeu standard d'échelles de carte utilisé pour créer des cartes d'isolignes à partir du MNT.
- Classez les échelles de la plus grande à la plus petite. Prenez note de l'intervalle d'isolignes adapté à chaque échelle. Faites en sorte que votre pyramide de jeu de données de MNT reproduise cet ensemble.
- Définissez un niveau de pyramide pour chaque échelle de carte en configurant, pour chaque niveau, un seuil d'échelle équivalent à l'échelle de carte correspondante. La tolérance Z doit être définie sur la moitié de l'intervalle des isolignes utilisé à cette échelle.
Etant donné la définition de la structure pyramidale ci-après, les données de résolution maximale seront utilisées pour afficher des échelles supérieures à 1:5 000. Le niveau de pyramide basé sur une tolérance Z de 0,5 unité sera utilisé entre 1:5 000 et 1:12 000, le niveau de tolérance Z de 1 unité sera utilisé entre 1:12 000 et 1:24 000, le niveau de tolérance Z de 2,5 unités sera utilisé entre 1:24 000 et 1:100 000 et, enfin, le niveau de tolérance Z de 5 unités sera utilisé à des échelles inférieures à 1:100 000.
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Échelle de la carte |
Intervalle des isolignes (mètres) |
|---|---|
|
1:5,000 |
1 |
|
1:12,000 |
2 |
|
1:24,000 |
5 |
|
1:100,000 |
10 |
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Seuil d'échelle |
Tolérance Z (mètres) |
|---|---|
|
5,000 |
0.5 |
|
12,000 |
1 |
|
24,000 |
2.5 |
|
100,000 |
5 |
Examinez les tolérances Z et déterminez si elles conviennent pour vos données. Si votre zone d'étude est relativement plate, il peut s'avérer nécessaire de diviser par deux les valeurs de tolérance Z. L'Assistant MNT possède une fonction Calculer les propriétés de pyramide qui estime les valeurs par défaut. Utilisez-le comme point de départ. Affinez et corrigez votre résultat selon ce que vous savez à propos des données.
Recommandations concernant les données de tolérance Z
Si vous utilisez des données particulièrement denses couvrant une vaste zone (des données lidar pour plusieurs comtés, par exemple), pensez à calculer une représentation raster utilisable à petite échelle. Vous pouvez utiliser des MNT pour générer des rasters qui peuvent, eux-mêmes, être des pyramides. Il peut s'avérer plus efficace de les utiliser pour des applications à petite échelle. En conséquence, vous n'aurez peut-être pas besoin de pyramides de MNT définies selon des petites échelles de référence. Pour ce faire, utilisez un affichage dépendant d'une échelle dans ArcMap en ajustant la visibilité des couches de sorte que le MNT s'affiche uniquement à grande échelle et le raster, uniquement à petite échelle.
La pyramide de type tolérance Z s'exécute généralement mieux lorsqu'elle est appliquée à des données lidar de terre nue ou des données bathymétriques. Si les données ponctuelles sont principalement représentées par des bâtiments et de la végétation (lidar multi-retours), pensez à utiliser une pyramide de type taille de fenêtre et à appliquer des méthodes d'affinage secondaire.
Pyramide de type taille de fenêtre
La résolution de niveau de pyramide est définie par la taille de fenêtre. La pyramide de type taille de fenêtre affine les points pour chaque niveau de pyramide en divisant les données en surfaces égales (fenêtres) et en sélectionnant simplement un ou deux points dans chaque surface comme représentants.
La sélection de points pour chaque fenêtre s'appuie sur l'un des critères suivants :
- le point doté de la valeur z minimum,
- le point doté de la valeur z maximum,
- deux points pour capturer les valeurs z minimum et z maximum,
- le point le plus proche de la valeur z moyenne.
La résolution de niveau de pyramide est définie par la taille de fenêtre. Il s'agit de la longueur du côté de chaque surface carrée définissant la subdivision. Les niveaux plus grossiers de pyramide de résolution sont définis avec de grandes tailles de fenêtre. Une grande taille de fenêtre donne relativement peu de surfaces à partir desquelles sélectionner des points. Un ou deux points étant choisis pour chaque surface, l'affinage et la généralisation sont importants. Les niveaux plus fins de pyramide de résolution sont définis avec de petites tailles de fenêtre. De plus petites fenêtres signifient plus de surfaces, donc plus de points, et par conséquent moins d'affinage et plus de détail.
A l'instar de la pyramide basée sur la tolérance Z, la pyramide de taille de fenêtre est cumulative. Les points utilisés pour un niveau de pyramide correspondent au total de tous les points sélectionnés pour les niveaux plus grossiers, plus un ensemble supplémentaire unique au niveau donné. Les pyramides cumulées permettent d'économiser de l'espace de stockage, puisqu'il n'est pas indispensable de conserver une copie complète séparée des données pour chaque niveau de pyramide.
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Recommandations concernant la méthode de sélection des points
Le niveau de pyramide de résolution maximale doit utiliser une taille de fenêtre égale ou supérieure à l'espacement moyen des points. Si vous savez qu'un grand nombre de points est plus proche de la moyenne, la moyenne de z est une bonne valeur à utiliser, car elle peut affiner efficacement certains points. Dans le cas contraire, adoptez une valeur correspondant à deux fois l'espacement moyen des points.
L'exception est si vous adoptez la méthode de sélection de point z minimum/z maximum, dans laquelle vous devez utiliser quatre fois l'espacement moyen. Le niveau de pyramide le plus grossier doit avoir une taille de fenêtre basée sur l'étendue x ou y du MNT. Une étendue x et y maximale raisonnable se situe entre 1/500 et 1/1 000. Les pyramides les plus efficaces sont constituées de tailles de fenêtre qui correspondent à une puissance de deux l'une de l'autre. Déterminez d'abord la plus petite taille de fenêtre puis poursuivez.
Les critères de sélection permettent de déterminer quels points sont sélectionnés comme représentants pour les surfaces correspondantes des différents niveaux de pyramide. Chaque critère offre un penchant qui est utile pour un certain type de données ou d'application. Notez que ce penchant ne classe pas et n'a pas d'incidence sur le niveau de pyramide de résolution maximale.
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Méthode |
Objectifs |
Suggestion d'applications |
|---|---|---|
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Z minimum |
Penchant vers les surfaces basses locales, rivières, vallées |
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Z maximum |
Penchants vers les surfaces élevées locales, crêtes, sommets de colline |
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Z minimum/Z maximum |
Capture les extrêmes ; n'affine pas autant que d'autres options |
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Moyenne de Z |
Evite les extrêmes |
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Affinage secondaire
Lors de l'utilisation de la pyramide taille de fenêtre, une option permet d'inclure l'affinage secondaire. Il peut réduire le nombre de points pour un niveau de pyramide au-delà de l'affinage effectué par le biais du filtrage de fenêtre. La méthode démarre à la taille de fenêtre de niveau de pyramide la plus grossière et examine les données pour chaque fenêtre. Si la plage de valeurs z pour les points situés dans la fenêtre se trouve au sein d'un seuil défini par l'utilisateur, la surface est considérée comme plane. Un ou deux points sont sélectionnés pour la surface, comme c'est le cas pour le traitement d'une taille de fenêtre, mais tous les points restants sont attribués au niveau de pyramide de résolution maximale, plutôt que d'être filtrés à nouveau par les niveaux restants. La surface étant plane, il n'y a aucun besoin de sélectionner des points supplémentaires avec des tailles de fenêtre plus réduites.
Recommandations concernant la méthode d'affinage secondaire
Lorsqu'il est activé, l'affinage secondaire réduit le nombre de points utilisé sur des surfaces planes. Une surface est considérée comme plane si les hauteurs des points de cette surface se situent dans un seuil d'affinage secondaire défini par l'utilisateur. Son effet est plus évident à des niveaux de pyramide de résolution plus élevée, car les petites surfaces sont plus susceptibles d'être planes que les grandes.
Le seuil d'affinage secondaire doit être défini comme étant au moins aussi grand que la précision verticale des données afin de s'élever au-dessus du plancher de bruit. Si vous spécifiez des valeurs plus importantes, vous affinez plus de points et vous augmentez les performances, mais la capacité de résolution/distinction d'entités surfaciques baisse.
- Affinage léger - Le mieux adapté pour conserver les discontinuités linéaires (côtés de bâtiments et limites de forêt, par exemple). Il est recommandé pour les lidar comprenant des points terrestres et non terrestres. Il affine moins de points.
- Affinage modéré - Permet un bon compromis entre performances et précision. Il ne conserve pas autant de détail que l'affinage léger, mais il s'en rapproche grandement tout en supprimant plus de points dans l'ensemble. L'affinage modéré est une bonne méthode d'affinage pour tous les types de données.
- Affinage élevé - Supprime le plus de points, mais est moins susceptible de conserver des entités fortement délimitées. Son utilisation doit être limitée aux surfaces où la pente a tendance à changer progressivement. Par exemple, l'affinage élevé serait efficace pour un lidar de terre nue et des données bathymétriques.
Exemple de création d'un niveau de pyramide de taille de fenêtre
L'Assistant MNT possède une fonction Calculer les propriétés de pyramide qui estime les valeurs par défaut. Utilisez-le comme point de départ, puis affinez et corrigez les valeurs en fonction de votre connaissance des données. La fonction Calculer les propriétés de pyramide se comporte de la manière décrite ci-après.
Basez les niveaux de pyramide sur les informations suivantes :
- L'espacement moyen des points des données ponctuelles est de 1 mètre.
- Il n'y a pas de grande variation d'espacement des points ; la plupart des points sont donc séparés d'environ 1 mètre.
- L'étendue des données est de 20 kilomètres d'est en ouest et de 10 kilomètres du nord au sud.
- Commencez par une taille de fenêtre de 2 (mètres) et augmentez par des puissances de deux : 2, 4, 8, 16, 32. Arrêtez à 32, qui tombe entre 1/500 et 1/1 000e de l'étendue de 20 kilomètres.
- Pour chaque taille de fenêtre, utilisez un seuil d'échelle correspondant à deux fois la taille du seuil d'échelle précédent. Le résultat doit être une définition de pyramide comme indiquée ci-dessous.
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Taille de fenêtre |
Echelle |
|---|---|
|
2 |
3,000 |
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4 |
6,000 |
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8 |
12,000 |
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16 |
24,000 |
|
32 |
48,000 |
Comparaison entre taille de fenêtre et toléranceZ
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Taille de fenêtre |
Tolérance z | |
|---|---|---|
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Avantages |
Construction plus rapide. |
La précision verticale approximative des niveaux de détail affinés est connue pour l'analyse. |
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L'efficacité de l'affinage dépend de la variabilité de la surface. |
L'affinage s'adapte à la variabilité de la surface ; il conserve des échantillonnages uniquement lorsque cela s'avère nécessaire. |
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Résolution horizontale d'échantillon connue. |
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Les niveaux de pyramide ont des nombres d'échantillons prévisibles (max). |
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Inconvénients |
Possibilité de suréchantillonnage sur des terrains plats ou à faible inclinaison. |
Construction plus lente. |
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Possibilité de sous-échantillonnage de la végétation ou des bâtiments. |
N'affine pas suffisamment les données contenant des bâtiments et de la végétation. |
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La précision verticale des données affinées est inconnue. |
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Recommandations concernant les données |
Tous les types de données. |
Topographie de terre nue, bathymétrie. |