IX. Analyse spatiale
IX.4 Un exemple d'application : créer un maillage
- Principe
- Création d'une grille
- Union !
- Recalcul de la surface
- Agrégation des données par maille
- Rastérisation
Pour finir cette partie sur l'analyse spatiale, voici un exemple d'application mettant en jeu plusieurs notions. Il s'agira ici, à partir de données Corine Land Cover d'occupation du sol, de créer un maillage sous forme de grille à l'échelle de la France métropolitaine, avec pour chaque case de cette grille la surface en vignes.
Les mailles sont beaucoup utilisées dans différents domaines, par exemple pour étudier la répartition des espèces en écologie. Cette méthode permet de créer des représentations facilement comparables, et de travailler à différentes échelles en faisant varier la taille des mailles.
Nous verrons d'abord comment réaliser cela avec les outils QGIS, puis dans le chapitre suivant comment automatiser cette tâche avec le langage SQL, afin de pouvoir facilement reproduire ce traitement sur d'autres données, avec une autre taille de grille...
...Et pour tirer partie de cette automatisation, nous finirons en soustrayant 2 maillages afin de voir l'évolution de la surface en vignes entre 2 dates.
Pour ce chapitre et le suivant, vous pouvez soit télécharger les données Corine Land Cover : Données Métropole 2000 puis les filtrer pour ne garder que les vignes, comme détaillé dans le tutoriel, ou bien utiliser les données en téléchargement déjà filtrées (pour un téléchargement moins lourd).
Principe
Pour bien comprendre la manip, nous allons commencer par créer un maillage en utilisant les outils QGIS.
Nous partirons des données Corine Land Cover (CLC) d'occupation du sol, en filtrant les données pour ne garder que celles correspondant au vignoble :
Nous passerons ensuite par 4 étapes :
- Créer une grille sur l'emprise de la couche de départ, avec une taille de maille définie, par exemple 50 km
- Réaliser une union entre la couche d'occupation du sol et la grille, pour découper les données par les cases de la grille
- Agréger les données par maille, en calculant pour chaque maille la surface totale en vignes
- Rastériser le résultat, ce qui sera utile pour par exemple soustraire 2 maillages l'un à l'autre
Avec une grille de résolution 50 km :
 1. Grille |
 2. Union |
 3. Agrégation |
 4. Rastérisation |
Si ça n'est pas clair, ne vous inquiétez pas, tout devrait s'éclaircir par la pratique !
Création d'une grille
Première étape : créer une grille. Elle devra avoir la même emprise que la couche de départ, et pour que les temps de calcul soient raisonnables nous utiliserons une taille de maille de 50 km.
Ouvrez un nouveau projet QGIS, chargez la couche shapefile CLC00_FR_RGF ou bien CLC00_221_FR_RGF (données déjà filtrées pour ne garder que les vignes).
Vous pouvez également chargez la couche de pays ne_50m_admin_0_countries qui nous aidera à nous repérer.
Pour comprendre les données CLC, ouvrez la table attributaire, qui comporte 3 champs :
- CODE_00 correspond au type d'occupation du sol. Pour connaître la signification des codes, lisez le fichier CLC_nomenclature.xls dans le dossier TutoQGIS_09_AnalyseSpat/metadonnees.
- AREA_HA correspond à la surface en hectares (1 ha = 10 000 m²)
- et ID est un champ d'identifiant unique
Le SCR de cette couche est IGNF:LAMB93 équivalent au RGF93/Lambert93 code EPSG 2154.
Laissons de côté ces données pour le moment, et créons la grille. Pour cela, ouvrez la boîte à outils et faites une recherche sur le mot grille :
Double-cliquez sur l'outil Créer une grille dans la rubrique Création de vecteurs.
- Type de grille : choisir rectangle (et notez au passage qu'on peut également créer des mailles hexagonales)
- Étendue de la grille : cliquez sur le bouton ... tout à droite → Calculer depuis la couche → CLC00_FR_RGF
- Espacement horizontal et vertical : puisque nous voulons une taille de maille de 50 km et que nos données sont dans un SCR projeté, donc en mètres, tapez 50 000 pour ces 2 paramètres
- Grille : cliquez sur le bouton ... à droite pour spécifier l'emplacement et le nom de la grille qui sera créée → Enregistrer vers un fichier ou dans un GeoPackage, et nommez-la par exemple grille_CLC_50km
Ciquez sur Exécuter : la grille est automatiquement ajoutée à QGIS.
Ouvrez la table attributaire de la grille :
La table comporte un champ d'identifiant unique, et 4 champs correspondant aux coordonnées minimales et maximales de chaque case. Les cases sont numérotées de haut en bas et de gauche à droite.
Notre but est de récupérer pour chaque case la surface en vigne correspondante. Nous allons voir maintenant que pour cela, l'union fait la force ! (et l'agrégation aussi).
Union !
Qu'est-ce que l'union ? Il s'agit d'une opération du même type que l'intersection, mettant en jeu 2 couches. A la différence de l'intersection où seules les parties communes aux 2 couches sont gardées, on récupère après une union les parties communes mais aussi les parties présentes dans une seule des couches.
La couche résultat est une couche « à plat », sans superposition.
Notre but sera ici de faire une union entre la grille et les données CLC sur la vigne. La première étape sera de ne garder que les données CLC qui nous intéressent.
Cette étape n'est pas nécessaire si vous utilisez la couche CLC00_221_FR_RGF disponible en téléchargement.
Il existe plusieurs possibilités pour cela, on pourrait par exemple sélectionner les vignes avec une requête attributaire puis exporter la sélection pour en faire une nouvelle couche.
Pour changer un peu, nous allons ici filtrer les données, ce qui permet de n'afficher que les données répondant à un critère, à la fois dans la table et sur la carte.
Quelle que soit la méthode choisie, l'important est de garder les données originales, pour pouvoir y revenir en cas de besoin !
Il faut d'abord rechercher quel est le code correspondant au vignoble : ouvrez le fichier CLC_nomenclature.xls dans le dossier TutoQGIS_09_AnalyseSpat/metadonnees.
Recherchez le code correspondant au vignoble :
Il s'agit du code 2210.
Clic-droit sur la couche CLC00_FR_RGF → Filtrer... :
Utilisez l'expression "CODE_00" = '221' pour ne garder que les entités ayant pour valeur 221 pour le champ CODE_00, qui correspondent donc aux vignes.
Si besoin référez-vous ici !
A ce stade, votre projet doit donc ressembler à ceci :
Nous pouvons maintenant procéder à l'union. Comme d'habitude, pour trouver l'outil adéquat, utilisez la barre de recherche de la boîte à outils avec le mot union :
Double-cliquez sur Union dans la rubrique Recouvrement de vecteur :
- Couche source et couche de superposition : choisissez grille_CLC_50km et CLC00_FR_RGF. Il est possible de choisir l'une ou l'autre des couches en premier, seul l'ordre des champs changera dans la table attributaire.
- Union : cliquez sur le bouton ... à droite, et enregistrez le résultat au format shapefile ou GeoPackage. Nommez-le par exemple union_grille50km_CLC.
Exécuter, patientez...
Vous pouvez vérifiez dans le résultat que l'union a bien été exécuté, les vignobles ayant été découpés selon les cases de la grille :
Ouvrez la table attributaire :
Les champs des 2 couches en entrée sont présents.
Recalcul de la surface
Notre but étant de calculer la surface en vigne par maille, nous allons mettre à jour le champ AREA_HA. En effet, les valeurs contenues dans ce champ correspondent à la surface des polygones avant découpage et ne sont donc pas à jour.
Il faut donc recalculer la surface de chaque polygone, et mettre une surface nulle pour les polygones ne correspondant pas à la vigne (sélectionné en jaune ci-dessous par exemple) :
Ces polygones étaient présent uniquement dans la couche de grille, ils n'ont donc pas reçu d'attributs de la couche de vignes : les champs ID_2, CODE_00 et AREA_HA ont une valeur nulle.
Il serait possible de sauter cette étape et de recalculer la surface à partir de l'outil d'agrégation. Mais pour plus de clarté nous séparerons les 2 étapes !
Passez en mode édition pour la couche d'union, et ouvrez la calculatrice de champ à partir de la table attributaire :
- Vérifiez que la case Ne mettre à jour que les entités sélectionnées tout en haut soit décochée (elle est désactivée si aucune entité n'est sélectionnée)
- Cochez la case Mise à jour d'un champ existant en haut à droite...
- et choisissez le champ en question dans la liste en-dessous : AREA_HA
- Nous allons utiliser une fonction conditionnelle pour ne calculer la surface que pour les polygones de vignes, c'est-à-dire dont la valeur pour le champ AREA_HA n'est pas nulle. Nous utiliserons donc la fonction if (rubrique Conditions) dont vous pouvez lire l'aide.
- L'expression est donc la suivante : if("AREA_HA" is not null, $area/10000, 0). Cela signifie que si le champ AREA_HA n'a pas de valeur nulle, il sera recalculé selon l'expression $area/10000, c'est-à-dire la surface en hectares, et sinon il prendra la valeur zéro.
Cliquez sur OK, vérifiez le résultat dans la table attributaire, et quittez le mode édition en enregistrant les modifications.
Il ne nous reste plus qu'à agréger cette surface par maille !
Agrégation des données par maille
Cette opération consiste à additionner les surfaces en vignes par maille pour récupérer la surface totale en vigne pour chaque maille. La couche résultat aura donc la même géométrie que la grille, mais avec en attribut pour chaque case la surface en vigne.
Pour le logiciel, cette opération correspond à fusionner toutes les entités ayant la même valeur pour le champ id (identifiant de la maille) en récupérant pour les entités fusionnées la somme des valeurs du champ AREA_HA (surface en vignes).
L'outil permettant cela se nomme agrégation :
- Couche source : votre couche d'union
- Grouper par expression : les entités ayant la même valeur pour le champ choisi ici seront fusionnées, choisir le champ id correspondant à l'identifiant unique des cases de la grille
- Agrégats : on peut définir dans cette partie quels champs garder, et pour ceux-ci quelle fonction d'agrégation utiliser. On peut par exemple :
- supprimer les champs left, top, right, bottom issus de la grille, et ID_2 et CODE_00 issus de la couche CLC, puisqu'ils ne nous seront pas utiles
- garder le champ id (identifiant de la grille), avec la fonction d'agrégation first value : l'entité fusionnée aura la première valeur rencontrée pour ce champ (sachant que de toute manière toutes les valeurs seront égales puisqu'on fusionne selon ce champ)
- garder le champ AREA_HA puisque c'est notre but, avec la fonction d'agrégation sum pour faire la somme de toutes les valeurs rencontrées pour une même case. Au passage, on en profite pour le renomme VIGNE_HA et en faire un champ de type entier, puisque les virgules à cette échelle n'auront pas vraiment de sens.
- Agrégé : comme d'habitude, cliquez sur ... tout à droite pour spécifier le nom et l'emplacement du résultat, au format GeoPackage ou shapefile.
Exécuter, patientez... et admirez le résultat :
La couche a la même géométrie que notre grille, avec un champ supplémentaire indiquant pour chaque case la surface en vignes correspondante.
Selon que votre couche est au format GeoPackage ou non, un champ fid sera présent ou non.
En modifiant le style de cette couche, on peut avoir un aperçu de la répartition des vignes en France, par exemple avec un style gradué et 7 classes selon une discrétisation de Jenks , et en filtrant pour ne garder que les valeurs différentes de zéro :
Bien sûr, le résultat serait différent avec une autre taille de maille. La répartition n'est pas la même selon l'échelle à laquelle on travaille.
Rastérisation
On pourrait s'arrêter là... Mais nous allons faire une étape de plus, pour transformer notre couche de vecteur en couche raster, où 1 maille = 1 pixel.
Pourquoi cette opération ? Les données raster sont moins lourdes, et nous n'aurons pas de perte de précision puisque chaque maille correspondra à un pixel. Nous pourrons ensuite très facilement faire des opérations telles que soustraire 2 maillages pour 2 années différentes afin de voir l'évolution entre ces 2 années.
Un autre avantage, plus minime, est au niveau de la représentation : sur une couche vecteur, même avec aucun contour, ceux-ci sont toujours légèrement visibles, ce qui n'est pas le cas avec un raster.
Nous allons utiliser l'outil rasteriser (vecteur vers raster) de la boîte à outils :
- Couche source : il s'agit de la couche à rastériser, ici notre couche issue de l'agrégation
- Champ à utiliser pour la valeur fixe à créer : choisissez ici le champ qui sera utilisé pour déterminer les valeurs des pixesls, donc VIGNE_HA
- Unité du raster résultat : nous allons spécifier non pas un nombre de pixels en largeur et hauteur pour le futur raster, mais une taille de pixels en mètres, choisir donc Unités géoréférencées
- Largeur/Résolution horizontale et Hauteur/Résolution verticale : tapez la largeur et hauteur de chaque pixel en mètres, soit 50 000 puisque notre grille a une résolution de 50 km
- emprise du résultat : cliquez sur les ... à droite pour spécifier une couche modèle pour l'emprise du futur raster, par exemple la grille en entrée, ou la couche d'agrégation
- Rastérisé : spécifiez un nom et un emplacement pour le raster, ainsi que son format : TIF
Par défaut, les valeurs égales à 0 ne sont pas représentées :
Ce comportement peut être modifié en allant dans les propriétés de la couche → Transparence et en décochant la case Aucune valeur de données.
Pour afficher la répartition des vignes, modifiez le style de la couche en choisissant le type de rendu pseudo-couleur à bande unique, par exemple avec une représentation en couleur continue :
Avec cette représentation utilisant une interpolation linéaire, contrairement à ce que la fenêtre pourrait laisser croire, il n'y a pas de classes : chaque valeur correspond à une couleur unique, en étirant les couleurs de début et de fin du dégradé pour les faire correspondre aux valeurs minimales et maximales.
Bravo ! Vous êtes arrivés au résultat final !
Vous aurez remarqué que nous avons dû procéder en plusieurs étapes, avec pour chaque étape différents paramètres à spécifier. Si nous voulons relancer cette opération pour une autre couche en entrée, il va nous falloir tout recommencer. A moins que ?
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