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Compte-rendu : goûter de la géomatique du 3 avril 2014

15h : début de la séance spéciale sur le LiDaR (Light Detection and Ranging) ou le système laser aéroporté

Pour ce goûter d’avril étaient présents Laure, Ludovic, Maxime, Delphine, Luc, Emmanuel, Justin, Jean-Luc et Thomas.

La séance commence par un retour sur la présentation de Justin qui présente ses nouvelles modélisations du climat dijonnais. Il mentionne également un article paru sur Cybergéo qui complète le compte-rendu de son intervention.

L’apport des technologies LIDAR pour la recherche en archéologie

Cette intervention sur le LIDAR se fait à deux voix : Laure par une présentation proposée aux physiciens du GDR onde et Emmanuel de retour de la convention européenne sur le LIDAR sous couvert forestier (TRAIL).

L’archéologue peut obtenir des informations archéologiques de deux façons : par des prospections ou par la détection des « anomalies ». Le milieu forestier, à la terre peu travaillée, conserve très bien ces anomalies : tertres (pierriers), excavations, tertres fouillés, fours à chaux, pierres dressées (habitats), longs linéaires (parcellaire agricole, habitats)…. La forêt reste cependant très difficile à prospecter aussi bien de manière terrestre que par photographie aérienne.

L’utilisation du LIDAR en archéologie a commencé au début des années 2000 chez les Anglo-saxons, les Allemands et les Autrichiens. Il permet d’obtenir une couverture du relief sur de grandes zones, à très haute résolution (de l’ordre du décimètre) quand les prospections archéologiques se limitent à de petits espaces. La forêt fait partie de ces zones couvertes : la technologie apporte donc une innovation technique importante.

Le LIDAR émet des impulsions infrarouge qui permettent d’enregistrer la distance entre un obstacle/objet au sol et le scanneur embarqué en vol. Dès que le faisceau rencontre un obstacle, un écho est retourné.

Principe du système laser aéroporté LIDAR (Light Détection and Ranging) (d'après Ž. Kokalj et K. Oštir dans Rodier X., Barge O., Saligny L., Nuninger L. and Bertoncello F., Information Spatiale et Archéologie  Paris : Errance., 2011)
Principe du système laser aéroporté LIDAR (Light Détection and Ranging)
D’après Ž. Kokalj et K. Oštir dans Rodier X., Barge O., Saligny L., Nuninger L. and Bertoncello F., Information Spatiale et Archéologie Paris : Errance, 2011

On obtient ainsi un nuage de point en 3D, géoréférencé grâce aux stations de base GPS.

Nuage de points bruts du secteur "temple de Janus" (localisé à droite). On remarque la présence des fils électriques, voire d'oiseaux que le post-traitement permet d’effacer ; (Source : Acquisition Lidar Autun 2013)
Nuage de points bruts du secteur « temple de Janus » (localisé à droite). On remarque la présence des fils électriques, voire d’oiseaux que le post-traitement permet d’effacer.
Source : Acquisition Lidar Autun 2013

Quelques éléments techniques du cahier des charges

Laure et Ludovic rappellent l’importance de la rédaction d’un cahier des charges adapté à sa problématique (densité de points au mètre carré, précision des échos…). La plateforme technologique et géomatique Bourgogne-Franche Comté a participé à l’acquisition de plusieurs campagnes de données LIDAR afin d’utiliser ces données pour la recherche : pour le groupement d’intérêt public (GIP) du futur parc national dans le Châtillonnais, pour la ville d’Autun et la côte viticole au sud de Dijon.

Zones des acquisitions et projets du GEOBFC de la MSH. Source : Google
Zones des acquisitions et projets du GEOBFC de la MSH.
Source : Google

L’acquisition, réalisée par un prestataire extérieur, s’effectue par hélicoptère, par avion et le sera bientôt par drone pour les petites surfaces. Compte-tenu du caractère venté de la Bourgogne, l’acquisition s’est effectuée par avion. La période durant laquelle l’acquisition est possible est très courte. L’absence de feuilles aux arbres demande d’effectuer les vols en hiver, mais hors des jours de pluie, brouillard, neige (la technologie permettant de traverser la neige existe mais est beaucoup plus chère) et de fortes rafales de vent.

Traitements effectués après l’acquisition

La classification des points selon leur hauteur et les traitements effectués permet d’obtenir plusieurs livrables : modèle numérique de surface (sol et hors-sol), modèle numérique de terrain (sol), modèle numérique de canopée (végétation)…

Exemple de modèle numérique de surface
Exemple de modèle numérique de surface.
Source : LIDAR Autun 2013

La classification est d’abord automatisée. Elle demande ensuite à être semi-manuelle pour être adaptée aux thématiques (détecter de petites structures qui seraient lissées et donc disparaitraient avec des classifications mal adaptées).

Emmanuel travaille à l’automatisation de ces critères et de ces indices de détection des structures archéologiques.

 

Une pause s’en suit entre les deux présentations avec petits financiers, grosses tuiles aux amandes, tarte sablée au chocolat… Merci aux pâtissiers !

Quel indice utiliser pour chaque anomalie archéologique ?

Pour reconnaître les anomalies sur les données issues du LIDAR, une méthodologie spécifique a été mise en place.

Sur le secteur du Châtillonnais, bien connu grâce aux relevés GPS, une typologie des structures archéologiques a été créée selon des critères de formes. A partir de cette typologie effectuée sur le terrain, on cherche à retrouver des structures identiques dans les données LIDAR. Plusieurs indices participent à la classification de ces anomalies.

L’ombrage (hillshade en anglais) est un indice de visualisation qui permet d’observer les variations topographiques à partir d’une source lumineuse virtuelle selon un azimut (angle formé depuis le Nord géographique) et selon un angle vertical (angle formé entre l’horizon et la source lumineuse). Les structures linéaires parallèles à l’azimut choisi ne seront pas visibles sur l’indice. Il est donc nécessaire d’utiliser plusieurs azimuts pour voir l’ensemble des structures. Pour s’affranchir de cet effet et limiter la manipulation de nombreux fichiers, une Analyse en Composantes Principales (ACP) peut être effectuée sur un jeu d’ombrages. L’ACP permet de réduire le nombre de données et intègre l’ensemble des informations relevées sur les différents ombrages.

Analyse en composantes principales sur huit ombrages mettant en évidence un tertre fouillé (au centre) et des tertres
Analyse en composantes principales sur huit ombrages mettant en évidence un tertre fouillé (au centre) et des tertres

Le Sky View Factor (SVF) est un indice de visualisation qui mesure la portion de ciel visible en un point donné sur une demi-sphère (Kokalj et al., 2011). L’algorithme calcule l’angle vertical d’élévation par rapport à l’horizon pour n directions spécifique au rayon. Sur un point haut, la proportion de ciel visible sera grande, alors que dans un milieu en excavation, la portion de ciel visible sera réduite.

L’indice d’ouverture topographique se décompose en deux indices : l’ouverture positive et l’ouverture négative. L’indice d’ouverture est un indice de visualisation qui exprime le degré de dominance ou de fermeture d’un espace sur une surface irrégulière (Doneus, 2013). L’ouverture positive correspond à la moyenne des angles zénithaux pour plusieurs azimuts. L’ouverture négative correspond à la moyenne des angles nadir (point le plus bas). L’indice est calculé suivant un rayon défini par l’opérateur. Alors que le SVF se limite au calcul sur une demi-sphère (limite = horizon), l’indice d’ouverture est calculé sur des angles plus importants lui permettant de s’affranchir de la topographie (distinction des structures sur des zones fortement en pente).

La carte des pentes permet de mettre en évidence les caractéristiques morphologiques de chaque structure.

Carte des pentes dans le Châtillonnais. Vert : plat ; jaune : faible pente ; rouge : forte pente. (source : LIDAR châtillonnais)
Carte des pentes dans le Châtillonnais.
Vert : plat ; jaune : faible pente ; rouge : forte pente.
Source : LIDAR Châtillonnais 2013

 

Laure Nuninger parle d’une approche « cubiste » (Nuninger et al. 2010) car l’utilisation de plusieurs images différentes est nécessaire pour visualiser / détecter toutes les informations et les anomalies de terrain.

Une discussion s’en suit sur la manière de détecter automatiquement la diversité des formes de chaque anomalie et sur la pertinence des indices. Elle se poursuit par la question de la détection des zones d’érosion sur la côte viticole avec le LIDAR, sujet abordé dans la thèse d’Emmanuel, et sur la détermination des facteurs qui contrôlent l’érosion.

Résultat de l’automatisation et comparaison avec le LIDAR

La méthode de reconnaissance semi-automatique des structures à partir de la carte des pentes et de l’ouverture topographique réalisée par Emmanuel a été testée sur une zone géographique du Châtillonnais et comparée avec les données GPS.

De manière générale, les relevés sur le LIDAR sont plus nombreux (50 à 60% en plus). Le GPS ne détecte pas les faibles inclinaisons du terrain ou les changements de types de structures. Pour les données issues du linéaire, 30% des données relevées sur le LIDAR différent des données GPS.

La rencontre TRAIL sur le LIDAR sous couvert forestier permet d’avoir un aperçu chiffré sur son apport qualitatif et quantitatif. Pour la présentation de Slovénie, bien qu’aucune nouvelle donnée n’ait était découverte, la qualité obtenue est meilleure par comparaison aux prospections sur le terrain. En Norvège, on recense 400% de structures en plus. En France, plus précisément en Lorraine (forêt de Haye), le LIDAR a permis de détecter 50% de plus de structures. Ces résultats dépendent donc de la topographie des zones couvertes et de l’état d’avancement des prospections antérieures.

Après le traitement des données LIDAR, un retour sur le terrain est souvent nécessaire pour valider la classification et la réalité des nouvelles structures détectées.

Perspectives du LIDAR en archéologie

La suite des recherches d’Emmanuel portera sur des tests d’autres zones géographiques et sur la quantification des paramètres morphologiques (longueur, hauteur, largeur…) de chaque anomalie.

L’évolution de la technique devrait bientôt discriminer la nature du signal rendu (sol, plante, bâti…).

 

Quelques ressources pour approfondir :

Articles sur le LIDAR du carnet des goûters de la géomatique

Un article de la presse locale sur les acquisitions de la MSH

Nuninger, L et all (2010). LiDAR : quel apport pour l’analyse des paysages ?

Nuninger, L. (dir). LIDOR. Acquisition, traitement et analyse d’images LiDAR. Pour la modélisation des paléo-reliefs de la plaine littorale du Languedoc oriental

Kokalj et al. (2011). Application of sky-view factor for the visualisation of historic landscape features in lidar-derived relief models

Doneus (2013). Openness as Visualization Technique for Interpretative. Mapping of Airborne Lidar Derived Digital Terrain Models

Le poster présenté lors du colloque est visible à la MSH, accompagné des autres posters réalisés sur le LIDAR par la GEOBFC. Il sera prochainement téléchargeable en ligne.

Merci à Emmanuel et Laure pour leur relecture attentive.

 

Formation continue et prochaine séance des goûters

Plusieurs offres de formation peuvent intéresser les géomaticiens et les archéologues. D’abord, une école d’été organisée par l’ENSG : « La photogrammétrie au service des archéologues et des architectes » à Forcalquier du 25 au 29 août 2014. Dernier délais pour l’inscription : 30 juin.

Ensuite, un MOOC sur le logiciel R proposée par la plate-forme FUN. Début des cours le 13 avril !

Enfin, en raison des multiples jours fériés du mois de mai, le prochain goûter de la géomatique aura lieu le jeudi 5 juin 2014 à 15h.

N’hésitez pas à consulter l’Agenda et à vous y abonner !

Compte-rendu : goûter de la géomatique du jeudi 6 février 2014

15h : présentations

Rappelons les origines des goûters : son ouverture à tous, notamment aux débutants curieux. Un rapide tour de table présente encore une fois la diversité des profils des utilisateurs de l’information spatiale.

Étaient présents Laure, Ludovic, Lucile, Maxime, Delphine, Luc, Estelle docteur en géo-archéologie, Jean-Louis chercheur en géographie, Thibault doctorant travaillant sur le mobilier métallique de l’âge de fer, Sileymane, doctorant en économie spatiale tout en travaillant à la MSH sur l’évaluation des politiques publiques, ainsi que David, ingénieur d’étude en archéométrie au laboratoire ArTeHiS.

Présenter un des 10 métiers d’avenir aux étudiants en Licence

Pour préparer une présentation à destination des étudiants de Licence au département de géographie, Maxime demande quelques retours des participants sur l’exercice de la géomatique.

Laure rappelle que l’information spatiale fait à présent partie du quotidien. Le Ministère du redressement productif a d’ailleurs classé la fonction de géomaticien parmi les dix métiers d’avenir. La mention de l’article, notamment le salaire annoncé qui semble davantage celui d’une personne ayant des compétences en informatique et/ou en développement, fait rappeler les craintes des étudiants vis-à-vis de ces compétences très présentes dans les offres d’emploi.

Le Petit guide pratique de la géomatique à destination des employeurs, des candidats et des formateurs de l’AFIGEO sur le métier de géomaticien indique d’ailleurs « le problème du manque de géomaticiens disposant d’une réelle formation informatique est actuellement encore difficile à résoudre car une formation rapide est souvent suffisante à un développeur informatique pour se spécialiser en géomatique et rares sont encore les formations informatiques qui intègrent des modules de géomatique », même s’il rappelle que les métiers de la géomatique sont très diversifiées et ne sauraient s’y limiter.

Laure fait un point historique : ce phénomène est dû à la double composante de la géomatique : informatique et géographie, plutôt orientée actuellement vers l’informatique. En effet, contrairement à d’autres pays, la géomatique n’est pas une discipline à part entière et étudiée comme telle (comme le Canada, par exemple ici).

Un tour de table rapide recentre la problématique : les recruteurs connaissent mal le métier de géomaticien qui peut prendre de multiples formes. En conséquence, il peut leur être difficile de rédiger une offre d’emploi adaptée au profil spécifique recherché et plus facile de lister des compétences attendues très larges, mais au final inutiles.

La mention d’un langage dans une offre de géomaticien ne doit donc pas effrayer les étudiants. Des métiers de géomaticien ne requièrent aucune ligne de commande. Maîtriser et formaliser les concepts ou les idées, les extraire des livres, rédiger des cahiers des charges sont souvent tout aussi importants.

Ludovic rappelle son métier de géomaticien développeur : automatiser et développer des nouvelles fonctionnalités. Une certaine maturité sur les objets et un niveau de formalisme des modèles est nécessaire.

Jean-Louis conclut par son expérience assez longue sur le sujet. Si les outils ont beaucoup évolués, cette véritable révolution s’applique moins sur les concepts et les interrogations à avoir. A quelle question veut-on répondre ? De quoi a-t-on besoin ? Quelles réflexions spatiales formuler (pourquoi un phénomène se trouve à tel endroit et comment inter-agit-il avec un autre ?) ? Il renouvelle l’importance de la réflexion et tempère les peurs face aux techniques qui sont avant tout des outils.

Une pause permet de goûter ce que les participants avaient prévus pour gâter les papilles. Des meringues névés, de délicieux gâteaux noisettes-chocolat, un brownie chocolat-polenta, une brioche aux arabesques gothiques et pépites de chocolat. Jean-Louis a proposé de goûter des biscuits japonais.

Meringue névé
Meringue névé
Copyright : D.MONTAGNE 2014

ACCESS : quels avantages et limites dans son utilisation ?

Les doctorants s’interrogent sur la base de données ACCESS qu’ils utilisent pour leur thèse et des limites que pourrait avoir le logiciel au cours de leurs travaux.

L’outil répond aux utilisations en connaissant les concepts des BDD.

Néanmoins, son ergonomie peut laisser croire que n’importe qui peut l’utiliser et engendrer parfois des erreurs de conceptions et l’utilisation de données incohérentes.

Son utilisation est limitée à un utilisateur, elle ne permet donc pas un lien avec un serveur et le web. Le nombre de données est limité ainsi que le temps des requêtes. Les requêtes fonctionnent avec du pseudo SQL.

Les déclencheurs (ou triggers), contrairement à ce qui a pu être dit au Goûter, semblent exister pour certaines versions d’ACCESS (ou tout au moins avoir un équivalent possible grâce à des macros).

Questions sur la construction d’un SIG

Une question technique et pratique fait suite sur la construction d’un SIG comprenant une carte semblable à un Scan 25 de l’IGN, rehaussée de courbes de niveau.

En visualisant les données, des conseils ont été donnés sur le passage de la projection assez ancienne de Lambert I à Lambert 93 ou long/lat WGS 84.

Pour obtenir ce fond de carte, plusieurs solutions ont été proposées.

On peut utiliser le fond de la cartographie collaborative OpenSteetMap, via l’onglet QGIS Extension/OpenLayers plugin (les fonds OCM et OCM landscape possèdent des courbes de niveau).

Ces données sont disponibles grâce à une connexion Internet. Il est possible de les télécharger (sur GeoFabrik, par exemple ici avec la Bourgogne) afin d’obtenir les données mais celles-ci seront dépourvues de mises en forme. On peut aussi créer une image du résultat en l’enregistrant dans QGIS en image géoréférencée (Projet/Sauvegarder comme image).

Le SRTM possède des données de relief offertes librement à l’échelle mondiale : grâce à QGIS, des lignes de niveau peuvent être créées facilement (Raster/Extraction/Création de contour).

En tant que chercheur, il est possible d’accéder à certaines données de l’IGN. Notons que la GEOBFC possède des données et des scans accessibles aux membres des laboratoires associés à la MSH.

Nouveauté sur les modèles numériques de terrain d’ArcGIS

Laure a présenté une nouveauté rencontrée sur ArcGIS. Les Modèles Numériques de Terrain (MNT) sont réalisés grâce à des ponctuels répartis sur la zone étudiée.

 

Le relevé GNSS après correction différentielle (image releves_topo) rapport Opération archéologique Annegray 2013 sous la responsabilité de Sébastien Bully (UMR 6298 ARTeHIS) et Emmet Marron (université de Galway), partie relevés GNSS et photogrammétrie Laure Saligny,  Thomas Huet, Ludovic Granjon (GEOBFC, MSH Dijon)
Le relevé GNSS après correction différentielle (image releves_topo)
Copyright : rapport opération archéologique Annegray 2013, sous la responsabilité de Sébastien Bully (UMR 6298 ARTeHIS) et Emmet Marron (université de Galway). Partie relevés GNSS et photogrammétrie Laure Saligny, Thomas Huet, Ludovic Granjon (GEOBFC, MSH Dijon)

L’interpolation permet de transformer les ponctuels, données discrètes, en une surface présentant le relief de manière continue. Il en existe de plusieurs types, tous un compromis entre le semis de point, l’extension choisie et le type de relief que l’on veut mettre en évidence.

Il s’agit ici de réaliser des réseaux de triangles irréguliers ralliant les points connus (TIN).

La Production du TIN (Triangular Irregular Network)
La Production du TIN (Triangular Irregular Network)
Copyright : rapport opération archéologique Annegray 2013, sous la responsabilité de Sébastien Bully (UMR 6298 ARTeHIS) et Emmet Marron (université de Galway). Partie relevés GNSS et photogrammétrie Laure Saligny, Thomas Huet, Ludovic Granjon (GEOBFC, MSH Dijon)

Depuis ArcGIS 10, dans les bases de données relationnelles, il existe une classe d’entité « MNT ».

Après avoir créé une géodatabase et activé l’extension 3D Analyst, on ajoute une classe d’entité au MNT (points topographiques relevés, masques (par exemple des vides), des lignes que l’on peut qualifier -rigides, malléables-, la zone d’étude…). On crée ensuite le MNT en spécifiant les types d’entité et un MNT multi-résolution (dont la résolution s’adapte à l’échelle de visualisation). Cette nouveauté ouvre de nouvelles possibilités d’analyses que la GEOBFC souhaite développer.

La production du MNT et des courbes de niveaux (20 cm). Rapport opération archéologique Annegray 2013 sous la responsabilité de Sébastien Bully (UMR 6298 ARTeHIS) et Emmet Marron (université de Galway). Partie relevés GNSS et photogrammétrie Laure Saligny,  Thomas Huet, Ludovic Granjon (GEOBFC, MSH Dijon)
La production du MNT et des courbes de niveaux (20 cm).
Rapport opération archéologique Annegray 2013 sous la responsabilité de Sébastien Bully (UMR 6298 ARTeHIS) et Emmet Marron (université de Galway).
Partie relevés GNSS et photogrammétrie Laure Saligny, Thomas Huet, Ludovic Granjon (GEOBFC, MSH Dijon)

17h : annonce du prochain goûter

Les dernières discussions animées se poursuivent autour des pâtisseries. Quelques annonces externes viennent l’enrichir, notamment celle d’un MOOC de géomatique et d’une session de formation organisée sur le LIDAR, le tout visible à la page Agenda. Laquelle page présente également le prochain rendez-vous des goûters, le 6 mars 2014, exceptionnellement en salle 214.