Outil d'analyse par Krigeage - Fao - Copemed

Outil d’analyse par KrigeageGildas Le Corre – IFREMER - SèteL’élaboration d’une procédure d’analyse spatiales d’un processus avec un SIGimplique fréquemment des traitements d’interpolation des données, par exemplepour estimer la valeur d’un paramètre dans un secteur où l’on ne dispose pas demesures. Selon les logiciels plusieurs outils peuvent être disponibles et adaptés auproblème à traiter..Parmi celles-ci, le krigeage est une méthode géostatistique qui permetl’estimation de valeurs locales en considérant l'organisation spatiale des variablesétudiées. C’est donc une méthode d’interpolation qui peut générer des surfacesestimées à partir d’un échantillon de points géoréférencés. Lorsque l’on abordel’étude de processus biologique, on rencontre souvent des modalités d’organisationspatiale fortement structurées. Par rapport à d’autres méthodes d’interpolation tellesles splines ou les inverses de la distance, le krigeage se distingue par sescaractéristiques d’estimation non-biaisée et d’estimation d’une variance associée.L’implémentation des techniques de Krigeage interne à un SIG permetd’exploiter ces méthodes sans transferts multiples de données puis de résultats àchaque traitement entre un SIG et un logiciel spécifique géostatistique. En restantdans un environnement SIG, l’utilisateur bénéficie également d’un accès auxfonctions de représentations et à des outils d’analyses complémentaires.Dans ArcView, les méthodes de krigeage sont disponibles avec l'extensionSpatial Analyst, mais ne sont pas accessibles directement par l'interface graphique.Grâce à une application développée dans le cadre du projet FIGIS, l'utilisateur peutsimplement réaliser un traitement de type krigeage sur ses données sans quitterl'environnement SIG et en conservant l’interactivité données-traitement-utilisateur.Cette application permet d'explorer la structuration de ses données dans l'espaceavec une méthode géostatistique et de tester la sensibilité des paramètres.L’exploitation des résultats produits pour la poursuite de l'analyse est égalementsimplifiée. Les fonctionnalités de cette application sont :Atelier SIG COPEMED – Malaga 15-19/12/1998 1

1. Traitement géostatistique par Krigeage Ordinaire et semivariogrammeisotropique,2. Ajustement de modèle : Sphérique, Circulaire, Exponentiel, Gaussien ouLinéaire,3. Unité de distance explicite et intégration de différents systèmes deprojection,4. Traitement sur un ensemble ou une sélection du jeu des données,5. Paramétrage de l’ajustement semi-variogramme :- Lag interval,- Paramètres d’ajustement du semivariogramme inaccessibles (calcul en« boîte noire »),6. Paramétrage de l’interpolation :- Combinaisons distance, nombre d’échantillons paramétrables,- Entité géographique frontière,7. Résultats en GRID géoréférencés,8. Enregistrement des résultats :- graphique, cartes, fichier semivariogramme (format dbf, txt),- création d’une vue résultat individualisée.Cette application nécessite ArcView -version minimale 3.0b-, les extensions SpatialAnalyst -version minimale 1.0a- et Dialog Designer -version minimale 3.0a- (softsESRI) et les scripts Avenue de cette application (IFREMER). Cette application a étédéveloppée dans le cadre du projet FIGIS avec la contribution financière duprogramme FAIR de la Communauté Européenne.Les copies d'écrans suivantes correspondent aux principales étapes d’untraitement de données par krigeage. Le traitement s’applique à un thème de pointssélectionné [B] dans une vue [A], dont l’unité de mesure doit être définie. Les calculsde distances entre points sont effectués avec cette base unitaire (Map Units). Si lavue est un système géographique projeté, les calculs et les résultats produitsrespectent la transformation de l’espace choisie par l’utilisateur ou associées auxdonnées traitées.Atelier SIG COPEMED – Malaga 15-19/12/1998 2

CABL’application est lancée par un bouton [C] disponible dans la barre d’outils. Elleprésente une interface dans une seule fenêtre qui permet de définir l’ensemble desparamètres et de lancer le traitement :- le titre de la fenêtre identifie le thème à traiter,- la méthode de krigeage est sélectionnée dans une liste,- le champs à traiter est sélectionné dans la liste des attributs numériques duthème traité,- l’intervalle est la taille des classe de distances utilisées pour ajuster levariogramme, puis réaliser l’interpolation,- le rayon de recherche peut être choisi selon trois modalité :- par défaut correspond un rayon variable , un échantillon à 12 et pas de limiteen distance,- priorité distance correspond à un nombre minimum d’échantillon et à un rayoninitial de distance, qui sera étendu si le nombre minimum d’échantillon n’estpas atteint,- priorité échantillon correspond à un rayon de distance maximum et à unnombre d’échantillon minimum. Si l’effectif de l’échantillon n’est pas atteint, leAtelier SIG COPEMED – Malaga 15-19/12/1998 3

ayon de recherche n’est pas étendu et l’analyse s’effectue avec cet effectifréduit.- en option :- on peut limiter la recherche d’échantillon par un thème « barrière » choisi dansla liste des thèmes lignes ou polylignes présents dans la vue courante,- les résultats sont présentés selon deux formes :- on peut activer l’affichage d’un graphe du semi-variogramme,- on peut activer l’affichage de la carte d’interpolation, dont on doit alors définirles caractéristiques de l’image générée :- format de la grille (nombre colonne, nombre lignes ou taille de la cellules),- le domaine géographique d’application,- une grille de référence comme modèle de grille- on peut activer la présentation de la semi-variance présentie, en choisissant lenom d’enregistrement du thème correspondant.Après calcul, les résultats sont présentés dans une nouvelle vue ArcView qui héritedes propriétés de la vue contenant le thème analysé ; elle possède en particulier lesmêmes unités et système de projection. Elle est nommée automatiquement avec lenom du thème traité et les paramètres choisis dans l’interface.Atelier SIG COPEMED – Malaga 15-19/12/1998 4

Cette vue est une présentation synthétique de l’ensemble des résultats dutraitement :- le variogramme est présenté sous forme graphique. Les courbes bleue et rougeprésentent respectivement les données observées et les données ajustées.L’algorithme d’ArcView et Spatial Analyst caractérise le semi-variogramme ajustépar une série de valeurs, et non pas par les paramètres de l’équation de lacourbe. Ces valeurs ponctuelles sont représentées sur le graphique. Cet exemplemontre que le processus d’ajustement automatique utilise la portée maximale dujeu de données traité. Dans certains cas, cet ajustement produit un résultat qui nerestitue pas le phénomène a courte portée. Les unités de distance sont les unitésde distance définies pour la vue d’origine.- le krigeage est présenté sous forme d’une carte GRID, associé à une légende pardéfaut, qui classifie les résultats et identifie une classe No Data. A chaque celluleest associée la valeur moyenne interpolée pour cette surface. En fonction desdonnées, de l’ajustement du variogramme et des objectifs de l’analyse, il peutêtre nécessaire de relancer un traitement en modifiant seulement les dimensionsdu GRID de restitution.- La variance associée est présentée sous forme d’un carte GRID, associé a unelégende par défaut. Le format proposé est un format GRID qu’il faut convertir entype Float pour pouvoir manipuler la légende de ce thème. Si l’on affecte unmode transparent aux classes inférieures à un seuil choisi, on peut alors utiliserce thème comme un masque qui se superpose sur la carte de krigeage.Atelier SIG COPEMED – Malaga 15-19/12/1998 5