V.1.2 1- Dernière mise à jour : 29/12/2010
(avec l'autorisation du Clark Labs - exercice librement inspiré du didacticiel Idrisi32 par Michelle GIBOIRE - adaptation Vincent GODARD)
Objectifs : Comparaison des résultats obtenus par simulation à l'aide de macros commandes
Fonctions décrites dans ce TD : RECLASS ; GROUP ; AREA ; Edit ; Run Macro ; EXTRACT ; RANK ; RECLASS
Cet exercice utilise les résultats des trois exercices précédents pour résoudre le problème de la sélection des sites. Alors qu'une diversité de techniques de normalisation et d'agrégation sont indispensables pour explorer n'importe quel problème à critères multiples, il en résulte des images qui montrent l'aptitude des emplacements dans la totalité de la zone d'étude. Cependant, les problèmes à plusieurs critères, comme dans les exercices précédents, concernent souvent la sélection finale d'un site en vue d'un développement, de l'attribution de terrain ou du changement d'utilisation d'un terrain. Il y a de nombreuses techniques de sélection de site faisant appel aux images d'aptitude. Le présent exercice explore certaines de ces techniques dans l'espoir de trouver les sites les plus appropriés au développement résidentiel.
L'utilisation des résultats de l'analyse booléenne pour la sélection des sites en vue du développement résidentiel est plutôt directe parce que toutes les zones ont été divisées en aptes ou inaptes, de sorte qu'il n'y a aucun degré d'aptitude à prendre en compte et, par conséquent, il n'y a aucune zone "de second choix" pour le développement résidentiel, ni jugement possible au sujet du meilleur emplacement possible parmi les zones jugées aptes. Cependant, il reste le problème de la taille et de contiguïté spatiale des zones aptes.
Les zones choisies comme étant aptes sont fragmentées à l'intérieur de la zone d'étude et la plupart sont probablement trop petites pour un projet de développement résidentiel. Beaucoup ne dépassent pas quelques centaines de mètres carrés. Nous pouvons résoudre ce problème en ajoutant une contrainte de postaggrégation où les zones adaptées au développement doivent être égales ou supérieures à 20 hectares.
a) Affichez MCEBOOL, le résultat de l'exercice 2-7.
1a) Comment pouvez-vous passer de MCEBOOL à l'image BOOLSIZE20 au moyen d'une combinaison des modules GROUP, AREA, RECLASS et OVERLAY dans une séquence identique à celle utilisée dans la dernière partie de la fiche guide 2.3, où l'on ne trouve plus que des zones contiguës égales ou supérieures à 20 hectares ?
Le résultat est donc l'image BOOLSIZE20. Affichez cette image.
Les résultats de cette approche offrent plusieurs sites possibles pour la sélection. Cependant, à cause de leur nature booléenne, leur aptitude relative ne peut être jugée et il serait difficile de faire un choix définitif entre un site ou un autre. Une approche non booléenne nous donnera plus d'informations pour comparer les sites potentiels entre eux.
Les approches WLC et OWA ont pour résultat des images d'aptitude continue qui rendent problématique la sélection de sites spécifiques pour le développement résidentiel ou n'importe quelle autre attribution. Dans l'approche booléenne, l'aptitude des sites a été définie clairement (bien que plutôt arbitrairement) et le seul problème de la sélection des sites était un problème de contiguïté, traité par l'ajout de la contrainte de post-aggrégation impliquant que les sites aptes doivent avoir une surface d'au moins 20 hectares. Avec un résultat continu, il y a d'abord le problème du choix des emplacements parmi les emplacements possibles, dont chacun a un certain degré d'aptitude. C'est seulement une fois le choix fait que le problème de contiguïté est traité comme dans le résultat booléen.
Il y a plusieurs méthodes de sélection des sites à l'aide de l'image continue d'aptitude. Nous allons explorer ici deux approches basiques. Dans la première approche, un certain niveau d'aptitude est précisé comme un seuil à prendre en compte comme emplacement finalement apte ou non. Par exemple, tous les emplacements ayant un score d'aptitude d'au moins 200 seront choisis comme aptes pour une certaine attribution tandis que ceux dont l'aptitude est inférieure à 200 ne seront pas choisis. Cette décision "strict" ("hard") a pour résultat une carte booléenne indiquant tous les sites possibles.
Dans la seconde approche, ce n'est pas le degré d'aptitude mais la quantité totale de terrain à sélectionner (ou à réserver à un autre usage) qui détermine un seuil. Dans ce cas,tous les emplacements (c'est-à-dire les pixels) sont classés selon leur degré d'aptitude. Après classement, les pixels sont sélectionnés/attribués en fonction de leur aptitude jusqu'à ce que la quantité de terrain nécessaire soit atteinte. Par exemple, 1 000 hectares de terrain pourraient devoir être sélectionnés/attribués pour le développement résidentiel. Grâce à cette approche, tous les emplacements sont évalués et les 1 000 hectares les plus adaptés sont sélectionnés. Le résultat est de nouveau une carte booléenne indiquant les sites sélectionnés.
Les deux types de seuils (par aptitude ou zone totale) peuvent être considérés comme des contraintes post-aggrégation supplémentaires. Les contraintes sur le résultat final concernent des emplacements particuliers. Cependant, il faut noter que le problème de contiguïté et de taille des sites n'est pas pris en compte. C'est seulement après la définition des seuils lorsque l'image booléenne est produite, que les résultats peuvent être évalués en termes de contiguïté et de taille au moyen de méthodes semblables à celles décrites ci-dessus.
Outre ces solutions essentiellement booléennes pour la sélection des sites à l'aide d'une image continue d'aptitude, des solutions non booléennes pour la sélection des sites sont peut-être possibles grâce à des calculs de surface anisotropiques*. Cependant, ces méthodes ne sont pas très développées pour l'instant et ne seront pas traitées dans cet exercice.
Un seuil d'aptitude pour la sélection du site final peut être arbitraire ou fondé sur les valeurs d'aptitude déterminées pour chaque facteur. Par exemple, pendant la normalisation des facteurs, une valeur de 200 ou plus pourrait avoir été considérée, en moyenne, comme acceptable, alors que moins de 200 était douteux en termes d'aptitude. Si c'était la logique utilisée pour la normalisation, il faudrait aussi l'appliquer à la carte d'aptitude finale. Supposons que ce soit le cas et qu'une valeur de 200 soit utilisée comme seuil d'aptitude pour la sélection des sites. Il s'agit d'une contrainte post-aggrégation. Nous utiliserons le résultat de la fiche guide 2.8 (MCEWLC) mais vous pourriez suivre ces procédures au moyen de n'importe lequel des résultats d'aptitude continue de la fiche guide 2-8 ou 2-9.
b) Exécutez RECLASS à partir du menu GIS Analysis/Database Query et indiquez MCEWLC comme image d'entrée et SUIT200 comme image de sortie. Puis entrez les valeurs suivantes dans la zone des paramètres de reclassification de la boîte de dialogue :
New value Old values from To those just less than 0 0 200 1 200 999
Le résultat est une image booléenne de tous les sites possibles pour le développement résidentiel. Cependant, c'est une image très fragmentée avec seulement quelques zones contiguës importantes. Nous allons donc appliquer une autre contrainte post-aggregation, celle qui ne retient comme sites appropriés que ceux de 20 hectares ou plus.
c) Utilisez GROUP (avec diagonales) et AREA pour déterminer s'il y a des zones de 20 hectares ou plus (Pensez à retirer les groupes non adaptés). Appelez l'image résultante SUIT200SIZE20 (pour le seuil d'aptitude 200, site de 20 hectares).
1b) Quelle est la taille du site potentiel le plus vaste pour le développement résidentiel ?
d) Du fait des contraintes post-aggrégation d'un seuil d'aptitude de 200 et d'un site de 20 hectares ou plus, il n'y a pas de sites appropriés pour le développement résidentiel . En supposant que les planificateurs urbains veuillent continuer la sélection des sites, plusieurs façons de modifier les résultats de WLC sont possibles. Les plannificateurs peuvent utiliser différents facteurs ou combinaisons de facteurs. Ils peuvent également modifier les méthodes/fonctions utilisées pour la normalisation des facteurs, ou pondérer différemment ces facteurs ou encore assouplir les contraintes post-aggregation (le seuil d'aptitude ou la zone minimum pour un site acceptable).
En général, les MCE non booléeennes sont un processus itératif dont il est conseillé d'explorer toutes les options ci-dessus pour modifier le résultat WLC.
Dans le cas de la sélection des sites de cet exercice, nous devons exécuter la même série d'opérations de façon itérative, pour chaque changement d'un paramètre, de façon à obtenir une solution finale acceptable. Vous avez vu dans plusieurs des exercices précédents de cette section du didacticiel (fiches guide 2.1 à 2.6) comment le Macro Modeler peut faciliter l'automatisation de ces analyses. Dans cet exercice, le langage d'utilisation des macros non graphiques d'Idrisi vous sera expliqué.
La macro que nous utiliserons, appelée SITESELECT, est fournie.
e) Utilisez Edit, du menu Data Entry (saisie des données) pour examiner un fichier de macros (.iml) appelé SITESELECT. Ne modifiez pas ce fichier pour l'instant.
Le langage d'utilisation des macros emploie une syntaxe propre à chaque module pour définir les paramètres de ce module. Pour plus d'informations sur ces types de macros, consultez le chapitre IDRISI Modeling Tools du manuel IDRISI Guide to GIS and Image Processing Volume 1. La syntaxe particulière des lignes de commande de chaque module est définie dans chaque description du module, dans le système d'aide en ligne (Help system).
Cette macro utilise différents modules IDRISI pour réaliser deux cartes des sites appropriés 1. Une des cartes montre chaque site avec un identifiant unique et l'autre représente les sites au moyen des valeurs d'adaptation continues initiales. La première est automatiquement appelée SITEID par la macro. Elle sert de fichier de définition des objets pour extraire des statistiques pour les sites. L'autre carte est nommée par l'utilisateur à chaque exécution de la macro (voir plus loin). La macro calcule aussi les statistiques pour chaque site sélectionné, c'est-à-dire : la valeur moyenne (average suitability) d'aptitude, l'amplitude (range) des valeurs, l'écart-type (standard deviation) des valeurs et la surface en hectares de chaque site.
1. Les lignes commençant par "rem" sont des remarques, indiquées à titre de documentation, qui sont ignorées par le processeur de macros.
Notez que certaines lignes de commande contiennent des symboles tels que "%1". Ils signalent l'emplacement des entrées définies par l'utilisateur pour la macro. L'utilisateur entre les valeurs appropriées dans les paramètres de la boîte de dialogue du Run Macro. Le premier paramètre entré est mis à la place, dans la macro, du symbole %1, le deuxième est mis à la place du symbole %2 , etc. L'utilisation d'une macro de cette façon vous permet de modifier facilement et rapidement certains paramètres sans modifier ni sauvegarder à nouveau le fichier de macros. La macro SITESELECT comporte quatre marqueurs d'emplacement, %1 à %4, représentant les paramètres suivants :
%1 nom de la carte d'aptitude continue à analyser
%2 seuil d'aptitude à utiliser
%3 taille minimum du site (en hectares)
%4 nom de l'image de sortie dont les sites appropriés sont masqués et chaque site contenant ses valeurs continues provenant de la carte d'aptitude initiale
Maintenant que nous connaissons la macro, nous allons l'utiliser de façon répétée pour trouver une solution à notre problème de sélection de site. (Notez que, dans Macro Modeler, vous pourrez changer ces paramètres en associant différents fichiers d'entrée, en renommant les fichiers de sortie et en modifiant les fichiers .rcl utilisés par RECLASS)
f) Fermez Edit. Si vous êtes invité à sauvegarder les modifications, cliquez sur No (Non).
Précédemment, un niveau d'aptitude de 200 et une taille de site de 20 hectares avaient pour résultat l'absence de sélection de site dans MCEWLC et par conséquent la réduction du seuil de la taille du site à 10 hectares pour voir si des sites sont obtenus.
g) Choisissez la commande Run Macro dans le menu File (Fichier). Entrez SITESELECT comme fichier de macros à exécuter. Dans la boîte d'entrée des paramètres de la macro, entrez les quatre paramètres suivants comme indiqué, avec un espace entre deux paramètres :
MCEWLC 200 10 SUIT200SIZE10
Ces paramètres demandent à la macro d'analyser l'image MCEWLC, d'isoler tous les emplacements ayant une valeur d'aptitude de 200 ou plus à partir de ces emplacements, de trouver toutes les zones contiguës d'une taille d'au moins 10 hectares, et une image de sortie appelée SUIT200SIZE10 (pour une aptitude de 200 ou plus et des sites de 10 hectares ou plus). Cliquez sur OK et attendez que la macro exécute plusieurs modules IDRISI pour produire le résultat.
La macro va sortir deux images et deux tables.
Elle va d'abord afficher les sites sélectionnés à l'aide d'identifiants uniques (l'image sera appelée SITEID).
Elle va ensuite afficher la table obtenue par l'exécution d'EXTRACT au moyen de l'image SITEID, comme image de définition des objets spatiaux et image d'aptitude initiale, et MCEWLC, comme image à traiter. Les informations relatives à chaque site, parmi lesquels il est important de faire un choix, sont affichées sous forme de tableau.
La macro affichera alors un deuxième tableau donnant la liste des identifiants de chaque site ainsi que leur superficie en hectares.
Enfin, elle affichera les sites sélectionnés à l'aide des valeurs d'aptitude initiales. Cette image finale sera appelée SUIT200SIZE10.
Les images obtenues à partir de la macro SITESELECT montrent tous les emplacements appropriés au moyen des contraintes post-aggrégation d'un seuil d'aptitude particulier et d'une taille de site minimum. La macro peut être exécutée à plusieurs reprises avec des seuils différents.
2) Combien de sites sont sélectionnés maintenant que la contrainte de zone minimum a été réduite à 10 hectares ? Comment pouvez-vous sélectionner un site par rapport à un autre ?
h) Comparez visuellement SUIT200SIZE10 au résultat final obtenu par l'analyse booléenne (BOOLSIZE20).
3) Qu'est-ce qui pourrait expliquer les sites sélectionnés lors de l'approche WLC et qui n'ont pas été retenus dans l'approche booléenne ?
Au lieu de réduire la taille de la zone pour sélectionner des sites, les planificateurs peuvent décider de modifier le niveau du seuil d'aptitude. Ils peuvent le réduire pour sélectionner les sites de 20 hectares les plus adaptés.
i) Exécutez la macro SITESELECT une deuxième fois en utilisant les paramètres suivants qui réduisenr le seuil d'aptitude à 175 :
MCEWLC 175 20 SUIT175SIZE20
Ces paramètres demandent à la macro d'analyser une deuxième fois l'image MCEWLC, d'isoler tous les emplacements ayant une valeur d'aptitude de 175 ou plus, de trouver des sites de 20 hectares, ou plus, et de produire l'image SUIT175SIZE20 (c'est-à-dire aptitude 175 et 20 hectares).
4. Combien de sites ont-ils été sélectionnés ? Comment expliqueriez-vous les différences entre SUIT200SIZE10 et SUIT175SIZE20 ?
j) Enfin, réduisez le seuil à 150, conservez la taille du site et exécutez la macro une nouvelle fois, appelez l'image obtenue SUIT150SIZE20.
La différence de taille et de quantité des sites sélectionnés lorsque le niveau d'aptitude passe de 175 à 150 est frappante. Au cas où le seuil est fixé à 150, le nombre de sites peut être trop grand pour faire une sélection raisonnable parmi eux. Notez également qu'au fur et à mesure que la taille des sites augmente, la variabilité d'aptitude à l'intérieur de ces sites étendus peut s'accroître [Ce qui peut se vérifier par le contrôle de l'écart-type (standard deviation) des sites].
k) Pour expliquer facilement pourquoi il y a un tel changement dans le nombre et la taille des sites, exécutez HISTO depuis GIS Analysis/Statistics avec MCEWLC comme image d'entrée et un affichage minimum de 1 (Minimum value for display) ; le reste étant par défaut.
5) Comment expliquer facilement l'augmentation du nombre et de la taille des sites sélectionnés suivant les niveaux d'aptitude 175 et 150 ?
La sélection de différents seuils d'aptitude, de différentes tailles minimum de sites et l'exploitation des résultats sont relativement faciles au moyen de la macro SITESELECT. Cependant, la justification du choix des seuils et de la taille des sites dépend uniquement de la subjectivité humaine dans l'analyse des SIG, et ne peut être réalisée que par les responsables du processus de prise de décision. Il n'y a aucun moyen d'automatiser la décision des seuils à retenir en terme de niveau d'aptitude ou de taille minimum pour sélectionner les sites définitifs.
La seconde approche basique pour la sélection des emplacements d'après la carte d'aptitude continue (c'est-à-dire MCEWLC) consiste à classer tous les emplacements (pixels) en termes d'aptitude, puis de sélectionner une quantité fixe d'emplacements de la partie supérieure du classement (par exemple équivalant à 1000 hectares). Le résultat serait une carte booléenne où une quantité exacte de terrain est sélectionnée ou attribuée à un nouvel usage. Le terrain sélectionné peut alors être analysé en termes de contiguïté comme dans les exemples précédents.
Alors que cela peut être facilement réalisé au moyen des modules RANK et RECLASS, l'assistant Decision Wizard comporte une fonction permettant de créer facilement ces images de seuil de la zone (Par l'utilisation de RANK et RECLASS).
l) Ouvrez l'assistant Decision Wizard dans le menu GIS Analysis/Decision Support. Cliquez sur Next (Suivant), puis ouvrez le fichier de l'assistant Decision Wizard existant appelé WLC. Cliquez sur Next (Suivant) plusieurs fois jusqu'à ce que vous arriviez au dernier écran de l'assistant, contenant la boîte de dialogue Select Best Area for This Objective (Sélectionnez la meilleure zone pour cet objectif). Cliquez sur cette boîte.
Des informations relatives au fichier d'entrée MCEWLC apparaissent, comportant le nombre total de cellules de l'image et la résolution de l'image (telle qu'elle est lue dans le fichier metadata). Une boîte déroulante d'unités de mesure surfacique (areal) est fournie pour vous permettre de sélectionner les unités du seuil de la zone. Choisissez Hectares. Notez que le nombre total d'hectares de l'image est maintenant indiqué.
m) Cliquez dans la boîte d'entrée des unités (Units) et choisissez Hectares dans la liste déroulante, puis entrez 1000 comme zone obligatoire (Areal requirments). Donnez à l'image de sortie le nom BEST1000. Cliquez sur Finish (Fin). Le résultat booléen obtenu en sortie s'affichera après l'exécution de RANK et RECLASS.
n) En réponse à la question du choix de la fermeture éventuelle de l'assistant (Wizard), cliquez sur No (Non). Remplacez par 2000 hectares la dimension obligatoire de la zone, donnez à l'image de sortie le nom BEST2000 et cliquez sur Finish de nouveau. Cette fois cliquez sur Yes (Oui) pour fermer l'assistant.
6. Quel problème pourrait être lié à la sélection de sites pour le développement résidentiel dans les 2000 hectares les plus adaptés de MCEWLC ?
Les résultats de cette approche du seuil de la zone totale peuvent être utilisés pour attribuer des montants spécifiques de terrain pour un nouveau développement. Cependant la contiguïté des emplacements spécifiée ne peut être garantie puisque la sélection se fait sur la base pixel par pixel de la zone d'étude entière. Ces résultats booléens doivent être soumis aux mêmes étapes de groupement et de reclassification décrites dans la section précédente pour traiter les problèmes de contiguïté et de taille des sites
o) Ouvrez de nouveau l'assistant (Decision Wizard) et parcourez le fichier de décision appelé MCEFINAL qui a été créé au cours de a fiche guide 2-9. Lorsque vous arrivez à la fin, demandez le meilleur site de 2000 hectares de ce modèle. Appelez le résultat BEST2000FINAL. Notez le résultat très différent. MCEFINAL produit un modèle moins fragmenté.
7. Comment peut-on expliquer les modèles très différents de 2000 hectares les plus adaptés de chaque carte d'aptitude ?
L'utilisation d'un seuil de la zone totale facilite la sélection des meilleurs emplacements pour les phénomènes qui peuvent être répartis dans la zone d'étude ou pour les ensembles de données qui produisent de hauts niveaux d'autocorrélation (c'est-à-dire des valeurs d'aptitude tendant à être semblables pour les pixels voisins.
Notre exploration des techniques MCE a donc été concentrée surtout sur un seul objectif. L'exercice suivant présente les outils qui peuvent être utilisés si plusieurs objectifs doivent être traités.
NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.