Sources : didacticiel UNITAR
V.1.5 - Dernière mise à jour : 15/03/2006
(avec l'autorisation du Clark Labs - exercice librement inspiré du didacticiel UNITAR pour Idrisi32. Traduit par Michelle GIBOIRE - adaptation Vincent GODARD)
Cet exercice est à mettre en perspective avec l'actualité du mois d'août 2005 (passage de l'ouragan Katrina sur la Nouvelle-Orléans). La NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration) a réalisé un certain nombre d'enregistrements des dégât sur la zone d'étude. Ils apportent un éclairage à grande échelle alors que l'exercice est à petite échelle mais couvre un très vaste secteur.
Objectifs : import de données originaires d'autres systèmes SIG, utilisation de macro commandes et analyse muticritère pour la gestion des risques côtiers
Fonctions décrites dans ce TD : EDIT, CONVERT, Database Workshop, ASSIGN, RECLASS, RUN MACRO, OVERLAY, TRANSFORM, Image Calculator,
Sources : didacticiel UNITAR
Dans l'exercice précédent (tdu62dea.htm), nous avons étudié la vulnérabilité socio-économique des communautés côtières aux tempêtes violentes. Dans le présent exercice, nous étudierons la vulnérabilité physique des zones côtières aux risques posés par l'élévation accélérée du niveau de la mer. Certaines des conséquences de cette élévation sont l'inondation, l'érosion de la côte, l'augmentation des crues et la perte des terres exondées et des zones humides (IPCC, 1992). Les effets sociaux et économiques associés à ces conséquences sont considérables. Par exemple, une grande partie des Maldives est seulement entre 1 et 2 mètres au-dessus du niveau moyen de la mer (IPCC 1992). Une élévation de 1 mètre du niveau de la mer inonderait par conséquent une grande partie du pays. Même dans des états plus importants, les effets de l'élévation du niveau de la mer peuvent être importants. Aux Etats-Unis, une élévation de 1 mètre du niveau de la mer coûterait de 270 à 475 milliards de dollars par suite du retrait de la côte (Lee et al. 1992).
L'objectif de cet exercice sera l'évaluation de la vulnérabilité par les caractéristiques physiques de la côte, à savoir l'altitude, la géologie, la géomorphologie et l'amplitude de la marée. La première partie de l'exercice décrit la base de données utilisée dans cet exemple. Les deuxième et troisième parties illustrent la conversion de la base de données d'un format ASCII en images IDRISI. La quatrième partie se consacre à l'évaluation de la vulnérabilité à deux risques associés à l'élévation du niveau de la mer : l'érosion et l'inondation. Cette dernière partie illustre l'option de création et d'exécution de macros pour l'analyse de la vulnérabilité. Les macros ont leur utilité chaque fois que plusieurs opérations doivent être exécutées sur des images. Comme l'analyse de la vulnérabilité, dans cet exercice, est basée sur des indices impliquant de nombreuses opérations algébriques, les macros seront particulièrement utiles pour le traitement des opérations SIG. Dans la dernière partie de ce document, nous illustrerons une autre technique de calcul algébrique sur les cartes Map Algebra à l'aide du module IMAGE CALCULATOR dans Idrisi32 V2.
Les données que nous utiliserons dans cet exercice ont été compilées par Gornitz et White (1994) et publiées aux Etats-Unis par le Oak Ridge National Laboratory sous forme d'un lot de données numériques, NDP043B. La zone d'étude de ce lot de données est la Gulf Coast des Etats-Unis, qui va du Texas à la Floride. NDP043B se compose de 29 variables qui représentent deux facteurs de risques côtiers : (1) érosion et (2) inondation. Les données relatives à ces 29 variables sont disponibles en deux formats : (1) format texte ASCII et (2) format Arc/Info. Les données comportent aussi le littoral de la Gulf Coast au 1 : 2 000 000 dans ces deux formats. Les sources des données relatives aux 29 variables et au littoral comportent des agences telles que la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), l'U.S. Army Corps of Engineers, l'U.S. Geological Survey (USGS) et différentes institutions universitaires.
Dans les deux formats pour lesquels les données sont disponibles dans NDP043B (ASCII et Arc/Info), les données se rapportent à une grille latitude/longitude des cellules couvrant la Gulf Coast. Chaque cellule de la grille a une dimension de 0,25° par 0,25°. Les identifiants de la cellule de la grille augmentent de gauche à droite, et de bas en haut. L'origine de la grille est la cellule dont l'identifiant est 1 et les coordonnées 100°W, 24°N. Les coordonnées limitant la zone d'étude sont : 100°W, 24°N ; 100°W, 32°N ; 80°W, 32°N ; et 80°W, 24°N.
Des 29 variables contenues dans NDP043B, sept ont été sélectionnées par Gornitz et White pour l'analyse de la vulnérabilité de la Gulf Coast aux risques côtiers : (1) élévation moyenne, (2) tendance locale à l'affaissement, (3) géologie, (4) géomorphologie, (5) déplacement moyen du littoral, (6) hauteur maximale des vagues et (7) amplitude moyenne des marées. Ces sept variables ont été sélectionnées en raison de leur utilisation dans la mesure des risques pour le littoral. Par exemple, un littoral très exposé a un relief peu élevé, un taux d'affaissement élevé, des taux d'érosion importants et des vagues puissantes (Gornitz, White, et Cuwshman, 1991). L'Annexe 3.1 (non traduite, cf. didacticiel UNITAR) offre de brèves descriptions des sept variables et des procédures adoptées pour la compilation des données relatives à chaque variable. L'Annexe 3.2 (non traduite, cf. didacticiel UNITAR) offre des descriptions supplémentaires relatives aux données compilées pour deux des variables, géologie et géomorphologie.
Pour simplifier la manipulation lors de l'analyse de la vulnérabilité, Gornitz and White ont reclassé les sept variables de façon à créer sept variables de risque relatif. Chaque variable de risque relatif est comprise entre les valeurs 0 et 5, la valeur 1 correspondant à un risque très faible d'érosion ou d'inondation, et 5 correspondant à un risque très élevé d'érosion ou d'inondation. La valeur 0 représente les valeurs manquantes dans les données initiales. L'Annexe 3.3 (non traduite, cf. didacticiel UNITAR) montre les tableaux utilisés pour la création des sept variables de risque relatif à partir des variables initiales.
Les données relatives aux sept variables de risque relatif ont aussi été incluses comme faisant partie de NDP043B. Dans le calcul de la vulnérabilité, nous utiliserons les données relatives aux variables de risque relatif par opposition aux variables initiales.
Dans le cadre de l'Union européenne, un programme analogue, Eurosion, compile des bases de données permettant le même type d'analyses que celles proposées dans cet exercice.
Pour que les données provenant de NDP043B puissent être utilisées dans l'analyse de vulnérabilité, il faut les importer dans IDRISI, au moyen du format texte ASCII pour les données. Nous avons extrait de NDP043B un fichier texte contenant les identifiants des cellules de la grille qui couvre la Gulf Coast. Nous avons aussi extrait un fichier texte contenant les données relatives aux sept variables de risque relatif1.
1. La base de données initiale peut être obtenue auprès du Carbon Dioxide Information Analysis Center, Environmental Sciences Division, Oak Ridge National Laboratory, Oak Ridge, Tennessee, USA.
La première étape du développement des données consiste à convertir le fichier texte qui contient les identifiants des cellules de la grille en une image IDRISI qui contiendra les objets spatiaux (feature definition image). Puis nous convertirons le fichier texte des sept variables de risque relatif en une base de données IDRISI. Enfin, nous attribuerons les valeurs des sept variables contenues dans la base de données, c'est-à-dire les sept champs de la base de données, à l'image IDRISI des identifiants des cellules de la grille, pour créer sept images de risque relatif. Les deuxième et troisième étapes sont semblables à celles qui ont été exécutées lors de l'exercice précédent (tdu62dea.htm), pour combiner les données spatiales et les données des attributaires, de façon à créer des cartes de résistance aux vents de nord-est.
a) Vérifiez que le chemin des données est défini correctement pour cet exercice.
Avant de commencer cet exercice, il faut se procurer les données et les stocker !
- Les documents à télécharger seront à mettre dans un environnement de travail du genre :
D:\geo\Votre_Nom\U6-3
(U6-3 pour UNITAR, volume 6, exercice n°3 !)
Lequel sera votre Working folder. Le créer si ce n'est pas encore fait !
Attention : il ne faut pas d'accents, de blancs ou de caractères spéciaux dans l'arborescence pour le Data Paths d'Idrisi !
- les 28 fichiers nécessaires sont zippés u63.zip (156 ko) pour un téléchargement plus rapide !
- décompressez-les dans votre Working folder U6-3.
- Exécutez Idrisi File Explorer à partir du menu File et sélectionnez l'option de visualisation de tous les fichiers. Un fichier appelé GRID.TXT doit se trouver dans le répertoire. Cliquez sur Exit pour revenir au menu principal, puis exécutez EDIT à partir du menu Data Entry. Cliquez sur File/Open et ouvrez le fichier GRID.TXT.
GRID.TXT contient les données relatives aux identifiants des cellules de la grille couvrant la zone d'étude. Le fichier se compose d'une seule colonne de chiffres qui représentent les identifiants. Par exemple, le premier identifiant est 2481, le deuxième 2482, etc. Pour convertir GRID.TXT en image IDRISI de la zone d'étude, nous avons besoin d'informations sur le nombre de rangées et le nombre de colonnes de l'image, ce qui peut être calculé à l'aide des informations relatives au système de référence et à la dimension des cellules de la grille, comme le montre la Figure 3.1. Rappelez-vous que la dimension des cellules de la grille est 0,25°. Le système de référence est latitude/longitude et les coordonnées délimitant la zone d'étude sont : 100°W, 24°N ; 100°W, 32°N ; 80°W, 32°N ; et 80°W, 24°N.
Sources : didacticiel UNITAR
1. Quel est le nombre de rangées et de colonnes contenues dans l'image dans laquelle sera importé GRID.TXT ?
Une fois déterminé le nombre de rangées et de colonnes, nous pouvons créer l'image des identifiants des cellules de la grille pour la zone d'étude. Dans IDRISI, toutes les images sont stockées comme une seule colonne de chiffres. Ce sont les informations contenues dans le fichier documentation (nom_fic.rdc) d'une image, en particulier le nombre de rangées et de colonnes, qui permettent l'affichage et l'analyse de la seule colonne de chiffres en tant qu'image. C'est pourquoi, pour convertir GRID.TXT en une image IDRISI, il faut d'abord créer un fichier documentation pour l'image. Pour cela, nous renommons le fichier texte ASCII en tant que fichier image puis nous créons un fichier documentation pour cette image.
b) Exécutez Idrisi File Explorer à partir du menu File et sélectionnez l'option de visualisation de tous les fichiers (All files *.*). Sélectionnez GRID.TXT et cliquez sur Rename (Renommer). Tapez le nouveau nom du fichier, GRID.RST, et cliquez sur Save (Sauvegarder).
c) Exécutez ensuite Metadata à partir du menu File. Cliquez sur File/New (Fichier/Nouveau). Indiquez GRID comme nom d'image pour la création du fichier documentation. Un fichier documentation blanc pour l'image apparaît sur l'écran. Cliquez dans Data type (type de données) et sélectionnez integer (entier) et ASCII comme type de fichier (File type). Puis indiquez le nombre de colonnes : 80 et le nombre de rangées : 32. Cliquez sur Tools/Calculate Min/Max pour calculer les valeurs minimum et maximum dans GRID (elles doivent être respectivement 1 et 2560). Changez le système de référence (Reference system) en "lat/long" à prendre dans la liste déroulante "-E:\IDRISI32\Georef\" et les unités de référence en degrés (degrees). Entrez les valeurs suivantes pour les coordonnées X et Y minimum et maximum (notez que les longitudes ouest du méridien origine sont écrites comme des valeurs négatives) : Minimum X = -100, Maximum X = -80, Minimum Y = 24, Maximum Y = 32. Indiquez 1 comme distance de l'unité (Unit distance) et donnez au fichier le titre "Zone d'étude pour l'Exercice 3". Cliquez sur File/Save pour sauvegarder les modifications, puis sortez du fichier documentation.
d) Enfin, il faut convertir GRID d'ASCII en format binaire pour pouvoir afficher l'image. Exécutez CONVERT à partir du menu Reformat. Indiquez GRID comme image d'entrée. Par défaut, l'image de sortie sera appelée GRID et son type de données et de fichier sera respectivement entier et binaire. Cliquez sur GRID pour accepter les valeurs par défaut. Vous serez invité à préciser si vous souhaitez effacer GRID. Cliquez sur OK.
En cas d'erreur avec un message indiquant que le fichier existe déjà et qu'il est protégé en écriture (read-only file), soit :
- vous le renommez en GRID2 (le plus simple !) ;
- vous retournez dans Windows et vous déprotégez tous les fichiers de l'exercice (tant qu'à faire !).
e) Utilisez Display Launcher pour voir l'image GRID avec la palette quantitative. Display Launcher utilise le contrastage automatique lorsque les identifiants des cellules de la grille dépassent l'étendue des valeurs à afficher. A cause du contrastage automatique, les cellules adjacentes sont affichées avec des couleurs semblables, bien que chaque cellule ait un identifiant unique. Les cellules peuvent se distinguer l'une de l'autre par la superposition des limites des cellules sur l'image. Nous avons prévu à cet effet un fichier des vecteurs appelé CELLS. Utilisez Add Layer (Ajout d'une couche) pour superposer le fichier CELLS sur GRID avec le fichier de symboles Uniform White.
Utilisez à nouveau Add Layer pour superposer COAST sur GRID avec le fichier de symboles Uniform Black. COAST est le fichier des vecteurs décrivant le littoral au 1 : 2 000 000 de la Gulf Coast. Puis, avec l'image GRID mise en évidence dans le menu flottant Composer, utilisez l'option Cursor inquiry (interrogation par curseur) de la barre d'outils pour explorer les identifiants des cellules de l'image. Par exemple, la première cellule de la première rangée de l'image a l'identifiant 2481, la deuxième cellule a l'identifiant 2482, etc.
Puisque la valeur de chaque cellule de GRID est l'identifiant de la cellule, GRID est l'image de définition des objets couvrant la zone d'étude. Le processus ci-dessus par lequel nous avons créé une image IDRISI à partir d'un fichier texte ASCII est le processus standard utilisé chaque fois que des données existent sous forme d'une seule colonne de nombres.
L'étape suivante du développement des données sert à créer des images des sept variables de risque relatif à utiliser dans l'analyse de la vulnérabilité, étudiée dans la section ci-dessus décrivant les données .
f) Exécutez EDIT à partir du menu Data Entry et cliquez sur File/Open. Spécifiez GCRISK.TXT comme nom de fichier et cliquez sur Open. Faites défiler le fichier vers le bas pour voir d'autres cases.
Le premier champ contient les identifiants des cellules (identiques à ceux contenus dans l'image GRID). Les sept champs suivants contiennent les données relatives aux variables de risque relatif dans l'ordre indiqué ci-dessus (élévation moyenne dans le premier champ, géologie dans le deuxième, etc.). Le risque relatif est compris entre 0 et 5, 0 indiquant des valeurs manquantes, 1 indiquant un très faible risque et 5 un risque très élevé. Un grand nombre de cellules ont reçu un risque relatif de 0, correspondant à une valeur manquante pour les cellules des sept variables. Un grand nombre de ces variables représentent des zones éloignées de la Gulf Coast, zones pour lesquelles les données relatives aux variables de risque relatif n'ont pas été compilées. Dans quelques cas, les données pour la Gulf Coast n'étaient pas disponibles et les cellules correspondant à ces zones avaient aussi reçu la valeur 0. Cette caractéristique des données, commune aux sept variables, deviendra claire lorsque nous aurons créé les images de risque relatif et pourrons les visualiser.
Suite à une manipulation, GCRISK.TXT a été importé dans IDRISI en tant que fichier de travail de la base de données appelé RISK1. Nous vous avons fourni ce fichier que nous utiliserons pour créer les images de risque relatif. Nous utiliserons pour cela une fonction de Data-base Workshop qui nous permettra d'attribuer des valeurs à chaque variable de risque relatif dans RISK à l'image GRID.
1 Cette manipulation a consisté à adapter le nombre d'espaces entre les champs. Dans IDRISI, il ne peut y avoir qu'un espace entre deux champs quand un fichier texte est importé dans un fichier de base de données. Cependant, lorsque nous avons extrait GCRISK.TXT de NDP043B, il y avait plusieurs espaces entre certains champs, et il nous a fallu supprimer ces espaces supplémentaires.
g) Exécutez Database Workshop à partir du menu Data Entry ou en cliquant sur son icône dans la barre d'outils. Cliquez sur File/Open et ouvrez la base de données appelée RISK.
Si un message d'erreur apparaît ici, indiquant "Unable to open selected database. File may be read-only, ...." c'est que votre fichier est en "lecture seule" ! Il faut aller dans le "Poste-de-travail" Windows et modifier les propriétés en décochant "lecture seule".
h) Pour créer l'image de risque relatif pour Élévation moyenne, cliquez sur File/Export Values (avl) File. Entrez ELEVATION comme nom du fichier de données, IDR_ID comme nom du champ Link field et ELEVATION comme nom du champ attributaire. Cliquez sur OK. Choisissez ensuite ASSIGN. Dans la boîte de dialogue d'ASSIGN, indiquez GRID comme image de définition d'objet, ELEVATION comme image de sortie et ELEVATION comme fichier de valeurs d'attributs. Cliquez sur OK pour attribuer les valeurs à l'image 2.
2 L'Annexe 3.1 donne la liste des définitions pour cette variable de risque relatif et les six autres variables.
i) Affichez maintenant ELEVATION avec la palette RISK définie par l'utilisateur et une légende. Utilisez d'abord l'option Add Layer (Ajout de couche) pour superposer CELLS et le fichier de symboles Uniform Black et de nouveau pour superposer COAST et le fichier de symboles Uniform White. Les catégories de légendes montrent les valeurs de risque relatif contenues dans ELEVATION. Ouvrez le fichier documentation pour ELEVATION dans Metadata. Cliquez sur l'onglet Légende. Choisissez Copier légende à partir d'un autre fichier. Cliquez deux fois sur GEOLOGIE. La légende doit indiquer : 0 - Missing (Manquant), 1 - Very Low Risk (Risque très faible), 2 - Low Risk (Risque faible), 3 - Moderate Risk (Risque modéré), 4 - HighRisk (Risque élevé) et 5 - Very High Risk (Risque très élevé). Sauvegardez le fichier Metadata (File / Save) et cliquez sur Yes (oui) lorsque vous êtes invité à effacer le fichier.
Comme le montre l'image, la plupart des zones proches de la Gulf Coast sont soumises à un risque élevé ou très élevé d'inondation par suite d'une élévation moyenne. Notez également que les valeurs de risque relatif saisies seulement pour les cellules de grille dans le voisinage immédiat de la Gulf Coast. Les cellules situées loin de la Gulf Coast ont des valeurs manquantes.
Le reste des images de risque relatif pour la Gulf Coast vous a été fourni. Elles ont été créées de la même façon qu'ELEVATION.
j) Utilisez Display Launcher pour voir GEOLOGIE avec la palette RISK définie par l'utilisateur. Utilisez l'option Add Layer d'abord pour superposer CELLS et le fichier de symboles Uniform Black, puis superposez COAST et le fichier de symboles Uniform White parce que ses caractéristiques géologiques, la plupart de la Gulf Coast, présentent un risque élevé et très élevé, à l'érosion et aux inondations.
k) Utilisez Display Launcher pour visualiser GEOMORPH avec la palette RISK définie par l'utilisateur. Dans le cas de la géomorphologie, les zones de risque modéré dominent la Gulf Coast mais il existe aussi des zones à risque très élevé.
l) Utilisez Display Launcher pour visualiser EROSION, l'image des risques relatifs pour le déplacement moyen du littoral, avec la palette RISK. Il y a un mélange de risques modérés, élevés et très élevés d'érosion dans la Gulf Coast par suite d'un déplacement moyen du littoral.
m) Utilisez Display Launcher pour visualiser SUBSID, l'image du risque relatif pour le taux d'affaissement local avec la palette RISK définie par l'utilisateur. Il semble qu'il y ait une division géographique distincte des zones de la Gulf Coast pour cette variable du risque relatif. La moitié est de la Gulf Coast présente un risque très bas alors que la moitié ouest présente un risque élevé et très élevé.
n) Utilisez Display Launcher pour visualiser WVEHGT, l'image du risque relatif pour la hauteur maximum des vagues. Pour ces variables, la Gulf Coast se compose principalement de zones de faible risque mélangées à certaines zones à risque très faible et à risque modéré.
o) Utilisez Display Launcher pour visualiser TIDAL, l'image du risque relatif pour l'amplitude moyenne des marées, avec la palette TIDAL définie par l'utilisateur. Cette variable est caractérisée par des valeurs manquantes, mais lorsque des données sont disponibles, la Gulf Coast présente un faible risque dû à l'amplitude moyenne des marées.
Ces sept images de risque relatif seront utilisées pour calculer la vulnérabilité de la Gulf Coast par rapport aux risques d'érosion et d'inondations. Nous définirons d'abord la vulnérabilité au moyen de deux indices utilisés par Gornitz et White. Puis nous utiliserons des macros pour calculer la vulnérabilité.
Dans leur recherche sur l'évaluation de la vulnérabilité du littoral (coastal vulnerability, CV), Gornitz, White, et Cushman (1991), et Gornitz et White (1991; 1994) ont trouvé et testé six indices de vulnérabilité du littoral (index of coastal vulnerability, CVI ) basés sur sept variables de risque relatif. De ces six indices, deux sont apparus moins sensibles que les autres aux erreurs qui pourraient être commises dans la classification des variables de risque relatif. Ces indices sont les suivants :
1) la racine carrée de la moyenne du produit définie comme suit :
CVI1 = [(x1 * x2 * x3 * x4 * x5 * x6 * x7)/n]1/2
2) la somme des produits, définie comme suit :
CVI2 = [4x1 * 4x2 * 2(x3 + x4)* 4x5 * 2(x6 + x7)]
où :
x1 ; x2 ; x3 ; x4 ; x5 ; x6 ; x7
sont les images des variables de risque relatif pour la Gulf Coast et sont définies comme suit :
x1 = ELEVATION = élévation moyenne
x2 = SUBSID = tendance à l'affaissement local
x3 = GEOLOGY = géologie
x4 = GEOMORPH = géomorphologie
x5 = EROSION = déplacement moyen du littoral (trait de côte)
x6 = WVEHGT = hauteur maximum des vagues
x7 = TIDAL = amplitude moyenne des marées
et 'n' est le nombre de variables de risque relatif dont les valeurs sont supérieures à 0.
Dans un contexte SIG, l'ensemble des opérations analytiques requises pour calculer ces indices de vulnérabilité est appelé Map Algebra puisque les opérations algébriques telles que l'addition, la multiplication et la division sont exécutées sur des cartes ou des images. On peut lancer Map Algebra en exécutant à plusieurs reprises les opérations requises à l'aide des modules appropriés. Cette procédure, cependant, peut s'avérer fastidieuse si le nombre d'opérations est important, comme c'est le cas pour deux indices de vulnérabilité présentés ci-dessus. IDRISI, offre deux techniques permettant de faciliter ces opérations répétitives dont l'une consiste à créer une macro pour la tâche, la seconde fait appel au module IMAGE CALCULATOR. Nous étudierons l'usage des macros dans cette section et IMAGE CALCULATOR dans la suivante.
Dans IDRISI, les macros ont une extension .IML et sont situées dans le répertoire des données. Une macro se compose d'une série de lignes, chacune avec un nom de module et les paramètres nécessaires pour exécuter le module. Quand une macro est exécutée, chaque module est exécuté à son tour. Pour créer une macro, l'utilisateur tape le format de la ligne de commande pour les modules. Le nom du module est suivi d'un 'x' pour indiquer que les paramètres doivent être pris dans la ligne de commande. Tous les paramètres sont alors donnés dans le format particulier spécifié dans le système d'aide en ligne. Par exemple, les paramètres de la ligne de commande, lorsque le module OVERLAY est utilisé pour multiplier deux images seraient :
overlay x 3*image1*image2*output1
où 'overlay' est le module utilisé, 'x' indique que les paramètres de la ligne de commande pour le module overlay sont appelés, '3' se réfère à l'option contenue dans overlay pour la multiplication, 'image1' se réfère à la première image, 'image2' se réfère à la deuxième image, et 'output1' se réfère à l'image de sortie. Les astérisques entre paramètres sont obligatoires dans Idrisi32 Release 2.
Les paramètres de la ligne de commande de la macro pour chaque module se trouvent dans le système d'aide pour ce module.
2. Quels seraient les paramètres de la ligne de commande pour l'opération suivante:
Add ELEVATION et EROSION?
En utilisant ces paramètres de la ligne de commande, nous allons créer et exécuter une macro pour calculer l'indice de vulnérabilité côtière CVI1, la racine carrée de la moyenne du produit.
Grâce aux noms des images de risque relatif créées précédemment, CVI1 est défini comme suit :
CVI1 = [(elevation * subsid * geology * geomorph * erosion * wvehgt * tidal)/7]1/2
Comme l'indice est basé sur le calcul d'un produit, si une cellule de la grille de l'une des sept images contient la valeur 0, cette cellule de la grille dans l'image finale de la vulnérabilité sera alors zéro et sera considérée comme ayant une valeur manquante. Pour éviter la présence éventuelle d'un grand nombre de ces valeurs manquantes dans l'image finale, Gornitz et White ont modifié l'indice comme suit (Beaty, 1995) :
Si une cellule de grille des sept images contient une valeur supérieure à 0, l'indice sera utilisé tel qu'il est. Cependant, si une cellule de grille d'une image contient la valeur 0, cette cellule de grille recevra alors la valeur 1 pour que le produit ne soit pas 0. Mais au lieu de diviser le produit par 7 lors du calcul de l'indice, le produit sera divisé par 6 car il y a six images avec des valeurs effectivement supérieures à 0. De même, si la cellule de grille a la valeur 0 dans deux images, cette cellule recevra alors pour les deux images la valeur 1 et le produit sera divisé par 5 au lieu de 7. Ce processus est illustré par l'exemple de la figure 3.
Sources : didacticiel UNITAR
3. Dans la figure 3, vérifiez la valeur de CVI1 pour chacune des quatre cellules.
Nous allons maintenant procéder au calcul de CVI1 en suivant une série d'étapes utilisant des macros chaque fois que le besoin s'en fait sentir. Dans la séquence, nous allons d'abord calculer le numérateur de l'indice, puis le dénominateur. Pour calculer le numérateur, nous devons remplacer la valeur 0 par la valeur 1 dans les sept images pour que le produit des images ne soit pas 0. Nous devons alors déterminer le produit des images.
Étape 1: Remplacez la valeur 0 dans chacune des sept images par la valeur 1 pour que le produit des images ne soit pas 0. Pour cela, utilisez le module RECLASS.
p) Exécutez RECLASS à partir du menu GIS Analysis/Database Query. Nous reclasserons une image avec une reclassification définie par l'utilisateur (user-defined reclassification). Indiquez ELEVATION comme image d'entrée et appelez la nouvelle image ELEVREC. Attribuez la nouvelle valeur 1 aux anciennes valeurs allant de 0 à celles immédiatement inférieures à 1 et cliquez sur OK. Utilisez Display Launcher pour visualiser ELEVREC avec la palette RISK définie par l'utilisateur et une légende. L'image montre la valeur 0 reclassifiée en valeur 1. Les valeurs de risque allant de 2 à 5 n'ont pas changé par suite de la reclassification.
Puisque cette procédure doit être répétée pour les six autres images de risque relatif, nous pouvons utiliser une macro. Les paramètres de la ligne de commande pour RECLASS pour l'opération qui vient de s'achever sont les suivants :
reclass x i*elevation*elevrec*2*1*0*1*-9999
Nous utiliserons des paramètres de ligne de commande semblables dans la macro pour reclasser les autres images de risque relatif. Vous pouvez accéder à la structure de la ligne de commande pour RECLASS en cliquant sur le texte d'aide dans le module RECLASS. Vous pouvez accéder aux informations relatives aux fichiers de macros et leur structure à l'aide du menu d'aide. Pour cela, allez dans l'aide et cliquez sur la table des matières, puis sur Search (Recherche). Tapez macro, vous obtiendrez plusieurs options de fichiers de macros.
q) Exécutez EDIT à partir du menu Data Entry. Tapez les lignes suivantes (faites un copier coller de la fiche guide !) dans ce fichier :
reclass x I*subsid*subrec*2*1*0*1*-9999
reclass x I*geology*georec*2*1*0*1*-9999
reclass x I*geomorph*geomrec*2*1*0*1*-9999
reclass x I*erosion*erorec*2*1*0*1*-9999
reclass x I*wvehgt*wverec*2*1*0*1*-9999
reclass x I*tidal*tiderec*2*1*0*1*-9999
Une fois les lignes tapées, sauvegardez le fichier en cliquant sur File/Save As. Choisissez Macro File (.iml) comme type de fichier et STEP1 comme nom de fichier, puis sortez du fichier.
r) Allez dans le menu File et cliquez sur RUN MACRO. Indiquez STEP1 comme macro à exécuter et cliquez sur Run Macro. IDRISI indiquera chaque opération dès son achèvement. S'il y a une erreur dans une ligne de la macro, IDRISI n'achèvera pas l'opération indiquée dans cette ligne. Dans ce cas, utilisez l'option EDIT pour corriger l'erreur et exécutez la macro de nouveau. Une fois la macro terminée, utilisez Metadata pour vérifier que les images reclassifiées sont présentes dans le répertoire des données.
Étape 2 : Multipliez les sept images reclassées pour obtenir le numérateur dans CVI1. Pour cela, nous utiliserons le module OVERLAY.
s) Exécutez OVERLAY à partir du menu Analysis/Database Query. Indiquez ELEVREC comme première image, SUBREC comme deuxième image et appelez TMP1 l'image de sortie. Sélectionnez l'option de multiplication de deux images et cliquez sur OK. Utilisez Display Launcher pour visualiser TMP1 avec la palette Quantitative et une légende. La valeur la plus faible est 1 puisque nous avons éliminé les valeurs 0 lors de la première étape ; la valeur la plus élevée est 25 comme les deux variables de risque relatif, élévation et affaissement, ont des valeurs de risque relatif de 5.
Comme cette étape doit être répétée un certain nombre de fois, nous pouvons créer une macro pour exécuter le calcul. Le paramètre de la ligne de commande pour l'opération OVERLAY que nous venons d'achever est :
overlay x 3*elevrec*subrec*tmp1.
Nous utiliserons des paramètres de ligne de commande semblables dans la macro.
t) Exécutez EDIT. Tapez les lignes suivantes dans ce fichier :
overlay x 3*tmp1*georec*tmp2
overlay x 3*tmp2*geomrec*tmp3
overlay x 3*tmp3*erorec*tmp4
overlay x 3*tmp4*wverec*tmp5
overlay x 3*tmp5*tiderec*numerat
Lorsque vous avez fini de taper les lignes, sauvegardez le fichier sous le nom de STEP2.IML de la même façon qu'auparavant, puis fermez EDIT.
u) Cliquez sur RUN MACRO dans le menu File. Spécifiez le fichier en tant que STEP2 et cliquez sur Run Macro. Une fois la macro terminée, utilisez Display Launcher pour visualiser NUMERAT avec la palette Quantitative et une légende. Utilisez l'option Add Layer pour superposer d'abord CELLS et l'image avec le fichier de symboles par défaut, puis COAST avec le fichier de symboles par défaut.
NUMERAT est l'image du numérateur dans CVI1. Les valeurs contenues dans l'image vont de 1 à 11 250. Ainsi, il n'y a pas de cellule de grille dans la Gulf Coast avec un risque relatif de 5 dans les sept images comme la valeur pour cette cellule de grille serait 78 125. Les fichiers TMP* créés par la macro sont des fichiers temporaires qui seront supprimés à la fin.
Ensuite, nous rechercherons le dénominateur de CVI1, en prenant en compte la modification de l'indice étudié au début de cette section. Le dénominateur est une image dans laquelle chaque cellule se compose du nombre d'images de risque relatif ayant des valeurs différentes de zéro pour cette cellule. Par exemple, s'il y a cinq images de risque relatif avec des valeurs différentes de zéro pour une cellule, alors cette cellule dans l'image du dénominateur aura la valeur 5. Pour créer l'image du dénominateur, nous commencerons donc par reclasser les images de risque relatif en images booléennes ayant des valeurs 0 et 1. Puis nous ajouterons les images booléennes pour trouver le nombre d'images ayant des valeurs différentes de zéro par cellule de grille.
Étape 3 : Reclassez les images de risque relatif, cette fois en images booléennes avec seulement deux valeurs, 0 ou 1.
Comme cette étape nécessite l'utilisation répétée du module RECLASS, nous pouvons utiliser une macro. Puisque vous avez déjà une macro avec le module RECLASS, vous devez être en mesure de créer celle-ci par vous-même. Lors de la reclassification, indiquez les mêmes noms que ceux que vous avez utilisés précédemment. Par exemple, ELEVREC pour l'image d'élévation reclassifiée, SUBREC pour l'image d'affaissement reclassifiée, etc., ce qui réécrira les images qui ont été créées précédemment. Indiquez une nouvelle valeur de 1 pour les anciennes valeurs allant de 1 à celles immédiatement inférieures à 6. Appelez la macro STEP3.
4. Quel est le contenu de STEP3 ?
v) Exécutez STEP3. Utilisez Display Launcher pour visualiser ELEVREC avec la palette RISK définie par l'utilisateur. Toutes les valeurs de risque relatif allant de 1 à 5 devraient avoir été remplacées par la valeur 1. Les images booléennes créées à partir des autres images de risque relatif seront semblables à cette image.
Étape 4 : Ajoutez les images booléennes créées ci-dessus pour trouver le dénominateur de CVI1.
Là encore, une macro peut être bénéfique en raison de l'utilisation répétée du module OVERLAY pour l'ajout des images.
Créez une macro appelée STEP4. Appelez l'image finale dans la macro DIVIDER.
5. Quel est le contenu de STEP4 ?
w) Exécutez STEP4, puis utilisez Display Launcher pour visualiser DIVIDER avec la palette Qualitative. Comme il y a sept images booléennes, la valeur la plus faible est 0 et la valeur la plus élevée est 7.
Nous avons maintenant le numérateur et le dénominateur pour CVI1. Dans les étapes suivantes, nous allons les combiner et prendre la racine carrée du résultat pour calculer la vulnérabilité.
Étape 5 : Divisez le numérateur calculé à l'étape 2 par le dénominateur calculé à l'étape 4. Nous utiliserons le module OVERLAY pour cette étape.
x) Exécutez OVERLAY à partir du menu GIS Analysis/Database Query. Indiquez NUMERAT comme première image, DIVIDER comme deuxième image et TMP comme image de sortie. Sélectionnez l'option pour diviser deux images. Acceptez la valeur par défaut pour la division par zéro. Cliquez sur OK. Utilisez Display Launcher pour visualiser TMP avec la palette Quantitative.
Le problème avec TMP est l'importance des valeurs dans l'image pour les cellules avec des valeurs manquantes. Ces valeurs importantes ont été calculées comme le résultat de la division par 0, puisque les valeurs manquantes dans les images utilisées dans cet exercice sont représentées par la valeur 0. Bien que la plus grande partie des logiciels SIG ne reconnaissent pas la division par 0, IDRISI permettra cette division grâce à l'attribution d'une valeur arbitrairement élevée au résultat. Nous éliminerons ces valeurs élevées lors de la dernière étape.
Étape 6 : Utilisez le module TRANSFORM pour trouver la racine carrée de TMP.
y) Exécutez TRANSFORM à partir du menu GIS Analysis/Mathematical Operators. Sélectionnez le type de transformation en racine carrée. Indiquez TMP comme image d'entrée et appelez la sortie SQRROOT. Cliquez sur OK.
Étape 7 : Éliminez les valeurs élevées calculées comme résultat de la division par 0 dans TMP. Pour cela, nous masquerons les cellules ayant les valeurs élevées.
z) Exécutez RECLASS à partir du menu GIS Analysis/Database Query. Indiquez DIVIDER comme image à reclassifier et appelez la sortie MASK. Attribuez une nouvelle valeur de 1 aux anciennes valeurs allant de 1 à celles immédiatement inférieures à 8. Cliquez sur OK. Exécutez ensuite OVERLAY. Indiquez SQRROOT comme première image, MASK comme deuxième image et CVI1 pour la sortie. Sélectionnez l'option de multiplication de deux images. Donnez à l'image de sortie le titre 'Indice de Vulnérabilité du littoral - racine carrée du produit moyen' et cliquez sur OK.
aa) Utilisez Display Launcher pour visualiser CVI1 avec la palette Quantitative. Utilisez l'option Add Layer pour superposer le fichier des vecteurs CELLS sur l'image avec le fichier de symboles Uniform White. Utilisez de nouveau l'option Add Layer pour superposer le fichier de vecteurs COAST et l'image avec le fichier de symboles Uniform Black.
6. Que représentent les valeurs élevées contenues dans CVI1 en termes de vulnérabilité de la Gulf Coast par rapport aux risques d'érosion et d'inondations ?
A l'aide d'un histogramme des valeurs contenues dans l'image CVI1, Gornitz et White (1994) ont adopté trois catégories pour représenter la vulnérabilité de la Gulf Coast aux risques d'érosion et d'inondation : (1) Risque faible (valeurs inférieures à 16 dans CVI1) ; (2) risque modéré (valeurs entre 16 et 22 dans CVI1); et (3) risque élevé (valeurs supérieures à 22 dans CVI1). La Figure 4 représente une zone de la Gulf Coast (près de l'Alabama et de la frontière de la Louisiane) pour laquelle cette reclassification a été exécutée.
Sources : didacticiel UNITAR
ab) A l'aide des modules appropriés contenus dans IDRISI et de l'image indice de vulnérabilité CVI1, reproduisez les résultats de la Figure 4 (Indication : Utilisez RECLASS et Display Launcher). Appelez le résultat CVI1REC.
7. Quelles étapes exécutez-vous pour obtenir ce résultat ?
A titre d'exemple, nous avons calculé CVI1 à l'aide d'une série de macros et d'opérations individuelles. Cependant, toutes les étapes peuvent être entrées dans un fichier de macros permettant de calculer CVI1. Nous vous avons fourni cette macro, sous le nom de CVI1.IML.
ac) Pour visualiser CVI1, exécutez EDIT. Sélectionnez l'option pour un fichier de macros et appelez ce fichier CVI1. Cliquez sur OK pour visualiser le fichier. Toutes les opérations exécutées ci-dessus sont contenues dans cette macro.
Le deuxième indice de vulnérabilité du littoral est la somme des indice des produits. A l'aide des images de risque relatif utilisées dans cet exercice, cet indice peut être défini comme suit :
CVI2 = 4*ELEVATION + 4*SUBSID + 2*(GEOLOGY+GEOMORPH) + 4*EROSION + 2*(WVEHGT+TIDAL)
Bien qu'une macro puisse être écrite
pour cet indice de vulnérabilité, il est plus facile
d'effectuer les opérations requises pour cet indice au moyen
d'Image Calculator. Cliquez sur l'icône
d'Image
Calculator (Elle ressemble à
une calculatrice et est représentée sur la barre de
menu
).
Image Calculator permet deux types d'opérations,
mathématiques et logiques. CVI2 est un exemple d'expression
mathématique puisqu'elle implique des opérations telles
que l'addition et la multiplication. Les opérations logiques
impliquent des expressions telles que "inférieur à"
("less than"),
"différent de" ("not equal
to"), et des expressions booléennes
comme AND et OR.
ad) Entrez le nom CVI2 pour l'image de sortie, puis placez le curseur dans la boîte de dialogue de l'expression à traiter. Cliquez sur la valeur 4 dans la case numérique située à gauche. Cette valeur sera placée dans la case de l'expression à traiter. Cliquez ensuite sur la commande multiplication (*) dans la case opérations située à droite. Cette opération sera placée dans la case expression après le 4. Puis cliquez sur Insert Image au bas de la case numérique située à gauche.
La liste des fichiers s'affichera à l'écran pour vous permettre de choisir un fichier. Sélectionnez ELEVATION et le nom du fichier apparaîtra dans la case expression . Entrez l'expression correspondant à CVI2 de cette façon. Notez que pour les deux opérations impliquant des additions (GEOLOGY et GEOMORPH, et WVEHGT et TIDAL) des parenthèses seront obligatoires aux endroits appropriés. Pour finir, sauvegardez l'expression en cliquant sur Save Expression et en indiquant le nom du fichier CVI2 pour l'expression (extension en .EXP). En sauvegardant l'expression, il n'est pas nécessaire de réentrer l'expression en cas d'erreur. Traitez ensuite l'expression en cliquant sur Process Expression. Quand l'image s'affiche automatiquement, il peut être nécessaire de modifier la palette dans Composer.
8. Quelle est la valeur la plus élevée pour CVI2 ? La valeur la plus faible ? (Si vous souhaitez comparer vos résultats, nous avons prévu l'image réponse avec l'ensemble des données pour cet exercice : ANS8EX3).
A l'aide d'une base de données établie par Gornitz et White (1994), cet exercice a étudié la vulnérabilité de la Gulf Coast des Etats-Unis par rapport aux risques d'érosion et d'inondation. Deux indices de vulnérabilité proposés par Gornitz et White ont été utilisés : (1) un produit moyen modifié et (2) une somme de produits. L'analyse utilisant ces indices reposait sur la catégorie d'opérations de SIG appelée "algèbre cartographique" (Map Algebra). Une partie de l'exercice a illustré l'utilisation de macros pour réaliser Map Algebra. Une autre partie a montré l'utilisation d'IMAGE CALCULATOR dans IDRISI pour exécuter Map Algebra. IMAGE CALCULATOR est bien adapté pour les opérations moins nombreuses et impliquant des expressions mathématiques et logiques simples. Une macro est plus efficace quand un grand nombre d'opérations doivent être effectuées et que certaines des opérations impliquent des modules qui ne sont pas accessibles via IMAGE CALCULATOR.
Du point de vue des risques, la définition de la vulnérabilité adoptée dans l'exercice a été limitée aux caractéristiques physiques de la Gulf Coast, à savoir élévation, géologie, géomorphologie et érosion. Les caractéristiques socio-économiques, par exemple la population totale vivant près des zones côtières, le nombre de structures touchées par l'érosion et les inondations, et les impacts économiques associés à la perte des biens et de la terre, ont été exclus de l'analyse. Néanmoins, l'utilisation des indices pour combiner les données relatives aux différentes caractéristiques de la côte est une étape importante pour l'évaluation et la description de la vulnérabilité d'un endroit aux risques potentiels d'une montée du niveau de la mer.
Beaty, T.W. January 1995. Personal communication.
Dolan, R., et al. 1989. Patterns of erosion along the Atlantic Coast. In Proceedings, Coastal Zone '89, 17-22. New York: American Society of Civil Engineers.
Gornitz, V.M., and T.W. White. 1994. A coastal hazards data base for the U.S. gulf coast. ORNL/CDIAC-60. NDP043B. Environmental Sciences Division Publication No. 4101. Oak Ridge, TN: Oak Ridge National Laboratory.
Gornitz, V.M. and T.W. White. 1991. The global coastal hazards data base. In Future climate studies and radioactive waste disposal: Proceedings of the international workshop held at UEA, Norwich, 1-3 November 1989, 214-224. Norwich, United Kingdom: Climatic Research Unit, School of Environmental Sciences, University of East Anglia.
Gornitz, V.M., T.W. White, and R.M. Cushman. 1991. Vulnerability of the U.S. to future sea-level rise. In Proceedings, Coastal Zone '91, 2354-2368. New York: American Society of Civil Engineers. IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 1992. Global climate change and the rising challenge of the sea. Report of the Coastal Management Subgroup of the Response Strategies Working Group of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC).
Lee, J.K., et al. Application of geoprocessing and simulation modeling to estimate impacts of sea-level rise on the north-east coast of Florida. Photogrammetric Engineering and Remote Sensing 58(11): 1579-1586.
May, S.K., et al. 1983. Erosion of U.S. shorelines. Earth Observing System 65: 521-523.
NB : les mots suivis de "*" font partie du vocabulaire géographique, donc leur définition doit être connue. Faites-vous un glossaire.
