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10. Analyse Spatiale de Vecteurs (Zones tampon)
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Objectifs : |
Comprendre l’utilisation des tampons dans les analyses spatiales de vecteurs. |
Mots clés : |
Vecteur, zone tampon, analyse spatiale, distance de tampon, dissoudre les limites, tampon vers l’extérieur et vers l’intérieur, tampons multiples |
10.1. Aperçu
L”analyse spatiale est le processus de manipulation de l’information spatiale pour en extraire une nouvelle information ou l’interprétation des données originelles. Habituellement, l’analyse spatiale est réalisée avec un Système d’Information Géographique (SIG). Un SIG fournit généralement des outils d’analyses spatiales pour faire des statistiques sur les entités (ex: combien de sommets forment ce polygone ?) ou des géo-traitements comme les tampons autour des entités. Les types d’analyses spatiales varient suivant les sujets d’intérêt. En hydrologie, les utilisateurs souligneront probablement l’importance de l’analyse de terrain et de la modélisation hydrologique. Dans la gestion de la faune sauvage, les utilisateurs seront intéressés par des fonctions analytiques traitant de la localisation de la faune sauvage et leurs relations à l’environnement. Dans ce chapitre, nous évoquerons la création de tampon comme un exemple d’analyse spatiale pouvant être lancée sur des données vecteur.
10.2. La création de tampons en détails
La création de tampon créé généralement deux surfaces: l’une à l”intérieur d’une distance paramétrée des entités, l’autre, à l”extérieur. La surface qui est à l’intérieur de la distance est appelée zone tampon.
Une zone tampon est une surface permettant d’évaluer la distance entre des entités réelles. Les zones tampons sont souvent créées pour définir des emprises de protection de l’environnement, pour la protection des zones résidentielles et commerciales contre les risques industriels ou naturels, ou pour prévenir la violence. Une utilisation typique des zones tampon sont les ceintures vertes entre les surfaces résidentielles et les commerciales, les zones frontalières entre les pays (voir Fig. 10.7), les zones de protection contre le bruit autour des aéroports ou encore les zones de protection le long des rivières.
Fig. 10.7 La frontière entre les Etats-Unis d’Amérique et le Mexique est séparée par une zone tampon (photo prise par le sergeant Jim Greenhill en 2006).
Dans une application SIG, les zones tampon sont toujours représentées comme des polygones vectoriels qui entourent d’autres polygones, lignes ou points (voir Fig. 10.8, Fig. 10.9, Fig. 10.10).
Fig. 10.8 Une zone tampon autour de points.
Fig. 10.9 Une zone tampon autour de polyligne.
Fig. 10.10 Une zone tampon autour des polygones vectoriels.
10.3. Variantes des tampons
Il existe plusieurs variables dans les tampons. La distance tampon ou la taille du tampon peut varier suivant des valeurs numériques fournies par un attribut de la couche vecteur pour chaque entité. Les valeurs numériques doivent être définies en unités de la carte selon le Système de Coordonnées de Référence (SCR) utilisé par les données. Par exemple, la largeur d’une zone tampon le long des berges d’une rivière peut varier suivant l’utilisation des terrains adjacents. Pour les zones de cultures intensives, la distance tampon peut être plus grosse que pour l’agriculture biologique (voir l’illustration Fig. 10.11 et Table table_buffer_attributes).
Fig. 10.11 Tampons autour des rivières avec différentes distances tampon.
Rivière |
Utilisation du terrain adjacent |
Distance tampon (mètres) |
|---|---|---|
Breede River |
Cultures intensives |
100 |
Komati |
Culture intensive du coton |
150 |
Oranje |
Agriculture biologique |
50 |
Telle river |
Agriculture biologique |
50 |
Table des attributs de tampon 1: Table d’attributs avec différentes distances tampon pour les rivières selon l’utilisation du terrain adjacent.
Les tampons autour des entités polylignes, comme les rivières ou les routes, ne doivent pas nécessairement être des deux côtés de la ligne. Ils peuvent être soit du côté gauche, soit du côté droit de l’entité de ligne. Dans ce cas, le côté gauche ou droit est déterminé par la direction depuis le point de départ vers le dernier point de la ligne pendant la numérisation.
10.3.1. Zones tampons multiples
Une entité peut avoir plus d’une zone tampon. Une centrale nucléaire peut avoir des tampons avec des distances de 10, 15, 25 et 30 km pour former plusieurs anneaux autour de la centrale qui servent à établir les plans d’évacuation (voir Fig. 10.12).
Fig. 10.12 Tampons autour d’un point avec des distances de 10, 15, 25 et 30 km.
10.3.2. Créer des tampons avec des bordures dissoutes ou intactes
Les zones tampons ont souvent des limites dissoutes de manière à ce qu’aucune surface ne vienne recouvrir l’autre dans les zones tampons. Dans certains cas, il est parfois utile de conserver ces limites intactes de manière à ce que chaque zone tampon soit un polygone spécifique et que vous puissiez identifier les surfaces qui se recouvrent (voir l’illustration Fig. 10.13).
Fig. 10.13 Zones tampon avec des limites dissoutes (gauche) et intactes (droite), montrant les surfaces se recouvrant.
10.3.3. Créer des tampons à l’extérieur ou à l’intérieur
Les zones tampon autour des polygones s’étendent généralement vers l’extérieur de la limite du polygone, mais il est aussi possible de créer une zone tampon vers l’intérieur de la limite. Disons par exemple que le Département du Tourisme veuille planifier une nouvelle route autour de Robben Island, et que les règles environnementales imposent une distance d’au moins 200 mètres vers l’intérieurs depuis le littoral. Ils peuvent utiliser un tampon vers l’intérieur pour définir la zone des 200 m dans les terres et concevoir une route qui ne dépasse pas cette ligne.
10.4. Problèmes courants / Choses à savoir
La plupart des applications SIG permettent de créer des tampons mais les options de création peuvent varier. Par exemple, toutes les applications SIG ne savent pas créer un tampon soit à droite soit à gaiche d’une entité linéaire, ne savent pas dissoudre les limites des zones tampon ou créer des tampons internes à une limite de polygone.
Une distance tampon doit être définie sous la forme d’un nombre entier ou d’un nombre décimal (à virgule). Cette valeur est exprimée en unités de la carte (mètres, pieds, degrés décimaux) selon le Système de Coordonnées de Référence (SCR) de la couche vecteur.
10.5. Plus d’outils d’analyse spatiale
Les zones tampons sont un outil d’analyse spatiale important et couramment utilisé, mais il en existe bien d’autres que l’on peut utiliser dans un SIG et que l’utilisateur peut explorer.
Le recouvrement spatial est un processus qui permet d’identifier les relations entre deux entités de polygone qui partagent leur surface ou une partie de cette surface. La couche vecteur qui en résulte est une combinaison des informations des entités d’entrée (voir Fig. 10.14).
Fig. 10.14 Recouvrement spatial entre deux couches vectorielles en entrée (a_input = rectangle, b_input = cercle). La couche vectorielle résultante est affichée en vert.
Quelques exemples de recouvrement spatiaux typiques:
Intersection: La couche de sortie contient toutes les surfaces qui recouvrent les deux couches (intersection).
Union: La couche de sortie contient toutes les surfaces combinées des deux couches vecteurs.
Différence symétrique: La couche de sortie contient toutes les surfaces des couches d’entrées sauf les surfaces où les deux couches se recouvrent (intersection).
Différence: La couche de sortie contient toutes les surfaces de la première couche d’entrée qui ne recouvrent pas (intersection) la seconde couche d’entrée.
10.6. Qu’avons-nous appris?
Faisons le point sur ce que nous avons abordé dans cette partie :
Les zones tampons décrivent des aires autour des entités du monde réel.
Les zones tampons sont toujours des polygones vecteurs.
Une entité peut avoir de multiples zones tampons.
La taille d’une zone tampon est définie par une distance tampon.
Une distance tampon est un nombre entier ou décimal.
Une distance tampon peut être différente pour chaque entité d’une couche vecteur.
Les tampons de polygones peuvent être créés à “lintérieur ou à l’extérieur de la limite du polygone.
Les zones tampons peuvent être créées avec des bordures dissoutes ou intactes
Au delà de la création de tampon, un SIG fournit généralement un grand nombre d’outils d’analyse vectorielle pour résoudre des tâches spatiales.
10.7. Maintenant, essayez !
Voici quelques pistes d’actions à essayer avec vos élèves :
En raison de l’augmentation dramatique du traffic automobile, les ubranistes veulent élargir la route principale et ajouter une seconde voie. Créez un tampon autour de la route pour trouver les propriétés qui se trouvent dans la zone tampon (voir Fig. 10.15).
Pour contrôler les manifestations, la police veut établir une zone neutre située au moins à 100m d’un bâtiment. Créez un tampon autour du batiment et colorisez-le de manière à ce que les organisateurs de la manifestation puisse voir la zone tampon.
Une usine de camions veut s’étendre. Le critère d’établissement stipule que le site potentiel doit être à moins d’1km d’une route à fort tonnage. Créez un tampon autour de la route principale pour voir quels sont les sites potentiels.
Imaginez que la ville désire introduire une loi qui stipule qu’aucun vendeur d’alcool ne soit situé à moins de 1000m d’une école ou d’une église. Créez un tampon de 1 km autour de votre école et vérifiez s’il y a des vendeurs d’alcool dans cette emprise.
Fig. 10.15 Zone tampon (vert) autour d’une carte de routes (marron). Vous pouvez voir quelles maisons sont dans la zone tampon pour contacter le propriétaire et discuter avec lui de la situation.
10.8. Pour aller un peu plus loin…
Si vous n’avez pas d’ordinateur sous la main, vous pouvez utiliser une carte topographique et un compas pour créer une zone tampon autour des bâtiments. Faites de petites marques de crayon à égale distance le long de l’entité en utilisant le compas, puis connectez les marques avec une règle !
10.9. Pour aller plus loin
Livres :
Galati, Stephen R. (2006). Geographic Information Systems Demystified. Artech House Inc. ISBN: 158053533X
Chang, Kang-Tsung (2006). Introduction to Geographic Information Systems. 3rd Edition. McGraw Hill. ISBN: 0070658986
DeMers, Michael N. (2005). Fundamentals of Geographic Information Systems. 3rd Edition. Wiley. ISBN: 9814126195
Le Guide de l’Utilisateur de QGIS fournit aussi des informations plus détaillées sur l’analyse de données vectorielles dans QGIS.
10.10. La suite ?
Dans la section suivante, nous aborderons l”Interpolation, un exemple d’analyse spatiale possible sur les données raster.