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Généralisation des cartes topographiques nationales 1:250 000 à Ressources Naturelles Canada.

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1 Généralisation des cartes topographiques nationales 1: à Ressources Naturelles Canada

2 2 Plan de la présentation Un peu de contexte sur la cartographie topographique 1: à RNCan Le modèle de généralisation utilisé pour le développement du prototype Le prototype monté avec FME 2010

3 3 La cartographie topographique au Canada km 2 à cartographier Responsabilité partagée entre les provinces et le gouvernement fédéral Le 1: est léchelle de base de la cartographie nationale qui couvre presque tout le pays jeux de données 1: jeux de données 1:

4 4 État du produit topographique 1: au Canada Le produit 1: est vieux Le produit 1: est encore utilisé: Échelle de reconnaissance Souvent utilisé comme carte de base dans le Nord Beaucoup de téléchargements Le produit 1: nest pas aligné avec le nouveau produit CanVec 1: Il est pressant de créer un nouveau produit CanVec 1:

5 5 La production du 1: à NRCan Le but de ce projet est de dériver automatiquement le 1: à partir des données 1: de la BDG: La vectorisation des cartes papier 1: est complétée Lamélioration de la précision planimétrique des jeux de données 1: est complétée La mise à jour des données 1: du Nord est complétée La cartographie des jeux de données 1: manquant dans le Nord est en train dêtre complétée

6 6 Plan de la présentation Un peu de contexte sur la cartographie topographique 1: à RNCan Le modèle de généralisation utilisé pour le développement du prototype Le prototype monté avec FME 2010

7 7 La problématique de la généralisation automatique La généralisation automatique est un processus très complexe Essaie de simuler le comportement dun cartographe Peu de solutions commerciales offertes sur le marché Collaboration avec le Dr Sabo de lUniversité Laval Une partie du modèle de généralisation du Dr Sabo a été utilisé pour le prototype

8 8 Les fondements dune bonne généralisation automatique Des outils objectifs pour caractériser les objets cartographiques Connaissance en temps réel de létat des objets de la carte durant le processus Décomposition simple et efficace des tâches effectuées par les cartographes Règles permettant de bien guider le processus

9 9 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales

10 10 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales

11 11 Les mesures Les mesures sont utilisées pour calculer les caractéristiques des objets (ou groupes dobjets) de la carte (ex.: la distance entre deux courbes de niveau adjacentes) Les mesures sont employées avant (pour savoir quoi et comment généraliser) et après la généralisation (pour évaluer le succès des opérations de généralisation) Les mesure impliquent des formules mathématiques simples (ex.: la longueur dune ligne), des algorithmes complexes et des structures de données auxiliaires (ex.: la triangulation pour évaluer la proximité)

12 12 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales

13 13 Les contraintes Les contraintes sont des règles auxquelles les données sont confrontées pour respecter les spécifications cartographiques à rencontrer (ex.: Une surface doit respecter laire minimale limite) Les contraintes peuvent être appliquées à un objet (ex.: longueur minimale) ou à plusieurs objets (ex: contraintes de maintien de réseau) Les contraintes utilisent les mesures pour évaluer leurs degrés de satisfaction Pour latteinte de la généralisation, un objet doit respecter plusieurs contraintes

14 14 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales

15 15 Les cas de généralisation et le comportement de généralisation Cas de généralisation: Cest une formalisation des connaissances des cartographes (règles de généralisation) et un outil de communication entre le cartographe et lanalyste/concepteur du processus de généralisation Le cas de généralisation permet de cacher la complexité du « comment généraliser » Le cas de généralisation ne nous dit pas quel algorithme ou paramètre utiliser

16 16 Exemple dun cas de généralisation Pour toutes les végétations qui enfreignent la contrainte Dimension: Aire minimale Si la végétation enfreint la contrainte Position: proximité Agréger la surface avec son voisin Sinon Éliminer la surface Les cas de généralisation et le comportement de généralisation

17 17 Les cas de généralisation et le comportement de généralisation Comportement de généralisation Unité de contrôle qui permet de mettre en œuvre les cas de généralisation Fait le lien entre les contraintes et les opérateurs et les algorithmes de généralisation Des mécanismes pour choisir les algorithmes et les paramètres sont implémentés Ex.: Quand la Contrainte Forme: Détail minimum nest pas satisfaite, simplifier avec Douglas-Peucker et un paramètre prédéfini, et réévaluer la contrainte. Si le résultat natteint pas les critères désirés, utiliser un algorithme différent et/ou un paramètre différent.

18 18 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales

19 19 Opérateurs et algorithmes de généralisation Les opérateurs de généralisation sont des transformations typiques et récurrentes. Ils permettent de décomposer le processus de généralisation en plusieurs parties de façon à gérer la complexité Il y a une douzaine dopérateurs de généralisation classiques: sélection, simplification, lissage, agrégation, déplacement,... Ces opérateurs sont des transformations abstraites et sont implémentés à laide dalgorithme de généralisation Pour chaque opérateur de généralisation, il y a une multitude dalgorithme. Ex.: pour la simplification: Douglas & Peucker, Lang, Wang,...

20 20 Plan de la présentation Un peu de contexte sur la cartographie topographique 1: à RNCan Le modèle de généralisation utilisé pour le développement du prototype Le prototype monté avec FME 2010

21 21 Prototype: Le contexte Nous avons choisi un jeu de données avec: Très peu dentités anthropiques Une topographie modérée Pas de toponyme Le focus est sur le modèle géographique plutôt que cartographique (pas de déplacement) 5 entités à généraliser: courbe de niveau, cours deau, étendue deau, région boisée, terre humide Un contrat avec Safe Software pour développer de nouveaux outils de généralisation dans FME

22 22 Modèle de généralisation Évaluation des caractéristiques des objets géographiques Évaluation du besoin de généraliser et coordination du processus de généralisation Généralisation des objets Données généralisées (Mesures) (Contraintes) (Comportements) (Opérateurs) Spécifications cartographiques cibles Formaliser les connaissances (Cas de généralisation) Caractérisation des propriétés des objets géographiques Données initiales 13 nouvelles mesures 6 nouveaux algorithmes de généralisation

23 23 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Une opération de généralisation de base Nous pensons tous que lalgorithme Douglas- Peucker résout ce problème… Est-ce quil émule le travail du cartographe suffisamment bien? Un exemple avec des courbes de niveau

24 24 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec DP 10m

25 25 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec DP 20m

26 26 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec DP 30m

27 27 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec DP 40m

28 28 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec DP 50m

29 29 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Noir: Courbes de niveau avec DP 50m Les résultats sont inacceptables Est-ce que cela simule le travail dun cartographe Non La simplification Douglas- Peucker ne donne pas de bons résultats pour la généralisation des entités naturelles

30 30 La simplification des lignes Simplification des courbes de niveau Rouge: Original Noir: Courbes de niveau avec lalgorithme Wang et un paramètre de 150m Lalgorithme de Wang enlève les coudes qui sont sous la tolérance et conserve ceux au-dessus Nouvelle option dans FME 2010 Transformer: Generalizer

31 31 La simplification des lignes De bons résultats sont obtenus avec les entités naturelles: Courbes de niveau Végétation Étendues deau … La tolérence peut varier dune entité à lautre Avant la simplification, les lignes qui partagent une frontière commune sont fusionées afin de conserver les relations spatiales

32 32 Agrégation Agrégation par addition Construction de triangles entre les objets rapprochés Dissolution des triangles qui respectent le critère de distance minimale Utilisation de la surface fusionnée pour unir (agréger) les objets originaux Les résultats sont excellents et apparaissent très naturels

33 33 Agrégation Agrégation de courbes de niveau isolées de même élévation Les entités dans les cercles bleus ont été identifiées comme enfreignant la contrainte: Proximité

34 34 Agrégation De très bons résultats avec dautres entités naturelles: Végétation Terres Humides Étendues deau

35 35 Généralisaton de lhydrographie Lhydrographie est la couche la plus importante de notre base de données 1:50 000; >65% des entités et des toponymes sont reliés à leau; La navigabilité est un précepte de base lors de la généralisation de la couche hydrographique Une des prémisses pour obtenir de bons résultats lors de la généralisation est quil faut Arrêter de voir lhydrographie comme une couche graphique mais plutôt… Commencer à utiliser lhydrographie en tant que réseau…

36 36 Généralisaton de lhydrographie La première étape: Dériver un squelette pour toutes les entités de surfaces Déterminer le sens découlement pour les entités dérivées (le squelette) Nouveau transformer de FME 2010 utilisé: NetworkFlowOrientor (pour le sens découlement)

37 37 Généralisaton de lhydrographie La prochaine étape: Différentiation des réseaux linéaires primaire et secondaire Effectuer par lidentification dun seul puits et lutilisation du plus court chemin entre le puits et les différentes sources Le résultat: un réseau (avec cycle) est transformé en arbre (sans cycle) Nouveau transformer de FME 2010 utilisé: -StreamPriorityCalculator -ShortestPathFinder

38 38 Généralisaton de lhydrographie S1 S3 S2 S1 La troisième étape: Application dun classement (ordre de réseau) au réseau hydrographique Deux systèmes de classement de réseaux sont intéressants pour la généralisation: - Le classement de Strahler - Le classement de Horton Dans un premier temps, le classement de Strahler est appliqué au réseau Nouveau transformer FME 2010 utilisé: - StreamOrderCalculator

39 39 Généralisaton de lhydrographie H1 S1 H1 S1 H3 S1 H2 S1 H1 S1 H1 S1 H1 S1 H2 S1 H1 S1 H3 S3 H3 S3 H3 S2 H2 S2 H3 S2 H2 S2 H2 S2 Dans une deuxième passe, le classement de Horton est appliqué au réseau À partir du puits, remonter le réseau afin didentifier le canal principal À chaque jonction, un choix doit être fait afin de suivre soit: - Le chemin le plus droit - Le chemin le plus long - La rivière nommée - Dautres priorités

40 40 Généralisaton de lhydrographie H3 H2 H3 H2 H3 H2 La quatrième étape: Sélection de segments basée sur lordre de Horton Le résultat est comparable au résultat du cartographe Objectivité et répétitivité du processus Méthodologie invariante déchelle

41 41 Généralisaton de lhydrographie Les goulots détranglement dans les surfaces doivent être pris en compte afin de respecter les tailles minimales (largeur et longueur) sur la carte attendue

42 42 Généralisaton de lhydrographie Le Triangulator de FME a été utilisé pour trouver les goulots détranglement des surfaces Des mesures ont été prises sur ces surfaces détranglement afin de déterminer lopération de généralisation à effectuer

43 43 Généralisaton de lhydrographie Deux opérations de généralisation ont été exécutées sur les surfaces détranglement: - Exagération - Réduction (surface à ligne) Réduction Exagération

44 44 Dautres nouveaux outils FME utilisés dans le prototype Boîte englobante orientée de façon à mieux évaluer la largeur et la longueur dun objet Exagération dun objet de façon à le faire correspondre à une taille donnée

45 45 Dautres nouveaux outils FME utilisés dans le prototype Déplacement de Nickerson qui édite/déplace une portion de ligne qui est trop près dun autre objet

46 46 Conclusions Les cas de généralisation représentent la pierre angulaire du processus de généralisation Les résultats du prototype laissent présager quil serait possible de généraliser automatiquement les données de la BDG et obtenir des résultats satisfaisants Il manque encore certains outils pour faciliter la généralisation des données géospatiales dans lenvironnement FME

47 47 ??? Questions


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