Cas 6 - Calcul de métriques contextuelles#


Les haies ne sont pas isolées dans leur environnement. Elles peuvent être adjacentes ou proches de forêts ce qui assure la connectivité des habitats. Elles ont aussi une position spécifique vis-à-vis du relief local (en bas de pente, au sommet d’une colline, en fond de vallée…) de même qu’une orientation par rapport à la pente locale dominante. Ce module permet de caractériser les haies vis-à-vis de leur contexte spatial.


1. Position topographique des haies#

Pour savoir si la haie est en fond de vallée, en bas de pente ou sur un sommet par exemple, il faut utiliser un MNT et caractériser au préalable les formes du relief. Pour cela, HedgeTools s’appuie sur le calcul des geomorphons disponibles sous GRASS/QGIS (Jasiewicz et Stepinski, 2013).

Les geomorphons correspondent à des motifs caractéristiques du relief classés en 10 catégories :

  • Plat (flat)

  • Sommet (peak)

  • Crête (ridge)

  • Épaule (shoulder)

  • Éperon (spur)

  • Pente (slope)

  • Creux (hollow)

  • Bas de pente (footslope)

  • Vallée (valley)

  • Cuvette (pit)

Ces motifs sont obtenus à l’aide d’un MNT raster, à partir d’une analyse de voisinage adaptatif pour chaque pixel de l’image, en regardant l’altitude relative des pixels voisins par rapport au pixel considéré. Il ne s’agit pas nécessairement des premiers voisins. La distance de voisinage s’adapte au terrain et tient compte des voisins visibles les plus lointains, contraint par une distance maximale de recherche.

L’analyse du voisinage est plus élaborée qu’un calcul de différence d’altitude entre le pixel considéré et les voisins. Elle consiste à estimer la valeur d’une quantité \(\Delta\) fondée sur la comparaison de 2 angles, pour une ligne de visée et une direction choisie : l’angle zénithal (\(\phi\)) entre le pixel considéré et le pixel le plus haut dans le voisinage (soit 90°-l’angle d’élévation maximal qui est l’angle formé entre le plan horizontal et la ligne de visée la plus élevée) et l’angle nadiral (\(\psi\)) entre le pixel considéré et le pixel le plus bas dans le voisinage (soit 90°-l’angle d’élévation minimal qui est l’angle formé entre le plan horizontal et la ligne de visée la plus basse). Ces angles \(\phi\) et \(\psi\) sont positifs et varient entre 0 et 180°. Ils sont évalués selon les 8 directions principales (N, NE, E, SE, S, SW, W, NW) donc pour 8 profils d’altitude différents, jusqu’à une distance \(L\) fixée par l’utilisateur.


Comparaison des angles zénithaux et nadiraux pour estimer la valeur du motif dans la direction W-E.


L’analyse de voisinage renvoie un motif à 8 valeurs (une par direction), chacune ayant 3 modalités possibles : ‘+’ (1) si l’altitude du pixel voisin est plus élevée, ‘-’ (-1) si l’altitude du pixel voisin est moins élevée, ‘0’ pour une altitude équivalente. En pratique, ce sont plutôt les deux angles \(\phi\) et \(\psi\) qui sont comparés pour estimer les modalités. Si la différence \(\Delta\) entre l’angle nadiral et l’angle zénithal est négative (i.e \(\psi\) > \(\phi\)), la modalité prend la valeur -1. Dans le cas contraire (\(\psi\) < \(\phi\)), elle prend la valeur 1. Pour les zones plates, la différence est proche de 0.

En fonction de la composition du motif à 8 valeurs (i.e. estimation des modalités selon les 8 directions), l’algorithme produit un MNT classé localisant les formes du relief (i.e. les geomorphons). Si besoin, vous pouvez également vous reporter à l’aide en ligne de GRASS pour davantage d’explications.


Les 10 formes du relief avec leur motif respectif à 8 valeurs (8 directions et 3 modalités possibles par direction) selon la méthode des geomorphons (Jasiewicz et Stepinski, 2013).


Après le calcul et la localisation de ces geomorphons, il est ensuite possible d’associer à chacun des polygones de haies, le geomorphon majoritaire correspondant. C’est ce qui est fait dans HedgeTools.


  • Dans le menu de HedgeTools, allez dans : Métriques - Contexte > Position topographique

  • Dans la fenêtre de l’outil, renseignez les paramètres avec :

    • Couche de polygones (entrée) : la couche ‘poly_topo’ du fichier ‘pv_topo.gpkg’.

    • Raster d’altitude (MNT) (entrée) : le fichier ‘MNT_mosaic_RGEAlti_dpt50_14.vrt’. Il s’agit d’un MNT issu du RGE Alti à 5 m de résolution spatiale (au format raster virtuel .vrt). Le MNT peut provenir d’une autre source, dont le LiDAR, mais il est préférable d’utiliser un MNT qui n’a pas une trop haute résolution spatiale pour ne pas intégrer trop de particularités topographiques locales.

    • Bande d’altitude (entrée) : bande n°1 (la seule dans le MNT raster)

    • Distance de recherche (mètres) : il s’agit du paramètre \(L\) utilisé pour analyser le voisinge et définir ensuite les formes du relief. Conservez la valeur par défaut à 100 m.

    • Distance à ignorer (mètres) : il s’agit d’un paramètre permettant d’ignorer des variations topographiques locales lors de la construction des géomorphons. Conservez la valeur par défaut à 50 m.

    • Taille de la fenêtre (pixels) : il s’agit d’un paramètre qui fixe la taille de la fenêtre utilisée pour appliquer, en post-traitement, un lissage local du résultat de classification des geomorphons.

    • Couche position topographique (sortie) : couche de polygones en sortie enrichie du geomoporphon majoritaire sur laquelle chaque haie est positionnée. Enregistrez cette couche dans un nouveau geopackage ‘pv_topo_contexte.gpkg’ avec comme nom de couche ‘poly_topo_positionTopo’


Note

Pensez à bien regarder les avertissements dans l’aide de l’outil relative à ce module. Le résultat dépend fortement des paramètres fixés en entrée ainsi que du MNT utilisé et de ce que souhaite l’utilisateur : tenir compte de la topographie très locale ou plus globale. Par ailleurs, si les haies sont trop longues ou avec des changements d’orientation, il est très probable que le point de vue topologique ne soit pas le plus adapté pour le calcul et il est préférable dans ce cas de produire un autre découpage (par intervalle ou orientation).


Relief, pente et Geomorphons obtenus pour les haies du site d'étude.


2. Orientation par rapport à la pente#

Nous allons maintenant évaluer de quelle façon sont orientées les haies par rapport à la pente principale. L’orientation de la haie est basée sur celle de son axe médian et elle est comparée à l’expostion de la pente, dérivée d’un MNT. En fonction la différence entre les deux orientation, les haies sont classées en 4 catégories : sans pente, perpendiculaire à la pente, parallèle à la pente ou en diagonale par rapport à la pente.


  • Dans le menu de HedgeTools, allez dans : Métriques - Contexte > Orientation par rapport à la pente

  • Dans la fenêtre de l’outil, renseignez les paramètres avec :

    • Couche de polygones (entrée) : la couche ‘poly_topo’ du fichier ‘pv_topo.gpkg’.

    • Couche d’arcs (entrée) : la couche ‘arcs_topo’ du fichier ‘pv_topo.gpkg’.

    • Raster d’altitude (MNT) (entrée) : le fichier ‘MNT_mosaic_RGEAlti_dpt50_14.vrt’. Il s’agit du MNT issu du RGE Alti à 5 m de résolution spatiale (au format raster virtuel .vrt). Le MNT peut provenir d’une autre source.

    • Bande d’altitude (entrée) : bande n°1 (la seule dans le MNT raster)

    • Taille de la fenêtre (pixels) : il s’agit d’un paramètre qui fixe la taille de la fenêtre utilisée pour appliquer, en post-traitement, un lissage local du résultat (filtre médian).

    • Tolérance par rapport à la perpendiculaire (angle en °) : il s’agit d’un paramètre qui permet d’accepter de ne pas être strictement perpendiculaire, en ajoutant une différence d’angle positive ou négative par rapport à 90°.

    • Pente minimale (%) : il s’agit d’un paramètre qui permet d’indiquer à partir de quel % de pente il faut considérer que les haies sont en pente. Si la pente est < cette valeur de paramètre, les haies sont considérées comme “à plat”.

    • Utilisation de la position topographique pour les zones plates : les zones plates peuvent être identifiées à l’aide des geomorphons. Choisissez “oui”.

    • Distance de recherche (mètres) : optionnel - il s’agit du paramètre \(L\) utilisé pour analyser le voisinge et définir ensuite les formes du relief. Il n’est utile que si la position topographique est utilisée pour les zones plates. Choisissez “100”.

    • Distance à ignorer (mètres) : optionnel - il s’agit du paramètre permettant d’ignorer des variations topographiques locales lors de la construction des géomorphons. Il n’est utile que si la position topographique est utilisée pour les zones plates. Choisissez “50”.

    • Couche orientation relative (sortie) : couche de polygones en sortie enrichie d’un attribut indiquant l’orientation relative des haies par rapport à la pente. Enregistrez cette couche dans le geopackage ‘pv_topo_contexte.gpkg’ avec comme nom de couche ‘poly_topo_orientationRelative’


Orientation des haies par rapport à la pente.


3. Distance euclidienne aux forêts#

Cet outil calcule la distance euclidienne entre les noeuds (extrémités des haies) et le polygone de forêt le plus proche. La distance est enregistrée dans un nouveau champ de la table des noeuds en entrée, en plus de l’identifiant de chaque forêt concernée. Les forêts peuvent provenir d’une couche fournie par l’utilisateur ou de la couche des forêts obtenues après l’extraction (cf. cas d’usage 0 ou 1)


  • Dans le menu de HedgeTools, allez dans : Métriques - Contexte > Orientation par rapport à la pente

  • Dans la fenêtre de l’outil, renseignez les paramètres avec :

    • Couche de noeuds (entrée) : la couche ‘node_topo’ du fichier ‘pv_topo.gpkg’.

    • Couche de forêts (entrée) : la couche ‘forets’ du fichier ‘tree_cover_H_preT.gpkg’ (cf. cas d’usage 1).

    • Champ ID de la forêt (entrée) : choisissez le champ ‘pid’.

    • Couche distance euclidienne (sortie) : couche de points (noeuds) enrichie d’un attribut indiquant la distance par rapport à la forêt la plus proche ainsi que son identifiant. Enregistrez cette couche dans le geopackage ‘pv_topo_contexte.gpkg’ avec comme nom de couche ‘node_topo_distanceForet’


Distance des noeuds (extrémités des haies) à la forêt la plus proche. Les étiquettes correspondent à l'identifiant des forêts.


Note

La distance à la forêt est calculée à vol d’oiseau, sans tenir compte du réseau de haies. Pour en tenir compte, utilisez l’outil ‘Distance réseau à la forêt’ dans les métriques réseau.