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Les outils géomatiques dans le
projet ExTraCar
Yves Cornet, Télédétection et photogrammétrie,
Unité Géomatique, Ulg
Colloque ExTraCar du 9 mai 2016 Palais des Congrès, Liège
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Géomatique / ExTraCar • Nature des données géographiques
– Spatiales et Temporelles
• Objet de l’analyse géographique – Interactions spatio-temporelles
• Spécificités des données ExTraCar – Réseau – Lieu, moment et valeur incertains
• Gestion et traitement des données spécifiques – Requêtes contextuelles (spatiales, temporelles) et attributaires
• Opérateurs quantitatifs (voisinage, proximité, orientation, relationnels) • Opérateurs qualitatifs (topologie et géométrie projective)
– Jointures et agrégations (spatiales, temporelles) sous contraintes variées
• Analyse et présentation des résultats – Alphanumérique : ex. Tableaux – Graphique : ex. Cartes
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 2
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Plan
• Rappels de concepts fondamentaux
– Réseaux et segmentation dynamique
– Interactions spatiales et/ou temporelles, requêtes, jointures et agrégations
• Deux outils « développés »
– (1) Correction des incohérences spatio-temporelles
– (2) Géométrie des Street canyons
• Conclusions
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 3
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Rappels de concepts fondamentaux
• Réseau
– Graphe (planaire !!)
– Arcs orientés (arêtes)
• Nœud de départ
• Nœud d’arrivée
– Routes
• PICC (axes)
• Il faut structurer le réseau et alimenter les tables (connexité)
• Mesures ExTraCar
– GPS et Black C
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 4
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Rappels de concepts fondamentaux
• Réseau
– Graphe (planaire !!)
– Arcs orientés (arêtes)
• Nœud de départ
• Nœud d’arrivée
– Routes
• PICC (axes)
• Il faut structurer le réseau et alimenter les tables (connexité)
• Mesures ExTraCar
– GPS et Black C
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 5
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Rappels de concepts fondamentaux
• Réseau
– Graphe (planaire !!)
– Arcs orientés (arêtes)
• Nœud de départ
• Nœud d’arrivée
• Sommets (vertices)
– Routes
• PICC (axes)
• Il faut structurer le réseau et alimenter les tables (connexité)
• Mesures ExTraCar
– GPS et Black C
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 6
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Rappels de concepts fondamentaux
• Réseau
– Graphe (planaire !!)
– Arcs orientés (arêtes)
• Nœud de départ
• Nœud d’arrivée
• Sommets (vertices)
– Routes
• PICC (axes)
• Il faut structurer le réseau et alimenter les tables (connexité)
• Mesures ExTraCar
– GPS et Black C
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 7
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Rappels de concepts fondamentaux
• Réseau
– Graphe (planaire !!)
– Arcs (arêtes) orientés
• Nœud de départ
• Nœud d’arrivée
• Sommets (vertices)
– Routes
• PICC (axes)
• Structurer le réseau et alimenter les tables (connexité)
• Mesures ExTraCar
– GPS et Black C
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 8
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Rappels de concepts fondamentaux • Segmentation dynamique
– Routes et sections
– Mesures ExTraCar • Evènements ponctuels théoriquement sur un arc
• Théoriquement un arc appartenant à une route (itinéraire)
• Arcs d’une route parcourus selon leur orientation ou en sens inverse
• Route parcourue dans les deux sens (vitesse positive ou négative)
• Cumul des distances depuis l’origine de la route
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Rappels de concepts fondamentaux
• Interactions spatiales entre entités géographiques – Requêtes spatiales (géométrie projective et topologie)
• Ex. 1 Sélection des polygones à droite des arcs (géométrie
projective)
• Ex. 2 Longueur cumulée de côtes par commune française
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 10
Source: Hallot, 2006
Covers
Source: ESRI, 2007. ArcGIS Release 9.2 Last Modified March 15, 2007
Rcover(A,B) B° intérieur
dB frontière
B- extérieur
A° 1 1 1
dA 0 1 1
A- 0 0 1
Covered by
Overlap
Disjoint
Meet
Contains Equal
Inside
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Rappels de concepts fondamentaux
• Interactions spatiales entre entités géographiques
– Requêtes spatiales (voisinage, proximité, jointure spatiale
• Ex. 1 Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment (positions, distance et gisement)
• Ex. 2 Création d’une zone tampon (contrainte de distance) asymétrique à droite des arcs et jointure spatiale entre tous les bâtiments intersectant la zone tampon et l’arc du réseau le plus proche
– Requête complétée par agrégation spatiale et extraction de statistiques
• Ex. 3 Agrégation par arc des hauteurs de ces bâtiments et calcul des statistiques (minimum, maximum, moyenne, écart-type …)
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 11
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Deux outils développés
• (1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• (2) Géométrie des Street canyons
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 12
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Exemples d’erreurs de positionnement
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 13
Source : ISSeP Source : ISSeP
Dues au signal GPS
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Exemples d’erreurs de positionnement
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 14
700 m
Dues au signal GPS Dues à la complexité du parcours
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Exemples d’erreurs de positionnement
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 15
75 m
Trajet GPS
Itinéraire de
référence
0 100 m
Dues au signal GPS Dues à la complexité du parcours
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Solution (Chr. Louis, mémoire Master) – Map-Matching
• Appariement de deux sets de données à caractère géographique
– 2 étapes • Identification du segment parcouru
• Détermination de la position sur ce segment
– 4 approches • Géométrique
• Topologique
• Probabiliste
• Avancée
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 16
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Importation des données et modélisation conceptuelle
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 17
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– « Base de connaissances élémentaires »
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 18
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 19
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching – nœuds et virages
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 20
m 0 200
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching - points proches
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 21
m 0 120
Itinéraire de référence
Points GPS
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching - points proches
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 22
Itinéraire de référence
Points GPS
Points projetés
m 0 120
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching - Dead-Reckoning
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 23
Itinéraire de référence
Points GPS
Points projetés
m 0 120
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Description de la méthode développée
– Map-matching – interpolations
heure de passage en un point + concentration
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 24
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Résultats
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 25
Mètres 0 1200
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Validation
– Traitement d’autres itinéraires (non illustré)
– Traitement de mesures par 6 GPS sur un même vélo sur un seul trajet
• Comparaison de la distance et du temps de parcours en chaque point
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 26
Trajet Ecart spatial avec la moyenne (mètres) Ecart temporel avec la moyenne (secondes)
1 -1,4 0,36
2 -0,5 0,13
3 -2,1 0,51
4 2,1 -0,53
5 0,8 -0,23
6 1 -0,24
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Validation
– Localisation des pics de pollution sur le trajet parcouru par un vélo avec 6 GPS
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 27
Pics de
pollution
Ecart-type (mètres)
1 9,7
2 8,7
3 2,5
4 1,9
5 2
6 1,8
1
2 3
4
5 6
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Validation
– Localisation des pics de pollution sur ce trajet parcouru par un vélo avec 6 GPS
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 28
Pics de
pollution
Ecart-type (mètres)
1 9,7
2 8,7
3 2,5
4 1,9
5 2
6 1,8
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Validation
– Conséquences des erreurs de positionnement sur les valeurs de concentration en carbone noir
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 29
Pics de
pollution
Ecart-type /
Concentration (%)
1 26
2 30
3 36
4 33
5 30
6 185
1
2
3 4
5 6
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Validation
– Conséquences des erreurs de positionnement sur les valeurs de concentration en carbone noir
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 30
1
2 3
4
5 6
1
2 3
4
5
6
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(1) Correction des incohérences spatio-temporelles
• Conclusions et perspectives
– Map-Matching géométrique/topologique
• Solution satisfaisante pour l’appariement
– Mais
• Tests limités
• Configurations d’itinéraires non prévues (3 passages)
• Version b
– Améliorations
• « Base de connaissance élargie »
• Validation indépendante
• Réseau complet
• Cartographie
• Analyse de la pollution (SOLAP p. ex)
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 31
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(2) Géométrie des Street canyons
• Hauteur des bâtiments (à gauche et/ou à droite des arcs représentant les axes routiers)
• Orientation (gisement de ces arcs)
• Largeur des canyons urbains
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 32
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol (axe PICC) le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 33
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 34
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 35
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 36
Mesures de hauteur des façades
Mesures de demi-largeur du Canyon urbain
Mesures de l’orientation (vent) Si le gisement des arcs est connu
Jointure avec contrainte et agrégation
Hauteur moyenne (à droite) Largeur moyenne
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 37
X et Y du nœud d’origine X et Y du nœud destination
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 38
Gisement Orientation Le sens n’est pas pris en compte
(2 premiers quadrants)
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 39
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 40
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
– Jointure
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 41
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
– Jointure et agrégation
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 42
…
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
– Jointure et agrégation
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 43
Agrégation par arc (droite) Extraction de statistique
Sur la différence en Z (hauteur) (moyenne, minimum, maximum, écart-type …)
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(2) Géométrie des Street canyons
• Recherche du point coté au sol le plus proche de chaque bâtiment
– Proximité (positions, distance et gisement)
– Point origine et point destination
– Gisement des arcs
– Zone tampon asymétrique
– Jointure et agrégation
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 44
Agrégation par arc (gauche et droite) Extraction de statistique
Distance horizontale (Demi-largeur) (moyenne)
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Conclusions
• Interaction technique ISSeP Géomatique
– Echanges informels + comité de suivi +++
– Parcours à vélo ++
– Mémoire Chr. Louis +
– Base de données géographiques (Web-GIS) --
– Cartographie (Web-Mapping) --
Colloque EXTRACAR – 9 mai 2016 45