Que sont les données raster ?

Dans sa forme la plus simple, un raster se compose d'une matrice de cellules (ou pixels) organisées en lignes et en colonnes (grille) dans laquelle chaque cellule contient une valeur représentant des informations ; la température, par exemple. Les rasters sont des photographies aériennes numériques, des images satellite, des images numériques, voire des cartes numérisées.

Les données stockées sous un format raster représentent des phénomènes réels :

• Les données thématiques (désignées également sous le nom de données discrètes) représentent des entités telles que des données de sol ou d'occupation du sol.
• Les données continues représentent des phénomènes tels que la température ou l'altitude, ou encore des données spectrales telles que des images satellite et des photographies aériennes.
• Les images incluent des cartes ou dessins numérisés et des photographies de constructions.

Les rasters thématiques et continus peuvent être affichés sous la forme de couches de données avec d'autres données géographiques sur votre carte. Cependant, ils sont, le plus souvent, utilisés comme données source à des fins d'analyse spatiale avec l'extension ArcGIS Spatial Analyst. Les rasters d'images sont souvent utilisés comme attributs dans des tables. Ils peuvent être affichés avec des données géographiques et véhiculer des informations supplémentaires sur les entités cartographiques.

Pour en savoir plus sur les données thématiques et continues

Bien que leur structure soit relativement simple, les données raster se révèlent particulièrement utiles pour un large éventail d'applications. Dans un système SIG, on compte quatre catégories principales d'utilisation :

• Rasters sous la forme de fonds de carte

  Dans un SIG, les données raster sont couramment utilisées comme arrière-plan pour d'autres couches d'entités. Ainsi, les orthophotographies affichées sous d'autres couches donnent à l'utilisateur de la carte la garantie que les couches sont alignées spatialement et qu'elles représentent des objets réels, ainsi que des informations supplémentaires. Les trois principales sources de fonds de carte raster sont les orthophotographies aériennes, les images satellite et les cartes numérisées. L'image ci-dessous illustre un raster utilisé comme fond de carte pour des données de route.

• Rasters sous la forme de cartes de surface

  Les rasters sont particulièrement bien adaptés à la représentation des données qui évoluent constamment sur un paysage (surface). Ils constituent une méthode efficace pour le stockage de la continuité en tant que surface. Ils fournissent également une représentation des surfaces avec espacements réguliers. Les valeurs d'altitude mesurées à partir de la surface de la Terre constituent l'application la plus fréquente des cartes de surface. Cependant, d'autres valeurs, comme les précipitations, la température, la concentration et la densité de population, peuvent également définir des surfaces analysables spatialement. Le raster ci-dessous affiche l'altitude ; le vert est utilisé pour représenter une faible altitude, tandis que les cellules rouges, roses et blanches affichent des altitudes supérieures.

• Rasters sous la forme de cartes thématiques

  Des rasters représentant des données thématiques peuvent être dérivés de l'analyse d'autres données. Une application d'analyse courante consiste à classer une image satellite selon les catégories d'occupation du sol. D'une façon générale, cette activité regroupe les valeurs de données multispectrales dans des classes (un type de végétation, par exemple) et attribue une valeur catégorielle. Les cartes thématiques peuvent également provenir d'opérations de géotraitement combinant des données de diverses sources, telles que des données vectorielles, raster et MNT. Vous pouvez, par exemple, traiter des données via un modèle de géotraitement afin de créer un jeu de données qui affecte une aptitude pour une activité spécifique. Vous trouverez, ci-dessous, un exemple de jeu de données raster classé qui affiche l'occupation du sol.

• Rasters en tant qu'attributs d'une entité

  Les rasters utilisés comme attributs d'une entité peuvent être des photographies numériques, des documents numérisés ou encore des dessins numérisés liés à un emplacement ou un objet géographique. Une couche de parcelles peut contenir des documents juridiques identifiant la dernière transaction concernant cette parcelle. Autre exemple : une couche représentant des ouvertures de caverne peut contenir des photos des ouvertures réelles, associées aux entités ponctuelles. La photo numérique ci-dessous représente un vieil arbre de grande envergure qui peut être utilisé comme attribut d'une couche de paysage.

Pourquoi stocker des données sous la forme d'un raster?

Il arrive que vous n'ayez pas la liberté de stocker vos données sous la forme d'un raster ; c'est le cas, par exemple, lorsque les images sont disponibles uniquement sous cette forme. Cependant, de nombreuses entités (telles que des points) et mesures (telles que les précipitations) différentes peuvent être stockées en tant que type de données raster ou type de données d'entités (vecteur).

Les avantages liés au stockage des données en tant que raster sont les suivants :

• Une structure de données simple ; une matrice de cellules comportant des valeurs représentant des coordonnées et parfois reliée à une table attributaire.
• Un format puissant pour une analyse statistique et spatiale sophistiquée.
• Possibilité de représenter des surfaces continues et d'effectuer des analyses de surface.
• Possibilité de stocker de manière uniforme les points, les lignes, les polygones et les surfaces
• Possibilité d'effectuer des opérations de superposition rapides avec des données complexes.

Certaines observations relatives au stockage des données sous la forme d'un raster peuvent vous inciter à utiliser une option de stockage vectorielle. Par exemple :

• Il peut y avoir des imprécisions spatiales dues aux limites imposées par les dimensions des cellules du jeu de données raster.
• Les jeux de données raster sont potentiellement très volumineux. La résolution augmente à mesure que la taille de la cellule diminue. Toutefois, le coût augmente aussi, en principe, que ce soit en termes d'espace disque ou de vitesse de traitement. Pour une surface donnée, le passage des cellules à la moitié de la taille actuelle nécessite le quadruple de l'espace de stockage, en fonction du type de données et des techniques de stockage employées.

  Pour en savoir plus sur la taille des cellules

• Il convient également de tenir compte d'une perte de précision qui découle de la restructuration des données dans une limite de cellules raster régulièrement espacées.

Pour en savoir plus sur la représentation des entités dans un jeu de données raster

Caractéristique générale des données raster

Dans des jeux de données raster, chaque cellule (appelée également pixel) possède une valeur. Les valeurs des cellules représentent le phénomène induit par le jeu de données raster, tel qu'une catégorie, une magnitude, une hauteur ou une valeur spectrale. La catégorie peut être une classe d'utilisation du sol ; une prairie, une forêt ou une route, par exemple. Une magnitude peut représenter la gravité, la pollution par le bruit ou le pourcentage de précipitations. La hauteur (distance) peut représenter l'altitude de surface au-dessus du niveau moyen de la mer, laquelle peut être utilisée pour dériver les propriétés des bassins versants, de pente et d'exposition. Les valeurs spectrales sont utilisées en imagerie satellite et en photographie aérienne pour représenter la réflectance à la lumière et la couleur.

Les valeurs des cellules peuvent être positives ou négatives, entières ou à virgule flottante. Les valeurs entières conviennent mieux pour représenter des données catégoriques (discrètes) et les valeurs à virgules flottantes pour représenter des surfaces continues. Pour de plus amples informations sur les données discrètes et continues, consultez la rubrique Données discrètes et continues. Les cellules peuvent également contenir une valeur NoData pour représenter l'absence de données. Pour plus d'informations sur les valeurs NoData, reportez-vous à la rubrique Valeurs NoData dans les jeux de données raster.

Les rasters sont stockés sous la forme d'une liste ordonnée de valeurs de cellule, par exemple, 80, 74, 62, 45, 45, 34, etc.

La zone (ou surface) représentée par chaque cellule possède une largeur et une hauteur identiques, et constitue une portion égale de l'intégralité de la surface représentée par le raster. Par exemple, un raster représentant une altitude (c'est-à-dire un modèle numérique de terrain) peut couvrir une superficie de 100 kilomètres carrés. Si ce raster était constitué de 100 cellules, chacune d'elles représenterait 1 kilomètre carré de largeur et de hauteur identiques (c'est-à-dire 1 km x 1 km).

La dimension des cellules peut être aussi grande ou aussi petite que nécessaire pour représenter la surface indiquée par le jeu de données raster et les entités qui y sont contenues (par exemple, un kilomètre carré, un pied carré ou même un centimètre carré). La taille des cellules détermine le degré de grossièreté ou de finesse de l'apparence des motifs ou des entités du raster. Plus la taille de cellule est petite, plus le raster est lisse ou détaillé. Toutefois, plus le nombre de cellules est élevé, plus le traitement est long et plus l'espace de stockage nécessaire est important. Si une taille de cellule est trop grande, des informations peuvent être perdues ou des motifs subtils peuvent être masqués. Par exemple, si la taille de cellule est supérieure à la largeur d'une route, il se peut que celle-ci n'existe pas dans le jeu de données raster. Dans le diagramme ci-dessous, vous pouvez voir comment cette entité surfacique simple est représentée par un jeu de données raster selon différentes tailles de cellule.

L'emplacement de chaque cellule est défini par la ligne ou la colonne de la matrice raster dans laquelle elle se situe. La matrice est essentiellement représentée par un système de coordonnées cartésien dans lequel les lignes de la matrice sont parallèles à l'axe x et les colonnes à l'axe y du plan cartésien. Les valeurs de ligne et de colonne commencent par 0. Dans l'exemple ci-dessous, si le raster se trouve dans un système de coordonnées projetées UTM (Universal Transverse Mercator) et a une taille de cellule de 100, l'emplacement de cellule à 5,1 serait 300,500 Est, 5,900,600 Nord.

Pour en savoir plus sur la transformation du jeu de données raster

Il arrive fréquemment que vous deviez spécifier l'étendue d'un raster. L'étendue est définie par les cordonnées supérieure, inférieure, gauche et droite de la zone rectangulaire couverte par un raster, comme illustré ci-dessous.