Sig chap-3-2010 2011
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Sig chap-3-2010 2011 Sig chap-3-2010 2011 Presentation Transcript

  • Systèmes d’Information à Référence Spatiale Dorra Ben Ayed & Sami MEZGHANI
  • Chapitre 3 Les fonctionnalités du systèmed’information à référence spatiale (les 5 A)
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’AnalyseL’Affichage 3
  • Introduction (1)En informatique, une chaîne de traitements est définie comme«« un ensemble de travaux «enchaînés» exécutés à la suite lesuns des autres et considérés comme une partie duneapplication »»En géomatique, on peut décrire ces travaux «enchaînés» parcinq étapes essentielles que l’on surnomme les cinq « A »:Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et AffichageCes termes résument les fonctionnalités que tous les systèmesdoivent assurer mais cachent leur diversité : différents modèlesmis en oeuvre, nombreuses applications, présentations multiplesdes données, variété des informations et capacités de stockage. 4
  • Introduction (2)Cette chaîne de traitements doit être réalisée dansl’ordre pour amener les données spatiales àproduire une information répondant à un besoin.Cette chaîne de traitements est néanmoins unprocessus itératif puisqu’il est possible qu’aucours de la réalisation d’une étape, qu’il soitnécessaire de reprendre en totalité ou enpartie une étape antérieure pour permettreune bonne continuité de la chaîne. 5
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’AnalyseL’Affichage 6
  • L’Abstraction (1)En philosophie, l’abstraction est définiecomme : la démarche de lesprit quiconsiste, au cours dun raisonnement, àéliminer les aspects les moins pertinents dela réflexion pour ne considérer que ceux quisont essentiels.L’abstraction permet de définir le modèlequi servira à représenter le plusfidèlement possible le territoire endéfinissant les caractéristiques et lesrelations des objets le composant. 7
  • L’Abstraction (2) La figure suivante illustre bien la complexité de l’étape de l’abstraction à définir les relations entre les objets du monde réel Si la personne illustrée souffrait de diarrhées fréquentesun autre spécialiste peutvoir d’autres facteurscomme: un expert en eau potable• la météo des derniers pourrait vouloirjours, effectuer :• la proximité de l’usine,• la consommation • des analyseshebdomadaire de de l’eau du puitspoissons nageant dansune rivière contaminée 9
  • L’Abstraction (3) Pour effectuer l’abstraction, ces spécialistes créeront chacunun modèle de la réalité en fonction de leurs besoins, quine sont pas les mêmes. chacun définira ou modélisera des objets du monderéel d’une façon différente et avec un niveau d’abstractiondifférent 10
  • L’Abstraction (4)Les points importants pour l’élaboration d’un modèle abstrait : identifier de manière la plus exhaustive possible les éléments du monde réel devant être étudiés; caractériser pleinement les données à acquérir (données descriptives); déterminer les relations d’interdépendance (spatiale ou non) entre les éléments du monde réel; impliquer dès le début du processus de modélisation tous les intervenants et utiliser un langage commun connu et reconnu par tous. 11
  • L’Abstraction (5)Ces choix sont effectués: En fonction d’objectifs à atteindre ou plus généralement En fonction des problématiques à résoudre.Le monde réel est ainsi modélisé en fonction desbesoins, ce qui permet de définir précisément lecontenu du système. 12
  • L’Abstraction (6)La modélisation doit prendre en compte lesobjectifs attendus du système d’information.Pour cela les méthodes utilisées pour la réalisationdes systèmes d’information « classiques » sontvalables.Un exemple de modèle d’abstraction est celuiutilisé par les modèles conceptuels de données(MCD), qui permettent de représentergraphiquement les objets, leurs caractéristiques etleurs relations. 13
  • L’Abstraction (7)Exemple d’une abstraction Les voies de communication d’un territoire Cas 1 moyens de communicationterrestre existants entre deux lieux quelconque du territoire, Cas 2 peuvent aussi exprimer simplement que l’on peut aller d’un point à un autre 14
  • L’Abstraction (8)Exemple d’une abstraction Les voies de communication d’un territoire Cas 1 moyens de communicationterrestre existants entre deux lieux quelconque du territoire, Cas 2 peuvent aussi exprimer simplement que l’on peut aller d’un point à un autre 15
  • L’Abstraction (9)Exemple d’une abstraction Les voies de communication d’un territoire Cas 1 Cas 2 moyens de communication aller d’un point à un autreDans ce cas il sera important de alors que dans ce second casconnaître: il faut mettre l’accent sur•les différents tronçons de route, l’existence même de la voie•leurs caractéristiques physiques de communicationpermettant d’estimer leur capacité indépendamment de sa naturede trafic (chemin sentier voies ferrées ou autres) 16
  • L’Abstraction (10)Exemple d’une abstraction Les voies de communication d’un territoire Cas 1 Cas 2 moyens de communication aller d’un point à un autreDans la première approche, chaque Dans la deuxième approcheroute sera décrite par plusieurs seule l’information surtronçons jointifs. Un tronçon l’existence d’unecorrespondra à une partie de la route entre deux lieux estroute le long duquel les importante.renseignements attributaires sontconstants. On aura donc un tronçon chaque fois que deuxUn nouveau tronçon devra être points du territoire serontcréé chaque fois que l’une des reliés par une routecaractéristiques changera. directe. 17
  • L’Abstraction (11)Exemple d’une abstractionLe choix d’une des deux modélisations est intimement liéaux objectifs assignés au système d’information. Les voies de communication d’un territoire Cas 1 Cas 2moyens de communication aller d’un point à un autre la gestion du réseau calcul d’itinéraire 18
  • L’Abstraction (12)Exemple d’une abstractionPrenons l’exemple de la mise en place d’un circuittouristique lié au patrimoine historique d’un pays : des bornes interactives situées dans les gares et syndicats d’initiatives permettent de constituer un circuit selon un thème et son moyen de locomotion. On représente tous les lieux pouvant accueillir des touristes, reliés par des axes de communication afin que le voyageur puisse choisir son mode de transport en fonction du temps dont il dispose
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’AnalyseL’Affichage 21
  • Acquisition des données géographiquesDéfinition :L’acquisition des données géographiques consiste auregroupement de diverses sources permettant la saisie desdonnées géographiques dans le but de leurs intégration dansun système à référence spatiale.Un SIG ne peut fonctionner que sil contient des données.L’acquisition des données est la phase la plus coûteuse dansla mise en place d’un projet SIG. Il y a donc tout intérêt à bien définir ses besoins et àcomparer lensemble des données disponibles. 22
  • Acquisition des données géographiquesA partir du moment où lon a défini les informationsnécessaires à notre besoin, il reste à régler laquestion du choix du mode dacquisition desdonnées : si les données existent déjà, les importer ou dans le cas contraire, les saisir. ou les acquérir auprès des organismes nationaux et internationaux 23
  • Il existe des organismes nationaux ou internationaux producteursou revendeurs : de données de références : IGN (Institut Géographique National), INSEE (Institut National de la Statistique et des Études Économiques), DGI (Direction Générale des Impôts) MEGRIN (Multipurpose European Ground Related Information Network) TéléAtlas, Spot Image, Michelin, … de données thématiques : INSEE, SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine), IFEN (Institut Français de l’Environnement), Météo France, Médiapost, concessionnaires de réseaux, IGN, observatoires régionaux (Système d’Information Régional) …Il existe des producteurs locaux, cabinet de géomètres, sociétés deservices, service de l’Etat, collectivités territoriales,concessionnaires de réseaux, SIR …
  • Mode d’Acquisition des données géographiquesSi les données existent déjà, les importer :Import de fichiers Les SIG offrent généralement trois types de moyens dimporter des données : importer une base de données structurée dans un format interne à un SIG: Ce moyen convient entre les SIG dun même type mais est plus délicat entre des SIG de types ou de versions différentes. importer un fichier "à plat", simple fichier textes contenant toutes les informations structurées de façon simple. Néanmoins un important travail de structuration des données est nécessaire pour coïncider avec la structure interne du SIG. passer par une des normes déchange disponible sur le marché. Ce troisième moyen est le plus économique à long terme. 25
  • Mode d’Acquisition des données géographiques Si les données n’existent pas: il faut créer une base de donnéesNumérisation de nouvelles couches de données 26
  • Mode d’acquisition des données géographiquesMode d’acquisition( Par Numérisation de nouvelles couches de données) Levés topographiques Photos aériennes Images satellitaires GPS Digitalisation Scannage de plans 27
  • Mode d’acquisition des données géographiques Levés topographiques :Théodolite Un théodolite est un instrument de géodésie complété d’un instrument d’optique, mesurant des angles dans les deux plans horizontal et vertical afin de déterminer une direction. Il est utilisé pour réaliser les mesures d’une triangulation ( mesure des angles d’un triangle). fonctionnalités offertes pour ajuster et régler les mesuresCet appareil permet d’obtenir le tracé de proche en proche à partir d’un pointde référence 28
  • Mode d’acquisition des données géographiquesLevés topographiques Les géomètres vont sur le terrain et utilise la lunette visée permettant de mesurer des distances et des angles horizontaux et verticaux. Utilisation sur terrain Lappareil peut enregistrer un code en plus de la positiondun point. Le code permet didentifier le point relevé, ce quifacilite le travail de dessin à lordinateur. Toutes sortes dobjets peuvent avoir leur code (coins, portesde bâtiments, trottoirs, tampons, fossés, etc.) 29
  • Mode d’acquisition des données géographiquesPhotos aériennes Ensemble de clichés effectués à plusieurs kilomètres d’altitude 30
  • Mode d’acquisition des données géographiquesPhotos aériennes Exemple de canevas de photos aériennes L’ensemble de clichés fusionnés permet d’obtenir une photo complète d’une zone Les clichés photographiques obtenus nous permettent de déterminer les coordonnées et l’altimétrie des points 31
  • Mode d’acquisition des données géographiquesPhotos aériennes Laser range scanning Laser scanning de la ville de Lyon exemple de cliché 32
  • Mode d’acquisition des données géographiques Images satellitesLes satellites d’observationde la terre, fournissent desdonnées transmises sousforme d’images numériquesen mode raster. Les données doivent subir certains traitements rectificatifs avant de les intégrer dans un SIG 33
  • Mode d’acquisition des données géographiquesImages satellites Ikonos 34
  • Mode d’acquisition des données géographiquesGlobal Positioning System : GPSLe système GPS permet le calcul àl’aide des stellites la position(coordonnées avec une précision dequelques centimètres voire mêmequelques millimètres ) 35
  • Mode d’acquisition des données géographiquesGlobal Positioning System (GPS) GPS: système de positionnement global par satellite Qui indique à un utilisateur : sa position précise en 3D (latitude, longitude et altitude) 24h/24 et partout dans le monde l’ heure universelle UTC avec une très grande précision sa direction et sa vitesse Objectif initial militaire mais ouverture civile en 1993 Nombreuses application (ex : navigation routière assistée) 36
  • Mode d’acquisition des données géographiquesDigitalisation •La digitalisation est adaptée à la représentation vectorielle. •Ce mode de saisie permet de conserver la précision des informations présentes dans le document de base. •La digitalisation est un travail long et coûteux. •De plus un traitement préalable sur les document de base peuvent s’avérer nécessaire si ceux ci sont trop chargés 37
  • Mode d’acquisition des données géographiques Scannage de plans• Convient parfaitementà la représentationraster.• Ce mode de saisie estrapide et peu coûteuxL’inconvénient de cette méthode est laretranscription des erreurs dues ausupport d’origine (déformation dupapier, épaisseur du trait, …)Si la donnée est scannée et géo-référencée c’est de la donnée «raster » 38
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’Archivage ou AssemblageL’AnalyseL’Affichage 39
  • L’Archivage ou L’Assemblage (1)Le SIG sert à stocker les données et à les mettre à ladisposition des utilisateurs du système BD Consultation et mise à jour Serveur utilisateurs Système de sauvegarde 40
  • L’Archivage ou L’Assemblage (2)Objectifs : Centraliser les données de manière normée Relier ces données les unes aux autres Permettre leur diffusionIntérêts : assurer la cohérence et l’intégrité des données partager les bases simplifier leur mise à jourDépend: de l’architecture du logiciel avec la présence intégrée ou non d’un Système de Gestion de Base de Données (SGBD) relationnel ou orienté objet. 41
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’AnalyseL’Affichage 42
  • L’Analyse (1)Importance de l’intégration de différentesdonnées dans un système d’informationDe la simple superposition de couches ‐ sansqu’elles entrent en interaction … 43
  • L’Analyse (2)au croisement des couches ‐ avec création de nouvellesinformations 44
  • L’Analyse (3)Principales méthodes d’analysea) Requête sémantiqueb) Requête géométrique et analyse spatialec) Analyse thématique et statistique 45
  • L’Analyse (4)Principales méthodes d’analyse :a) Requête sémantique Les requêtes sémantiques travaillent sur la composante descriptive de l’information géographique. Elles interrogent les données attributaires en utilisant le langage SQL commun aux SGBD. Sélection d’objets en fonction d’un ou plusieurs attributs au sein d’une même couche de données : Opérateurs : >, <, ≤, ≥, =, ≠ ; and, or 46
  • L’Analyse (5)a) Requête sémantiqueExemples : Création de nouveaux attributs en fonction des attributs existants. Ces requêtes permettent de répondre à des questions du type : Quelles sont les communes dont la population ≥ 2 000 hab. ? Quelles sont les communes appartenant à cette structure intercommunale et dont la population est ≤ 500 hab. ? Quelles sont les parcelles qui sont occupées par du bâti ou des infrastructures routières ? Calculer la densité de population des communes en fonction des attributs existants (population et surface) 47
  • L’Analyse (6)a) Requête sémantiqueExemples : Utilisation d’opérateurs relationnels Sélection d’objets en fonction d’un ou plusieurs attributs et à partir de 2 couches de données Jointure de tables en fonction d’un attributCes requêtes permettent de répondre à des questions du type : Quels sont les espaces verts (I couche) dont la surface est supérieure à 2 ha dans les communes (II couche) dont la population et supérieure à 50 000 ? (attribut commun aux 2 couches : nom de commune) 48
  • L’Analyse (7)Principales méthodes d’analyse :b) Requête spatialeOn distinguera des outils géométriques simples et des outils d’analyse spatiale Calculs de distance Caractéristiques géométriques des objets (mode vecteur uniquement)Ils permettent de répondre à des questions du type : Quelle est la longueur de cette rivière ? Quelle est la distance entre un arrêt de bus et une école ou entre la rue et un bâtiment ? 49
  • L’Analyse (8)Principales méthodes d’analyse :b) requête spatiale Algèbre de cartes : opérateurs algébrique réservé au mode raster fonctions locales Utilisation d’opérateurs topologiques : mode vecteur et vecteur + raster 50
  • L’Analyse (9)b) requête spatialePrise en compte d’un environnement réduit Fonctions zonales :opérations effectuées sur unezone irrégulièreExemple: Classification; calcul de la surface ou depérimètre d’une classe Fonctions focales : opérations effectuées sur unecellule d’une couche raster en utilisant les valeurs duvoisinageExemple : Filtres spatiaux en télédétection; calcul despentes ou d’exposition sur un MNT (modèle numérique deterrain) 51
  • L’Analyse (10)méthodes d’analyse : b) requête spatialePrise en compte d’un environnement général Fonction d’optimisation ex le plus court chemin Simulation de propagation d’un phénomène exemple écoulement Interpolation 52
  • L’Analyse (11)b) requête spatialeAlgèbre de cartes Utilisation d’opérateurs algébrique : Arithmétiques : +, ‐, *, / Logiques : and, or Relationnels : >, <, ≤, ≥, =, ≠ Réservé au mode raster Fonctions locales : de pixel à pixel Mais aussi plus complexes : trigonométrique, statistiques, exponentiels… 53
  • L’Analyse (12)Principales méthodes d’analyse : b) requête spatialeModèle Numérique de Terrain Représentation numérique des variations continues du relief Très souvent en mode raster Il existe une gamme de fonctions intégrées dans certains logiciels SIG qui permettent de dériver du MNT(modèle numérique de terrain) certaines caractéristiques du terrain comme la Altitude Pente Exposition Ombrage pente, l’exposition, la visibilité, la rugosité du terrain, les directions d’écoulements etc. 54
  • L’Analyse (14)Principales méthodes d’analyse : b) requête spatiale Permet de résoudre des problèmes du type : Quels sont les espaces dotés d’une pente entre 10° et 15°, et urbanisés ?Overlay entre la couche pente et occupation des sols Déterminer les classes d’altitudes : Reclassification d’un MNT Réaliser un modèle d’érosion : Suite de reclassifications et d’overlay entre les couches « géologie » et « pentes » et aussi « végétation » et « précipitations » avec prise en compte des paramètres du modèle 55
  • L’Analyse (15)Principales méthodes d’analyse : b) requête spatialeFonctions topologiques Utilisation d’opérateurs de génération de nouveaux objets (ou géotraitements): 56
  • L’Analyse (16)Principales méthodes d’analyse : b) requête spatialeGéotraitements sur des vecteursOn distingue essentiellement L’agrégation Le regroupement Le découpage L’intersection L’union La jointure spatiale 57
  • L’Analyse (18)Géotraitements sur des vecteursL’agrégation (Dissolve) (fusion)Permet d’assembler des entités d’un thème,si la valeur du champ servant à l’agrégationest la même pour les entités.Le nouveau thème ainsi créé possédera lesattributs du premier thème.Le regroupement (Merge)Permet de combiner les entités de 2 ouplusieurs thèmes.Les thèmes doivent être de même type defichier de forme. 58
  • Exemple Agrégation
  • L’Analyse (19) Géotraitements sur des vecteurs L’intersection (Intersect) Permet de créer un thème intégrant les objets de 2 thèmes, en ne conservant que les objets compris dans l’extension spatiale commune au 2 thèmes. Les attributs des objets du thème créé seront ceuxdes 2 thèmes intersectés.Le découpage (Clip)Permet de découper une partie d’un thèmed’entités ponctuels, linéaires ou surfacique ense basant sur l’extension spatiale d’un thèmede polygones. 60
  • L’Analyse (20)Géotraitements sur des vecteursL’union (Union)Permet de créer un nouveau thèmecontenant les entités de 2 thèmes depolygones ainsi que leurs attributs.La jointure spatiale (Assign databy location)Permet d’attribuer les données d’un thème àla table d’un autre thème, lorsque lesentités partagent la même extensionspatiale. 61
  • L’Analyse (21)b) requête spatialeBuffers ou zones tamponsCréation d’objets en fonction de ladistance. Ils définissent des zones de proximité, de sensibilité Ils servent d’outils de sélection en analyse spatiale avec d’autres opérateurs Les buffers permettent de résoudre des problèmes du type : Quelles sont les bâtiments résidentiels exposées aux nuisances sonores importantes – ceux situés à 200 m de l’autoroute (à l’intérieur du buffer) ? Quelle est la population résidente dans la zone d’influence de mon magasin définie comme la zone située dans un rayon de 5 km autour du magasin ? 62
  • L’Analyse (22)Principales méthodes d’analyse : c) Analyse thématique et statistique Analyse statistique permet de caractériser les variables (moyenne, variance etc.) Analyse thématique utilise la composante graphique pour exprimer cartographiquement une caractéristique descriptive simple ou calculée. Fonctionnalités de catégorisation et d’analyse de variable Débouchent directement sur une représentation graphique Analyse thématique établie le lien entre l’information géographique et la représentation graphique Au croisent entre les outils d’analyse et d’affichage 63
  • L’Analyse (23)Principales méthodes d’analyse : c) Analysethématique et statistique Les outils d’analyse thématique permettent de résoudre des problèmes du type : Représenter les tronçons de routes en fonction des trafics Représenter la répartition de la population … 64
  • L’Analyse (24)Principales méthodes d’analyse : c) Analysethématique tabulaire et statistique 65
  • SommaireIntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’AssemblageL’AnalyseL’Affichage 66
  • L’Affichage (1)Affichage et restitution Les systèmes d’information géographique sont utilisés pour restituer les données sous différentes formes : • Cartes, • Graphiques, • Tables statistiques, • Ou tout autre fichier informatique exportable vers dautres applications. 67
  • L’Affichage (2)Carte de localisation 68
  • L’Affichage (3)Carte thématique 69
  • L’Affichage (4)Image 70
  • L’Affichage (5)Tableau 71
  • L’Affichage (6)Graphiques 72
  • L’Affichage (7)L’affichage (visuel) n’est pas la seule possibilité decommunication offerte par les SIG.Par extension on peut considérer les possibilités d’échangesentre systèmes différents comme une possibilité nouvelled’affichage au sens communication d’information.Différents SIG peuvent en effet utiliser des bases de donnéesrelatives au même territoire, et ainsi peuvent nécessiter deséchanges de renseignements. Cela nécessite des transformations de format prenant en compte les spécificités de chaque logiciel. 73