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    Cours SIG Cours SIG Presentation Transcript

    • Système d’Information Géographique Cours Tébourbi Riadh SUP’COM 2006 Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 http://www.supcom.mincom.tn/~tebourbi/cours/sig/csig.htm
    • SIG (GIS) définition (1) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Les données sont analysées afin de produire l'information nécessaire pour aider les décideurs (utilisateur) Ensemble de principes, de méthodes, d'instruments et de données à référence spatiale utilisés pour saisir , conserver , transformer , analyser , modéliser , simuler et cartographier les phénomènes et les processus distribués dans l'espace géographique .
    • SIG (GIS) définition(2) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Un Système d’informations géographiques (SIG) est un système informatique permettant, à partir de diverses sources , de rassembler et organiser, de gérer, d’analyser et de combiner, d’élaborer et de présenter des informations localisées géographiquement contribuant notamment à la gestion de l’espace
    • Un SIG apporte des réponses Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Un SIG est l à pour r é pondre à des probl é matiques bien sp é cifiques à celui qui l ’ utilise. Voici quelques exemples de questions auxquelles un SIG peut r é pondre   : • Quel est l' é tat des routes sur une commune? • Qu'est-ce qui a chang é depuis 1952? • Quelles sont les parcelles concern é es par une inondation é ventuelle? • Quelles sont les zones sensibles en cas d'avalanches ou de glissement de terrain? • Quel est le chemin le plus rapide pour aller de la caserne des pompiers à l'incendie? • Que se passe-t-il si une substance toxique se d é verse à tel endroit? • O ù implanter des postes de surveillance d'incendie de forêt? • Trouver les zones favorables à la culture du riz? • Comment é volue la d é forestation en Amazonie? • O ù implanter les antennes pour une meilleure couverture dans le cas de la t é l é phonie mobile?
    • Paradigme du SIG Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Les SIG sont utilisés pour réaliser des descriptions de la réalité permettant d’obtenir l’information nécessaire pour répondre à une problématique . Ces représentations cherchent à reproduire le plus fidèlement possible la réalité d’une manière compréhensible par les utilisateurs et utilisable informatiquement dans le but de répondre à des objectifs donnés SIG Action Réalité Décision Données Description du territoire et analyse spatiale Information Observation et mesure Communication
    • Domaines d’applications
      • Gestion des installation et des réseaux (STEG, SONEDE, etc…)
      • Télécommunications : planification cellulaire, localiser les abonnés dans le réseau fixe
      • Etudes urbaines : localisation, planification des transports, sélection de sites, sélection d’itinéraires, etc.
      • Affaires : études de marchés, analyse de la concurrence et des tendances du marché
      • Santé : épidémiologie, répartition des services de santé, etc.
      • Environnement : suivi des changements climatiques, biologiques, morphologiques, etc.
      • Ressources naturelles : modélisation conservation des eaux, potentiel minier, etc.
      Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • SIG Quelques applications Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • Planification cellulaire Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Simulation d’un modèle de propagation pour prédire la couverture radioélectrique dans un environnement cellulaire  Calcul de la puissance reçu en chaque point de l’espace géographique en se basant sur un modèle de propagation.
    • GEO-CODING Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 GEOCODAGE  Recherche d’adresse
    • Calcul d’itinéraire Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Trajet à distance minimale : distance = 67994 mètres Temps estimé = 67 minutes Tunis -> Ariana -> Cébalet Ben Ammar -> Utique -> El Azib -> Menzel Jemil -> Zarzouna -> Bizerte Trajet à minimum de temps : distance = 76161 mètres Temps estimé = 55 minutes Tunis -> Ariana -> El Alia -> Zarzouna -> Bizerte
    • Calcul d’itinéraire(2) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • Contrôle et gestion de flotte Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  Connaître à tout moment la position d’un ou plusieurs véhicules et l’historique de leur itinéraire. Combinaison de la technologie GPS et des communications mobiles (GSM par exemple).
    • Cartographie sur Internet (« WEB mapping ») (1) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Evolutions Internet:
      • Technologies
      • Langages
      • Débit
      • Coûts
      Besoin de mettre de l’information géographique en ligne  Plusieurs technologies existent actuellement permettant de publier des cartes géographiques sur les WEB
    • WEB mapping (2) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Serveur IIS Données vecteur Client WEB Image
    • WEB mapping (3) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Serveur Apache Données vecteur Client WEB
    • SIG Mobiles Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Evolution des matériels mobiles (SmartPhones, PDA, tablettes PC, …) utilisant différents moyens de télécommunications (WIFI, GPRS,..)  Emergence de nouvelles applications permettant aux utilisateurs en déplacement d’utiliser des données géographiques :
      • Services Basés sur la Localisation (SBL ou LBS)
      • Tracking,
      • Navigation
      • Collecte et numérisation des données géographiques directement sur le terrain,
      • Accès, par le biais de géoserveurs, à des données distantes pour leur télégestion.
    • Navigation Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Définir une destination:
      • Adresse (« 12 Rue Platon, Ariana »)
      • POI particulier (« SUP’COM »)
      • POI plus proche (« la banque la plus proche »)
      • Conduite assistée vers destination:
      • Calcul et Affichage en temps réel de la carte et du trajet (itinéraire)
      • Guidage vocale
       DEMO FLASH
    • SIG Données géographiques Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • Information géographique Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 = Une représentation de la réalité localisée dans l’espace et le temps. Chaque application nécessite des données géographiques spécifiques SIG: Système d’information intégrant des données géographiques
      • Données géographiques:
      • Données sémantiques / Données géométriques
    • moyens d’acquisition Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • La collecte de donn é es sur le terrain (mesures d'arpentage, sondages, enquêtes, inventaires, ...)
      • L'entr é e manuelle de donn é es th é matiques et temporelles (tableurs et masques de saisie des bases de donn é es).
      • La reconnaissance automatique de caract è res et de symboles (OCR, reconnaissance vocale, ...)
      • La num é risation manuelle de cartes vectorielles (num é riseur)
      • Le balayage optique d'images en mode matriciel (scanneurs vid é o et é lectromagn é tiques)
      • La conversion entre les modes matriciel et vectoriel (vectorisation et rasterisation automatique ou supervis é e)
      • L' é dition d'images matricielles (proc é d é s photographiques, ...)
      • L' é dition de cartes vectorielles (structuration topologique, ...)
      • La restructuration des donn é es (changements de formats, ...)
      • La st é r é orestitution (photo-interpr é tation automatis é e ou manuelle en trois dimensions)
      • La vid é orestitution
      • La t é l é d é tection (imagerie satellitaire)
      • Le GPS
    • Type de données localisées Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Monde réel Mode vectoriel Mode matriciel (RASTER)
    • Type de données localisées Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Données Vecteur Données Raster
    • Données Raster Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Colonne 2 Pixel (maille, cellule) Résolution spatiale Position ligne/colonne Valeur Ligne 16 Divise le territoire avec une grille régulière de cellules (pixels) ordonnées pour former une matrice. Cette dernière quadrille un espace continu où chaque pixel contient une seule valeur. On doit donc produire une image par thème (couche), ce qui utilise beaucoup d'espace disque. Les entités sont perçues de manière indirecte (par analyse).
    • Données Raster Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  Données maillées
      • Images aériennes
      • Images satellitaires (IKONOS, SPOT, …)
      • Cartes scannées
      • MNT (MNE)
      Division du territoire avec une grille régulière de cellules (pixels) ordonnées pour former une matrice.
    • Exemples d’utilisation Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 l’occupation du sol Image satellitaire
    • Exemples d’utilisation Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Digitalisation de données vecteur
    • Exemples d’utilisation Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Calcul du Modèle numérique de terrain
    • Données satellitales Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Le vecteur (le satellite en temps que plate-forme au même titre que l'avion ou le ballon) et le capteur (l'instrument d'acquisition des données).
      • Ils conditionnent le format et le contenu des données
      Vecteur
    • Données satellitales Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 La résolution spatiale est fonction de la dimension du plus petit élément qu'il est possible de détecter La résolution spectrale décrit la capacité d'un capteur à utiliser de petites fenêtres de longueurs d'onde. Plus la résolution spectrale est fine, plus les fenêtres des différents canaux du capteur sont étroites. La résolution radiométrique d'un système de télédétection décrit sa capacité de reconnaître de petites différences dans l'énergie électromagnétique Capteur
    • Résolution spatiale Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • La structure d'une image satellitale Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
        • Lors de l’acquisition il y a double échantillonnage de l'information :
        • - spatial : la zone observée est découpée en surfaces élémentaires (pixels) caractéristiques de la résolution spatiale du satellite,
        • - numérique : le signal analogique enregistré par les détecteurs est codé à l'aide d'entiers compris entre 0 et 255.
    • Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Une image numérique est un tableau à deux dimensions. Ainsi, par exemple, une image SPOT de dimension 60 km x 60 km avec une taille de pixel de 20m x 20m correspond à un tableau de 3 000 lignes x 3 000 colonnes. Cette représentation des données est plus connu sous le terme de format raster.      
      • Par exemple SPOT étant muni de trois canaux, une image multispectrale SPOT comprend donc trois tableaux. Une image SPOT en mode multispectral est constituée de 3 000 pixels x 3 000 pixels x 3 canaux soit un volume total de 27 Mo (Méga Octets).
      •       
      • Une image de 20 x 20 km d’un satellite à très haute résolution (1 m) serait quant à elle constituée de 20 000 x 20 000 pixels soit un volume total de 400 Mo.       
      •  les images satellites représentent des volumes considérables de données, ce phénomène se renforçant considérablement avec l’arrivée de satellites civils à très haute résolution spatiale.
    • Exemple 1: SPOT Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Spot 4 XS, 20 m Spot 4 Panchro, 10 m  Spot image Satellite SPOT 1,2,3 SPOT 4 SPOT 5 Durée du cycle orbital 26 jours 26 jours 26 jours Résolution Mode panchromatique (noir et blanc) 10 m 10 m 2,5 ou 5 m Résolution Mode multispectral (couleur) 20 m 20 m 10 m
    • Exemple 2: IKONOS Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  Spaceimaging Heliosynchrone, Altitude 681 km, Fauchée 11km * 11 km Orbite tout les 98 minutes  14.7 orbites / 24 heures répétitivité 3 jours 2 modes : - Multispectral mode 4 bandes Bleu, Vert, Rouge, Proche Infra Rouge, résolution spatiale 4 m plus une bande Infra Rouge Thermique à 60 m PAN mode 1 bande (le visible et le proche Infra Rouge) résolution spatiale 1 m Scène enregistré de superficie de 121 Km2
    • Exemple 3: QUICKBIRD Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  DigitalGlobe PAN 4-bandes Mode Bande spectrale Résolution Panchromatique 0,450 - 0,900 µm 0,61 m x 0,61 m Multispectrale 1 0,450 - 0,520 µm 2,44 x 2,44 m 2 0,520 - 0,600 µm 2,44 x 2,44 m 3 0,630 - 0,690 µm 2,44 x 2,44 m 4 0,520 - 0,600 µm 2,44 x 2,44 m
    • Les données Vecteur Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Une représentation géométriques des objets de la réalité
       3 Modes de représentation des données spatialisées :
      • les points (localisation ponctuelle d'un chef lieu, d'une source, etc...)
      • les arcs -ou linéaires- (voie routière ou ferroviaire, cours d'eau, etc...)
      • -les surfaces -ou polygones- (parcelles, subdivisions administratives, etc...)
      Utilisation du concept d’objets géométriques à dimensions variables (points, lignes et polygones) pour représenter les entités (naturelles ou anthropiques) distribuées sur le territoire. Chaque entité est représentée par un objet localisé dans un système de coordonnées. Cet objet est relié avec un tableau d'attributs qui contient les valeurs thématiques décrivant l'entité représentée
    • Encodage des données en mode Vectoriel Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Point : Une paire de coordonnées (X,Y) servant à exprimer la localisation dans un espace cartésien ou géographique. Ligne : une suite continue de segments de droites permettant de représenter les sinuosités naturelle de l’entité. Chaque segment est limité par deux points et c'est la suite des coordonnées des points intermédiaires qui permet de représenter la ligne dans le système informatique. Polygone : Peut être représenté comme étant une ligne fermée.
    • Format , « spaghetti » et vectoriel connecté Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Le format vectoriel simple (appelé spaghetti) est constitué de lignes indépendantes qui se croisent sans produire de jonction.
      • Le format vectoriel connecté est constitué de lignes qui sont scindées avec des noeuds aux intersections. Chaque partie de ligne comprise entre deux noeuds forme une chaîne.
    • Connexité d’un réseau Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Il est possible de transformer une géobase du mode spaghetti au mode connecté avec des procédés de nettoyage qui établissent la connexité  Faire attention: Le réseau n’est pas forcément connecté:
    • Organisation des données en mode vectoriel Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • En format vectoriel, les entités géographiques sont représentées par des objets.
      • La base de données est scindée en deux parties complémentaires: la géobase qui conserve la description géométrique des objets et les tableaux d'attributs qui composent la base de données thématiques.
      • Le stockage des données vectoriels dépend du format utilisé (format souvent lié au logiciel utilisé)
       exemple: points, lignes , polygones
    • Raster ou Vecteur ? Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Le mode Raster:  plus simple car les données sont stockées sous forme de matrices et sont de ce fait faciles à manipuler par ordinateur. De même, les croisements de données sont faciles à réaliser, puisque toutes les données sont ramenées à la même unité de base, la cellule (ou pixel dans l’image). Enfin, les données en mode Raster se prêtent très bien à certains types de traitements numériques, classiques en traitement d’images : filtres, convolutions, classifications. Inconvénients: Importance de la capacité mémoire nécessaire à stoker les données : il y a en particulier redondance lorsqu’un grand nombre de cellules contiguës sont porteuses de la même information. Nécessité d’avoir un Raster par couche d’information spatiale. D’autre part, du fait que l’espace est maillé, les mesures de distances et de surfaces se trouvent faussées. L’erreur dépendra de la résolution (dimension du pixel).
    • Raster ou Vecteur ? (2) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Le mode Vecteur:
      • répond au souci de représenter un objet réel de manière aussi exacte que possible. L’espace des coordonnées est continu et non discrétisé, la localisation des objets, leurs dimensions, les distances, sont calculées avec précision. Le volume de la base de données est fonction de la complexité des arcs et des polygones, et de la densité des points servant à représenter les arcs.
      • Inconvénients:
      • Les croisements de couches d’information sont délicats et nécessitent une topologie parfaite : des erreurs (comme un polygone mal fermé), peuvent poser problème.
    • SIG Systèmes de coordonnées Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
    • Système de référence homogène Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Les données géographiques (à référence spatiale) sont issus de plusieurs sources (vecteur, raster, mesure terrain, etc..)
      • Il est nécessaire de travailler dans le même système de coordonnées.
    • Coordonnées géographiques Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  Un point est repéré par sa Latitude et sa Longitude On définit une ellipsoïde pour modéliser le globe terrestre (qui approxime au mieux le volume terrestre) Longitude: 10.183277 E Latitude: 36.890959 N Parc Technologique El Gazala
    • Projection Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Distance(A,B) ? Périmètre(« Tunisie ») ? Surface(« Tunisie ») ? … Longueur d’une route ou d’un fleuve ?  Projection d’une « sphèroide » (la terre) sur un plan (2D).
    • Systèmes de projection Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Mathématiquement, la projection sera une fonction qui à un ellipsoïde (ou à un morceau d’ellipsoïde) fera correspondre un plan de projection (ou une partie de plan)
    • Systèmes de projection(2) Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006  La surface approximée n’est pas une surface développable : il est donc impossible de la reporter sur le plan sans la déchirer ou l’altérer. On ne peut donc pas conserver l’intégralité des propriétés géométriques (angles, distances et surfaces) de la surface à représenter. La méthode de projection retenue constituera donc un choix des caractéristiques à privilégier.  La méthode de projection consiste à projeter l’ellipsoïde sur une surface développable.
    • Les surfaces développables Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Une projection est établie en effectuant le report des positions sur la Terre vers un plan de projection localisé par rapport à la sphère terrestre.
      • Les projections permettent de transformer les coordonnées sphériques (de latitude et longitude) en coordonnées cartésiennes (x,y généralement en mètres), afin de permettre leur représentation sur le plan cartographique.
      • Cette transformation fait appel à la trigonométrie sphérique et produit des déformations d’angle ou de superficie.
      • Une projection peut être décrite par des paramètres de forme, de position, d'aspect, de méthode, de référence, ...
      • Les surfaces développables définissent les formes de projection de nature géométrique.
    • Propriétés des projections Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • On distingue deux grandes familles de projections :
        • les projections conformes conservent sur le plan les angles observés sur la surface terrestre. En font partie les projections les plus utilisées : projections coniques conformes de Lambert, projections de Mercator, projections stéréographiques.
        • - les projections équivalentes conservent les rapports de surface et modifient les angles.
    • Aspect de la projection Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • L'aspect de la projection est déterminé par la position et l'orientation des méridiens et des parallèles de référence utilisés pour définir le plan de projection.
      • Une projection est dite en aspect équatorial lorsque le parallèle de référence du cylindre ou le point central du plan azimutal est situé sur l'équateur terrestre.
      • Une projection est dite en aspect transverse lorsque le cylindre touche la terre le long d'un méridien.
          • Une projection est en aspect oblique dans tous les autres cas.
    • La position du plan de projection Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • La position du plan de projection peut être tangente à la surface lorsqu'il ne touche la surface qu'en un seul point ou le long d'un seul axe.
      • Elle est sécante lorsqu'une partie du plan est située sous la surface.
    • Les types de perspectives Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006
      • Les méthodes de la perspective géométrique avec un point de fuite sont souvent utilisées pour effectuer des projections cartographiques.
      • La perspective gnomonique place le point de vue au centre de la Terre.
      • La perspective stéréographique place le point de vue à l'antipode du centre de la carte.
      • La perspective orthographique place le point de vue à l'infini.
    • La projection UTM Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 C'est une projection cylindrique transverse En Y, la valeur est 0 mètre (False northing) pour le nord et elle est de 10000000 pour le sud . En X on attribut la valeur de 500 000 mètres (False easting) Le globe est divisé en soixante zones nord et sud Le méridien // est l’équateur (central parallel = 0°) Chaque zone (fuseau) a son méridien central (central meridian) et a une distance de 6 degré Chacun de ces fuseaux a un système de coordonnées planes indépendant dont l'axe de Y coïncide avec le méridien central et l'axe des X avec l'équateur C'est une projection qui est conforme. C'est à dire qu'elle représente fidèlement les petites formes et qu'il y a une distorsion très minimale
    • UTM zone 32 N Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 9 ° X=500000, Y=0 Central méridian: 9° (10G) Central //: 0° False Easting: 500000 False northing: 0 0°
    • Projection conique conforme de Lambert Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Projection standard pour représenter des cartes des régions dont l'étendue est-ouest est importante comparée à leur étendue nord-sud C'est une projection conique qui est basée sur deux parallèles de référence qui changent avec la région cartographiée Cette projection permet de conserver les formes. Il y a distorsion minime près des parallèles de référence
    • Projection conique conforme de Lambert Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 Nord Tunisie: Central // (ref latitude): 40G (36°) Standard //1: 40G (36°) Central méridian: 11G (9.9°) Standard // 2: 0° False Easting: 500000 False northing: 300000 Sud Tunisie: Central // (ref latitude): 37G ( 33.3 °) Standard //1: 37G (33.3°)
    • Lambert Nord Tunisie Cours SIG, Tébourbi Riadh, 2006 0° 36° 9.9° X=500000, Y=300000