Transcript cours S.I.G.

Université Hassan II – Casablanca
Faculté des Sciences Ben M’Sik
Master SIGTAGE
Cours S.I.G.
Pr. EL MOUTAKI
Plan du cours
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Historique
Qu’est-ce qu’un SIG ?
Composition d’un SIG
Les principales fonctions d’un SIG
Typologie des logiciels SIG
Présentation de quelques SIG
Les technologies liées aux SIG
Exemples de domaines d’application des SIG
Conclusion : l’intérêt des SIG
1. historique
En 1854,
John Snow analyse l'épidémie de choléra
de Londres et en détermine
les points de contamination.
1950-1970,
Premières cartographies automatiques (SIG).
1970-1980,
SIG apparaissent au niveau de l'État (armée...).
1980-1990,
Développement des SIG.
Apparition SIG en ligne.
Banalisation de l'information géographique avec les GPS.
2. Qu’est-ce qu’un SIG ?
• SIG : système d’information + information
géographique
« ensemble de données repérées dans l’espace, structurées de
façon à pouvoir en extraire commodément des synthèses utiles
à la décision »
• Une composante graphique :
description de la forme de l’objet géographique
et sa localisation dans un référentiel cartographique
• Une composante attributaire :
caractéristiques décrivant l’objet (description
géométriques, caractéristiques thématiques)
• sa composante graphique :
sa forme et sa localisation (dans un repère cartographique et
selon des coordonnées géographiques* basées sur un système de
projection)
• sa composante attributaire :
(informations descriptives) : profondeur, surface, volume, ….
* ensemble des deux distances angulaires (longitude et latitude) qui servent
à déterminer la position d'un point, par rapport à deux axes, à la surface
de la Terre.
3. Les composants d’un SIG
Un SIG est constitué de
cinq composants majeurs :
Logiciels :
Matériel
Ordinateurs
- Stockage des
données
Table à digitaliser
Scanner
…
-Gestion des bases
de données
-L’analyse
-Les requètes
-La visualisation
•Utilisateurs :
Très grande communauté d’utilisateurs
Application dans de très nombreux domaines
-Les plus courants :
- Map Info
-Arcgis, Idrisi
Données : données spatiales organisées en couche et données
alphanumériques structurées en base de données
Méthodes : La mise en œuvre et l’exploitation d’un SIG ne
peut s’envisager sans le respect de certaines règles et
procédures propres à chaque organisation.
3-1 Composantes matérielles
• L'ordinateur
L'ordinateur c'est d'abord une machine à
traiter de l'information. La vitesse de
l’unité centrale « CPU » (Central
Processing Unit) doit être performante et la
quantité de mémoire vive (RAM)
suffisante. Ces deux éléments sont
déterminés par les composantes de la cartemère.
Unités de disque et d'archivage
• Les bases de données à référence spatiale
sont souvent très volumineuses et demande
des capacités d'enregistrement supérieures.
On assiste à une multiplication des médias
d'enregistrement. Les plus populaires et
abordables sont entre autres le cédérom
(650 Mo)
La table numérisante
permet de saisir de l'information graphique
d’une carte papier pour obtenir un fichier
numérique (à revoir dans acquisition)
Le scanneur et le balayeur à tambour est un
appareil qui permet de créer une image
numérique d'un document-papier (images,
photos aériennes, …).
(à revoir dans acquisition)
Balayeur à tambour
L'imprimante
L'imprimante est certes un outil des plus
utilisés. Elle ne permet en général
d'imprimer que des documents de petit
format, ce qui bien sûr exclut les feuillets
cartographiques de dimensions semblables à
celles des cartes topographiques.
La table traçante (plotter)
La table traçante, beaucoup plus
coûteuse, permet quant à elle
d'imprimer des documents grand
format
Le GPS
• Le GPS (Global Positioning System) sert à
localiser des objets dans l'espace
géographique. Les prix et les précisions
varient considérablement.
3-2 Composantes logicielles
• Arc/Info, ArcView , Arcgis, MapInfo , IDRISI,
etc.
• D’autres logiciels sont aussi nécessaires pour
l’acquisition, archivage, transfert… comme
• Traçage et reconnaissance automatique des
caractères (OCR)
• Système de gestion de bases de données
(SGBD), Access
• Système de traitement d'images, Erdas
• Logiciel de compression, WinZip
• Logiciel de transmission ftp
4. Les fonctionalités d’un SIG
4.1. Acquisition - Saisie :
1ère étape : bien définir les informations nécessaires à notre
besoin.
2ème étape : définir le mode d’acquisition des données
- recherche données sous format numérique
- si non à saisir
La saisie peut correspondre à:
- la création d’un tableur (attributaire)
- la numérisation de carte ou autres (manuelle ou automatique)
géographiques
Souvent : étape très longue et demande le plus de réflexion
4.1.1. Acquisition des données géographiques
Les données géographiques sont issues de sources
différentes ou de modes d'acquisition différents.
Actuellement, on assiste à un développement de
nouvelles technologies permettant d'acquérir des
données géographiques :
1/ Les images satellitaires
L'image satellitale donne une vision plus globale
de notre planète et permet une observation de la
terre sur de grandes étendues
Des données accessibles bon marché : l'image
satellitale permet de cartographier à moindre
coût des zones où la cartographie est devenue
obsolète faute de moyens pour l'actualiser ou
des zones difficiles d'accès.
Des performances originales : grâce à des
capteurs sophistiqués, l'image satellitale fournit
une information déjà synthétique, idéale pour
des études globales d'environnement ou de
dynamique urbaine (agriculture, de gestion des
risques naturels... ).
2- Les photos aériennes
• La photographie aérienne permet d'obtenir une
image objective et esthétique du territoire.
• Par opposition au plan ou à la carte, elle offre une
facilité de lecture pour tous et donne une vision
instantanée et à jour.
• D'une richesse d'information jusque-là inégalée, la
photographie aérienne est une base idéale pour
tout projet d'aménagement rural, d'urbanisme
opérationnel ou de cadastre. Exemple cidessous:
3- Les levés topographiques
• Les levés topographiques s'effectuent à
l'aide d'un théodolite, permettant avec une
lunette de visée de mesurer des distances et
des angles horizontaux et verticaux très
précis. Actuellement, les géomètres
travaillent avec des appareils perfectionnés
en portée et en précision : tachéomètres et
géodimètres à laser.
4- Le système GPS
• Ce système a pour but de déterminer les
coordonnées d'un point à l'aide de
satellites
5- La digitalisation
• La digitalisation permet de récupérer la
géométrie des objets d'une carte à l'aide
d'une table à numériser : numérisation d’un
document papier
Une souris munie d'une loupe permet de bien se
positionner sur le point à saisir. L'opérateur clique en
appuyant sur un bouton de la souris et les coordonnées
sont à saisir en machine
• Numérisation sur écran
6- Le scannage
Permet de :
• Pérenniser : Lorsque l'information géographique existe sous
forme de carte papier, elle est menacée par la fragilité des
supports. Même les planches mères sont rapidement sujettes
aux rayures et à l'érosion… La mise au format numérique
assure une conservation durable sans perte de précision.
• Valoriser : Le scannage permet de redonner une valeur à des
cartes papier parfois un peu défraîchies. Il offre toutes les
possibilités du numérique (superposition de données,
intégration dans un SIG, diffusion illimitée…). Les cartes
scannées peuvent être géoréférencées et alors utilisées comme
complément de base de donnée vecteur ou simple fond de
plan.
4.1.2. Acquisition des données ALPHANUMERIQUES
• Les informations les plus utilisées relèvent du
domaine socio-économique ou de l'environnement
(naturel, culturel, administratif, etc.) :
- la population, grâce au recensement périodique ,
- les entreprises recensées
- les services collectifs (écoles, collèges, lycée,
stades, théâtres, etc.),
- les abonnements (électricité, eau, gaz, téléphone,
câble, etc.),
- les biens individuels (propriétés bâties, non
bâties, véhicules, etc.),
- les déplacements des personnes et les transports
4-2. Archivage - Gestion - Modélisation :
comment gérer ces données et représenter la
réalité dans un système informatique ?
Un affichage sous forme de
couches thématique :
• Objets géographiques
organisés en thèmes ou
entités
• 1 thème = 1 type
d’information
Affichage sous forme de
couches superposées,
comme des calques
Les données concernant la zone d'étude et sa problématique
doivent être structurées pour être compréhensibles par des logiciels
de type SIG.
􀂄 La constitution d’une BD géographique passe donc par
– Une phase d' analyse :
Elle consiste à définir le "pour quoi ?" du futur système
d'informations, c'est-à dire sa finalité. A quelle(s) problématique(s)
doit-il répondre ? Dans quelles mesures peut-il y répondre ?
– Une phase de construction du modèle conceptuel de données :
Elle consiste à structurer les données du SIG en construisant un
modèle, appelé modèle conceptuel de données (MCD) traduisant
les finalités du futur système.
4-2-1 Un mini-SIG en exemple
Le mini-SIG donné en exemple a pour
but d'enregistrer les informations sur les
principaux aspects humains et physiques
(réseau routier, cadastre…) des
communes.
- Graphiquement
- La base de données
Attributs des objets :
Pour chaque couche vectorielle
Une table contenant des informations de type alphanumérique
Ces informations décrivent l’objet (nature et caractéristique). Le
contenu de ces tableaux peut évoluer selon les besoins du projet.
- La base de données
Le schéma conceptuel permet d'exprimer les relations
entre entités situées sur des couches différentes
• Les tables, décrivant les entités, composées de
lignes et de colonnes et comportant des
données (les données ne sont pas montrées
ici), donnent la possibilité d'interroger la base
de données
• colonne : champ, variable, attribue
• ligne : individu, enregistrement
- Exemple de requête en SQL (Standard Query
Language)
langage de manipulation des bases de données
relationnelles.
• SELECT numéro (liste)
• FROM Bâtiment (table de référence)
• WHERE valeur > 1 million de dhs
(condition)
"Afficher le numéro des bâtiments dont la
valeur est supérieure à 1 million de dhs"
Définitions des éléments fondamentaux :
•
Table relationnelle est décrite par un ensemble d’attributs qui sont les
colonnes de la table. Chaque ligne de la table est un ensemble de valeurs,
décrivant un individu ou entité de la table
• Attribut : colonne, champ, variable
Donnée élémentaire sur une entité.
• Entité
Objet pourvu d'une existence propre et conforme à la fonction occupée par l'objet
dans le système d'information.
• Relation
Association fonctionnelle entre deux entités.
• cardinalité
La cardinalité renseigne sur le nombre d'occurrences de part et d'autre d'une
relation. On distingue la cardinalité minimum et la cardinalité maximum :
un-à-un (1,1)
un-à-plusieurs (1,N)
plusieurs-à-plusieurs (N,M)
4.2.2. La modélisation cartographique
• La modélisation cartographique consiste à
prévoir comment les différentes entités
seront réparties en couches, par quel type
d'éléments graphiques (ou
cartographiques) elles seront représentées.
a- Notion de couche
Qu'est-ce qu'une couche ?
• Une couche est un plan réunissant
normalement des éléments géographiques
de même type. Ainsi chaque couche
représente un sous-ensemble "thématique"
des informations retrouvées dans le SIG.
Quoi mettre sur la même couche ?
• a ) Quand au type d'objet cartographique
De manière générale, on met sur une même
couche un seul type d'objet cartographique.
Ainsi, on voit assez peu fréquemment une
couche qui contenir à la fois des points, des
lignes et des polygones
b ) Quand au type d'entité
De manière générale, on met sur une même
couche des entités de même classe, par
exemple : toutes les rivières, toutes les
limites municipales, tous les conduits
d'égout.
Plus précisément, on prévoit une couche par
entité géographique.
b- Les modes de modélisation cartographique
b-1 Le mode vecteur :
Les données vecteur sont un ensemble d'objets géographiques
représentés chacun par des primitives graphiques : le point et l'arc.
Elles sont de type dessin définie par sa géométrie et ses attributs
La géométrie des objets : position et forme des objets
Position : coordonnées géographiques (latitude et longitude) ou dans
un système de projection définie (x, y)
Forme : limite des objets définie par leur constituants élémentaires
(points, arcs et arcs de polygone)
Les arcs se connectent à leur extrémité (ou nœud) pour
former des lignes et des polygones.
b-2 Le modèle raster :
données de type image
•
•
Une image raster est une
matrice ou grille à deux
dimensions où le pas de la
maille (ou pixel) représente la
résolution
spatiale.
Elle
correspond à la taille des plus
petits objets que l'on peut
identifier
Permet sur une même couche
de représenter tout type de
forme
Exemple de données raster utilisées : image satellite, image
scannée, photographie aérienne numériques; modèles
numériques de terrain
4.3. Analyses et Interrogations
a- Croisement de couche vecteur par analyse spaciale
Pour les Géotraitements sur des vecteurs
On distingue essentiellement :
-
L’agrégation
Le regroupement
Le découpage
L’intersection
L’union
La jointure spatiale
L’agrégation (Dissolve)
Permet d’assembler des
entités d’un thème, si la
valeur du champ servant à
l’agrégation est la même
pour les entités. Le
nouveau thème ainsi créé
possédera les attributs du
premier thème.
Le regroupement (Merge)
Permet de combiner les entités de
2 ou plusieurs thèmes.
Les thèmes doivent être de même
type de fichier de forme.
(combine 2 thèmes de
Polygones
Le découpage (Clip)
Permet de découper une
partie d’un thème d’entités
ponctuels, linéaires ou
surfacique en se basant sur
l’extension spatiale d’un
thème de polygones.
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 ceux des 2 thèmes
intersectés.
L’union (Union)
Permet de créer un
nouveau thème contenant
les entités de 2 thèmes de
polygones ainsi que leurs
attributs
b-Croisement de couche raster par analyse spatiale
Création d’information en dérivant des couches raster
-- Création d’une couche courbes de niveau à partir
d’un mnt
Lien dynamique données attributaires et graphiques
􀂄 Il peut se traduire de deux manières :
1 - A chaque fois que l'on pointe GRAPHIQUEMENT sur
l'objet d'une couche (un campement, une parcelle...) on
connait les propriétés de l'objet pointé.
2 - A chaque fois que l'on pointe dans une table attributaire
sur un objet, on sait immédiatement où se situe cet objet
sur les plans graphiques.
Les attributs :
Elles définissent les propriétés des différentes entités et figurent dans
le modèle conceptuel de données. Elles sont de type alphanumériques
(ce sont soit du texte, soit des chiffres). Elles peuvent être qualitatives
(nom de la parcelle) ou quantitatives (rendement d’une parcelle
agricole).
c- Analyse tabulaire et statistique
La requête tabulaire (non spatiale)
􀂄 Ces analyses se font par le biais de requêtes sur
les bases de données attributaires.
􀂄 Le langage de formalisation de ces requêtes est
généralement le SQL (simple query language) ou
un dérivé.
Exemples :
1. superficie > 10
2. superficie > 10 et pente < 5
3. date_inondation >= 1/01/1994
4. superficie > 10 et pente < 5 et date_inondation >= 1/01/1994
5.(expoitant = "Dupont" ou exploitant = "Durand") et superficie
>2
Questions de base auxquelles un SIG doit pouvoir répondre
 Où ?
Répartition spatiale des objets considérés
Chercher où est l'autoroute A4 et sélectionner les tronçons qui
la composent
Quoi ?
Mettre en évidence tous les objets ou phénomènes présents sur
un territoire donné
Chercher les stations services, les restaurants, les hopitaux à moins de 100 m des
tronçons sélectionnés :
Comment ?
Quelles relations existent ou non entre les objets et les phénomènes ?
C’est la problématique de l’analyse spatiale
Et si ?
Scénario d’évolution
En général, une requête c’est une combinaison d’un ensemble de questions à
la fois sémantiques et spatiales.
Différentes manières permettent d'y parvenir* :
En appliquant des opérateurs logique ou dit booléen (et, ou, …)
En appliquant des opérateurs arithmétiques (>, <, =, …)
En appliquant des opérateurs spatiaux, basés sur les critères géométriques
(surface, périmètre, distance) et topologiques (inclusion, intersection,
connexité) des objets.
Trois outils d’analyse apparaissent comme particulièrement
essentiels :
 L’analyse des données
Interprétation pour l’élaboration
de nouvelles données
Méthodes quantitatives, souvent
statistiques, d’interprétation des
données.
Les logiciels peuvent utiliser le
langage SQL qui est un langage
de requête permettant de
rechercher dans une base de
données des informations
répondant à des critères
spécifiques.
 L’analyse des objets
géométriques
Elle sert à mettre en évidence des
propriétés liées à la géométrie des
objets (périmètre, surface, distance).
On y retrouve les requêtes
topologiques qui ont trait à la
proximité, au rapport des objets avec
leurs voisins : intersection, inclusion
et « buffer » (opération qui consiste à
évaluer la proximité entre plusieurs
objets).
 L’analyse spatiale complexe
*interrogation au travers de
différentes couches
composants un projets
*ce type d’analyse fait
souvent appel aux
informations alphanumérique
4.4. Affichage - Visualisation restitution
Après traitement des données 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 d'autres
applications.
Création de cartes
La carte = outil de synthèse et de
présentation de l’information.
Les cartes créées avec un SIG
peuvent désormais facilement
intégrer des rapports, des vues 3D,
des images photographiques et
toutes sortes d’éléments
multimédia.
5. Typologie des logiciels SIG
Les différents catalogues disponibles sur le marché
recensent plus d’une soixantaine de logiciels SIG,
qu’ils tournent sur micro-ordinateurs ou sur
stations de travail.
On peut décomposer ces logiciels en trois grandes
familles :
5.1. Les SIG généralistes bureautiques (be)
- Vocation essentielle : l’import de données
externes et leur analyse pour la création de
cartes (rapport, présentation)
- Permettent la modification de données
géométriques ou descriptives.
- Outils de développement pour s’adapter à
tout type d’application.
5.2. Les SIG généralistes de gestion (cri)
- Mêmes capacités que les SIG bureautiques, mais
moins conviviaux…
- Capacités client/serveur qui vont permettre à
plusieurs personnes de travailler sur la même base
de données à partir de postes informatiques
distants.
5.3. Les SIG « métiers »
- Logiciels très spécialisés dès le départ, destinés à
des métiers particuliers.
- Leur champ d’application est réduit mais ils sont
souvent les seuls ou les meilleurs dans leur
domaine.
- Fréquemment, les éditeurs de logiciels
commercialisent des modules additionnels qui
transforment les SIG généralistes en SIG métiers.
6. Présentation de quelques SIG
Couramment utilisé
dans les bureaux
d’étude traitant des
géosciences et de
l’environnement en
général
• MapInfo = SIG généraliste
bureautique typique.
• Analyse thématique variée
• Ouverture d’un grand nombre de
format de fichier (excel, access…
plus tous les types de raster)
• Pas de travail multiposte possible
• Essentiellement prévue pour des
bases données de taille réduite
• Arcgis = SIG généraliste
bureautique
• L’intégration de données
externes y est plus
délicate que pour
MapInfo.
• Il est convivial mais ses
possibilités de
Utilisé dans le milieu de la
recherche
structurations sont
restreintes et il nécessite
des compléments pour
partager une base de
données.
• GéoConcept est un
logiciel à la frontière
entre SIG bureautique et
SIG de gestion. Il offre
l’ouverture et la
convivialité des premiers,
et il peut comme les
seconds travailler en
client/serveur sur des
bases de données de
dimensions importantes.
7. quelques technologies liées aux SIG
• Traitement d’image :
– Outils permettant le traitement de données type images satellite
et photographie aérienne très utilisée dans les SIG
• SGBD : système de gestion de base de données
– spécialisés dans le stockage et la gestion de tous types
d’information.
8. Exemples de domaines
d’application des SIG
8.1. Les géosciences
• Cartographie (géologique,
population),topographie,
bathymétrie,
• Etude d’impact
• Risques naturels (inn, aval terr
• Agriculture…
•
Et la recherche en générale
(géographie, géologie, écologie…)
AIRE
UNITE
CARTO
AGE
TOIT
AGE
MUR
2222538
10,00
e2
34,00
46,00
1000000
000,00
q3
0,00
0,01
2455608
00,00
q2
0,01
0,75
3463535
00,00
q2
0,01
0,75
2861694
8,00
m
5,30
23,00
8.2. Organismes gouvernementaux / Collectivités
locales
-
Gestion des réseaux routiers (suivi
Cadastre
Urbanisme
Gestion du patrimoine…
Sécurité civile et militaire
Recensement de la population
L’aménagement du territoire
8.3. Socio-économie, géomarketing
- Localisation d’une clientèle potentielle en fonction de
certains critères
- Les agences immobilières…
9. L’intérêt des SIG
9.1. Exécuter des requêtes et analyses géographiques : au sein d’un
projet, les SIG permettent une meilleure analyse, une meilleure
organisation logistique et une analyse plus rapide des informations.
Un agent immobilier peut utiliser un SIG pour
trouver des maisons d’une certaine surface, avec 3
chambres et comportant un garage. Il obtient ainsi
simultanément une liste de maisons répondant à ces
critères ainsi que leur localisation géographique.
Cette requête peut ensuite être affinée avec l’aide de
deux nouveaux critères : une location inférieure à
1000 € par mois et située à moins d’une certaine
distance d’une école. Le résultat de cette nouvelle
requête s’affichera dans les mêmes conditions.
9.2. Améliorer l’organisation par une plus grande fédération de
l’information :
Liaison entre tout type d’information par le biais de la géographie
Partage de l’information facilité, meilleur communication entre individus
Une information collectée une fois devenant ensuite exploitable par tous.
9.3. Prendre plus rapidement les meilleures décisions :
Série d’outils pour interroger, analyser et cartographier des données tout
au long d’un processus de décision.
Exemple en écologie : évaluer l’impact d’une construction et déterminer
le meilleur site pour limiter l’impact néfaste (ordures)
La qualité et la clarté des différents scénarios possibles produits avec
l’aide du SIG (météo, nappe, )contribuent également à une meilleure
concertation et une meilleure compréhension des enjeux.
9.4. Produire des cartes :
Le processus de fabrication
d’une carte avec un SIG est
beaucoup plus souple qu’une
production manuelle.
- création de la base de
données
- Mise en forme de la carte
Les cartes issues du SIG sont réalisées en fonction d’une localisation choisie, (one)
d’une échelle définie, tout en faisant apparaître les informations souhaitées . La
mise en évidence de certains phénomènes, la comparaison à différentes époques, la
simulation d’hypothèses sont quelques uns des avantages importants des cartes
produites par un SIG.
Références
http://www.esrifrance.fr/societe/glossaire.htm
http://www.paris-belleville.archi.fr/enseignants/hmo/Laurencin/BLaurencin_cours_SIG_VR.pdf
www.info.univ-tours.fr/~antoine/documents.../SIG_CM_I.pdf
www.geo.ulg.ac.be/cms/uploads/ST/COURS1.pdf
www.cartographie.ird.fr/publi/documents/sig1.pdf
https://cudo.carleton.ca/system/files/dli.../introduction-au-sig-nlemay.ppt
http://tdr.tug-libraries.on.ca/HELPS/gishelp.htm
www.iut-arles.up.univ-mrs.fr/prism/juin07/introsig-geom.pdf
http://prod.library.utoronto.ca:8090/maplib/ArcMap_Guide.pdf
http://www.ideal.forestry.ubc.ca/cons340/Lecture03.pdf
http://svt.ac-reunion.fr/ressources/locales/sig/sig.pps.
http://maps.nrcan.gc.ca/maps101/scale.html
http://monsieur.bonnet.free.fr/cmsig1.ppt
www.diva-gis.org/docs/africa_crop_fra.pdf
https://cours.etsmtl.ca/sys866/Cours/documents/Lecture%202.ppt