[PDF] Les principes des systèmes dinformation géographique

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Les principes des systèmes d'information

géographique Principes, algorithmes et architecture du système

Savane

Marc Souris

Sommaire

Première partie : introduction et présentation générale du s ystème

SAVANE

0. Introduction ..........................................

......................................1

1. Présentation générale des systèmes d'information géographique .............. 9

1.1. L'apport de l'informatique pour la géographie ou la cartographie

1.2. Les SIG comme synthèse de ces domaines : historique et évolution

1.2.1. Les débuts : les années 60-70

1.2.2. La consolidation : les années 80

1.2.3. La diffusion : les années 90

1.2.4. Les évolutions actuelles

1.3. Les SIG : objectifs généraux

1.4. Conclusion

2. Présentation du système SAVANE...........................

...................... 21

2.1. Le système SAVANE : principes généraux

2.1.1. Les concepts généraux de SAVANE

2.1.2. L'architecture générale de SAVANE

2.1.3. Administrer une base SAVANE

2.2. Présentation de

s différents modules

2.2.1. SAVATECA : administration des bases de données

2.2.1.1. Principes généraux d'administration

2.2.1.2. Configuration du système

2.2.1.3. Organisation d'une base de données SAVANE : principe généraux

2.2.1.4. Création d'une base de données

2.2.1.5. Gestion du schéma

2.2.1.6. Gestion des vues externes

2.2.1.7. Intégration d'objets

2.2.1.8. Gestion des utilisateurs

2.2.2. SAVAMER : géoréférencement d'images et constitution de mosaïques

2.2.2.1. Le géoréférencement

2.2.2.2. Le ré-échantillonage

II Sommaire

2.2.2.3. Le mosaïquage et l'intégration

2.2.3. SAVEDIT : saisie vectorielle sur écran avec gestion des contraintes d'intégrité

2.2.3.1. Principes généraux

2.2.3.1. Format des documents SAVEDIT

2.2.3.1. Principes généraux

2.2.3.1. Principes généraux

2.2.4. SAVANE : exploitation des bases de données et cartographie

2.2.4.1. Cartes, cadres et requêtes

2.2.4.1.1. La classe CCarte

2.2.4.1.2. La classe CCadre

2.2.4.2. Principales opérations de manipulation de données

2.2.4.3. Masques et distances

2.2.4.4. Macro-commandes et méthodes

2.2.4.5. Edition cartographique et impression

2.2.4.6. Utilisateurs et partage des bases de données

2.2.4.7. Raster et vecteur

2.2.5. SAVATLAS : consultation de cartes et de données

2.2.6. SAVLIBRARY : librairie de développement VC++

2.2.7. SAVSERVEUR : serveur de requêtes via Internet

2.2.7.1. Méthodes client/serveur via Internet

2.2.7.2. L'architecture du serveur

2.2.7.3. L'architecture d'un client

2.3. La constitution et l'exploitation d'une base de données avec SAVANE

2.3.1. Généralité sur la constitution d'une base de données géographiques

2.3.1.1 Méthodes de mise en place, d'administration, et d'exploitation

2.3.1.2 Difficultés

2.3.2. De la création d'une base de données à son exploitation

2.3.2.1 La création d'une base de données : schéma et méthodes

2.3.2.2 L'intégration graphique

2.3.2.3 Modifications et unions graphiques, contraintes d'intégrités

2.3.2.4 L'intégration descriptive

2.3.2.5 Vues externes et droits d'accès

2.3.2.6 Création et gestion de méthodes

Deuxième partie : Modéliser et gérer l'information géogra phique

3. Modéliser le monde réel ..............................

................................. 59

3.1. Préambule

3.1.1. Quelques exemples

3.1.2. Précision et description

3.2. Pourquoi et comment modéliser le monde réel

3.2.1. Comment appréhender et représenter la réalité avec un ordinateur

3.2.2. Réalité et connaissance

3.2.3. Modéliser la connaissance

3.2.4. Collection d'objet et gestion

3.3. La schématisation du monde réel : de la réalité à la géographie

3.3.1. La localisation comme attribut : l'objet géographique

3.4. La schématisation de la localisation : de la géographie à la géométrie

Sommaire III

3.4.1. Géographie et cartographie : une union agitée

3.4.2. Cartes de localisation et cartes thématiques

3.4.3. La représentation géométrique de la localisation géographique

3.4.4. Décrire la localisation

3.4.5. Les limites du modèle géométrique

3.5. De la géométrie à l'informatique : la représentation informatique de la localisation

3.5.1. La représentation en maille

3.5.2. La représentation vectorielle

3.5.3. Les structures de représentation de l'information localisée

3.5.4. Les méthodes de compactage

3.6. Les sources de l'information localisée : nature et validité

3.6.1. Les moyens d'acquisition des données localisées

3.6.2. La validité de l'information

3.7. Structure géométriques des objets dans le système SAVANE

3.7.1. Le modèle géométrique

3.7.2. La classe CArc

3.7.3. Les changements de représentation interne

3.8. Conclusion

4. Mesurer la localisation ....................................

............................ 95

4.1. Introduction

4.2. Formes et mesure de la Terre : géodésie et gravimétrie

4.2.1. Mesurer la forme de la Terre : la géodésie

4.2.2. L'approche géométrique

4.2.3. L'approche géophysique

4.2.3.1. Gravité et géoïde.

4.2.3.2. De nouveaux ellipsoïdes

4.2.4. Nouveaux instruments, nouvelles mesures, nouvelles précisions

4.2.4.1. Le système GPS

4.2.4.2 Les changements de datum

4.2.5. Précision des mesures

4.3. Représenter l'ellipsoïde sur une surface plane : cartographie et projections

4.3.1. Les déformations

4.3.2. Les surfaces développables

4.3.3. Coordonnées et espace de projection

4.3.4. Échelles et cartes

4.3.5. Échelle, projection, précision

4.4. Exemples de projections

4.4.1. La projection Mercator

4.4.2. La projection UTM (Universal Transverse Mercator)

4.4.3. La projection conique de Lambert

4.5. SAVANE, datum et projections

4.5.1. Provenance des données en entrée

4.5.2. Fonctionnement de SAVEDIT pour les projections et le datum

4.5.3. Fonctionnement de SAVANE pour les projections dans un cadre

4.6. Conclusion

IV Sommaire

5. De l'objet à la collection d'objet : les SGBD ...............

...................... 129

5.1 Introduction

5.2 Notions classiques sur les SGDB

5.2.1. Les problèmes soulevés par l'utilisation de fichiers traditionnels :

dépendance, redondance, intégrité, sécurité

5.2.2. L'objectif des SGBD

5.2.3. La modélisation de la réalité dans les SGBD

5.2.3.1. Les différents modèles de données

5.2.3.2. Les niveaux de description

5.2.4. Les modèles hiérarchique et réseau

5.2.5. Le modèle relationnel

5.2.5.1. Les principes du relationnel

5.2.5.2. La notion de clé et la théorie de la normalisation

5.2.5.3. L'algèbre relationnelle

5.2.5.4. Puissance et limite du relationnel

5.2.6. Le modèle objet

5.2.6.1. Objets, méthodes, encapsulation et héritage

5.2.6.2. Les bases de données objets

5.3. SGBDR et objets géographiques : l'extension du modèle relationnel

5.3.1 Objectifs

5.3.2 L'extension du modèle relationnel

5.3.2.1. Les principes de l'extension du modèle

5.3.2.2. Relations localisées et notion de clé géographique

5.3.3. Les extensions de l'algèbre relationnelle

5.3.3.1. La restriction spatiale

5.3.3.2. La jointure spatiale

5.3.3.3. La projection spatiale

5.3.3.4. Masques et semi-jointures géométriques

5.3.4. Objets spatiaux et opérations relationnelles classiques

5.4. Structuration et indexation de l'attribut de localisation

5.4.1. Les méthodes classiques d'indexation

5.4.2. L'indexation multidimensionnelle

5.5. SAVANE : mise en oeuvre du relationnel étendu

5.5.1. Schéma : relations et attributs

5.5.2. Structuration des collections d'objet

5.5.2.1. Architecture générale et organisation des bases de données

5.5.2.2. Indexation géographique et structure des fichiers

5.5.2.2.1. Le type non localisé

5.5.2.2.2. Le type point

5.5.2.2.3. Le type ligne

5.5.2.2.4. Le type zone

5.5.2.2.5. Le type mosaïque

5.5.3. Intégration d'objets et de valeurs d'attributs

5.5.3.1. La constitution d'une relation

5.5.3.2. Codage des valeurs d'attributs descriptifs

5.5.3.3. L'intégration graphique

5.5.3.4. L'intégration descriptive

Sommaire V

5.5.3.5. La classe CIndexAttribut

5.5.4. SAVANE : requêtes et états temporaires

5.5.4.1. Principes d'une requête dans SAVANE

5.5.4.2. Définition et gestion des macro-commandes

5.5.5. La classe CLecture

5.5.6. SAVANE : les structures internes

5.5.6.1. Vecteur et raster

5.5.6.2. Un algorithme de rasterisation

5.5.7.Les masques

5.5.7.1. La structure d'un masque

5.5.7.2. Création d'un masque : zone tampon ou définition sur écran

5.5.7.3. L'algèbre des masques

5.5.8. La réalisation des opération relationnelles classiques

5.5.8.1. La restriction

5.5.8.2. La jointure

5.5.9. La réalisation des opération relationnelles étendues

5.5.9.1. La restriction spatiale

5.5.9.1.1. La restriction spatiale par fenêtre d'étude

5.5.9.1.2. La restriction spatiale par domaine

5.5.9.2. La jointure spatiale

5.5.9.3. Les semi-jointures spatiales

5.5.10. La connexion à d'autres systèmes de gestion de base de données

5.6. Conclusion

6. Géoréférencement et intégration d'images ............

.......................... 195

6.1. Introduction

6.2. Définition d'une classe d'objet pour les données venant d'images : le pixel

6.2.1. Définition de l'objet

6.2.2. Gestion des collections de pixel

6.3. Géoréférencement des images et création des objets

6.3.1. Redressement d'image

6.3.2. Le choix des points d'appui

6.3.3. Le ré-échantillonnage

6.3.4. Le mosaïquage et l'intégration dans une relation

6.3.4.1. Les méthodes de correction géométriques pour les mosaïques

6.3.4.2. Les méthodes de correction descriptives pour les mosaïques

6.3.4.3. L'assemblage des images

6.3.5. Un cas particulier : les satellites d'observation de la Terre

6.4. SAVANE et la

gestion des mosaïques

6.4.1. Structure des relations de type mosaïque

6.4.2.Opérations relationnelles

6.4.3. Création de relations de type mosaïque et opérations de changement de type

6.4.4. Utilisation des mosaïques dans le cadre objet

6.4.4.1. La classe Cmosaïque

6.4.4.2. Quelques classes dérivées

6.5. Le module SAVAMER

6.5.1. Présentation générale

VI Sommaire

6.5.2. La prise de points d'appui

6.5.2.1. Principes généraux et interface graphique

6.5.2.2. La saisie manuelle des points d'appui

6.5.2.3. La saisie semi-automatique et automatique

6.5.3. Le redresseme

nt et le ré-échantillonnage

6.5.3.1. Le redressement

6.5.3.2. Le ré-échantillonnage

6.5.3.3. Un algorithme de triangulation

6.5.3.4. Le redressement descriptif des dynamiques

6.5.4. Le mosaïquage et l'intégration dans une mosaïque

6.6. Conclusion

7. Les contraintes d'intégrités spatiales et la saisie graphique ................. 227

7.0. Introduction

7.1. La qualité dans les bases de données géographiques

7.1.1. Le problème général de la qualité dans les bases de données géographiques

7.1.2. La cohérence spatiale

7.1.3. Les contraintes d'intégrité spatiales

7.2. Les contraintes d'intégrité pour les bases de données

7.2.1. Le cadre relationnel

7.2.2. Les contraintes d'intégrité

7.2.3. Les contraintes d'in

tégrité pour les données localisées

7.3. Les contraintes d'intégrité spatiale

7.3.1. Une typologie des contraintes d'intégrité spatiale

7.3.2. Les contraintes géométriques

7.3.3. Les contraintes topologiques de type

7.3.3.1. Fermeture et centroïde

7.3.3.2. Connexité

7.3.3.3 Surface et périmètre

7.3.4. Les contraintes relationnelles

7.3.4.1. Contrainte d'unicité de clé

7.3.4.2. Contrainte d'appartenance à un domaine

7.3.4.3. Contraintes descriptives de voisinage

7.3.4.4. Contraintes topologiques

7.3.4.5. Contraintes métriques

7.3.5. Les contraintes de jointure

7.3.5.1. Les relations spatiales entre objets géographiques

7.3.5.2. Les contraintes topologiques

7.3.5.3. Les contraintes descriptives

7.4. Modèles géométriques et mise en oeuvre des contraintes d'intégrité spatiale

7.4.1. Les différentes méthodes de stockage

7.4.1.1. Les modèles spaghetti

7.4.1.2. Les modèles topologiques

7.4.2. La vérification de la cohérence spatiale

7.5. SAVANE, saisie graphique et contraintes d'intégrité spatiale

7.5.1. Présentation du module SAVEDIT

7.5.1.1. Les principes de la saisie graphique avec SAVEDIT

7.5.1.2. Saisie et indexation géographique

7.5.1.3. La saisie de points

7.5.1.4. La saisie de lignes

Sommaire VII

7.5.1.5. La saisie de zones

7.5.1.6. Saisie, datum et projection géographique

7.5.1.7. Le format des documents SAVEDIT

7.5.2.Les contraintes sur les objets géométriques

7.5.2.1. La classe CArc

7.5.2.2. Nettoyage des arcs

7.5.2.3. Simplicité

7.5.2.4. Extra-simplicité

7.5.2.5. Fusion d'arc

7.5.2.6. Suppression d'arcs en double

7.5.2.7. Union d'arcs

7.5.3.Les contraintes sur les objets géographiques

7.5.2.1. Le nettoyage des zones

7.5.3.2. La fermeture de zones

7.5.3.3. Connexité et fermeture des arcs

7.5.3.4. Unicité de clé (zones sécantes, zones incluses)

7.5.3.5. Centroïde de zones

7.5.3.6. Valeurs adjacentes (courbes de niveaux)

7.5.3.7. Valeurs adjacentes (points cotés)

7.5.4. Quelques procédures automatiques : algorithmes

7.5.4.1. La détection automatique des contours de zone

7.5.4.2. La saisie semi-automatique d'arc par suivi de contour

7.5.4.3. Le calcul automatique de centroïde de zones

7.5.4.4. La création de taches fermées à partir d'arcs frontières

7.6. Conclusion

Troisième partie : analyse spatiale et représentation cartographique

8. Analyser : calculs et analyse spatiale ........................

..................... 267

8.1. Introduction

8.2. Rappels sur l'analyse spatiale

8.2.1. Structures spatiales et objets géographiques : généralisation et agrégation

8.2.2. Distribution spatiale d'un phénomène

8.2.3. Homogénéité spatiale, relations de voisinage, regroupement

8.3. SAVANE : exploration des données et statistique

8.3.1. L'exploration individuelle

8.3.2. L'exploration statistique

8.4. SAVANE et les méthodes sur les attributs descriptifs

8.4.1. Le principe de la création de nouveaux attributs descriptifs

8.4.2. Calcul numérique et logique

8.4.3. Classifications et méthodes de discrétisation

8.4.4. Agrégations descriptives

8.4.5. Comparaison d'attributs

8.4.6. Combinaison d'attributs

8.4.7. Ordre

8.5. L'utilisation de la localisation pour la création de nouveaux attributs descriptifs

8.5.1. Surface, périmètre, coordonnées

8.5.2. Orientation

VIII Sommaire

8.5.3. Distance à un point, à une relation, à un masque

8.5.4. Géo-agrégations

8.5.4.1. La géo-agrégation géométrique par distance

8.5.4.2. Géo-agrégation par surface d'un masque

8.5.4.3. Géo-agrégation par valeur pondérée par la surface

8.5.5. Appartenance

8.5.6. Géo-agrégation sur les pixels : le ré-échantillonage

8.5.7. Opérations sur les modèles numériques de terrain : orientation, pente,

écoulement

8.5.7.1. Pente et orientation

8.5.7.2. D'autres indices en géomorphologie et hydrologie

8.6. La création de relations temporaires

8.6.1. Le principe de la création de nouvelles relations

8.6.2. La duplication

8.6.3. La définition directe sur écran ou par masque

8.6.4. La création de mailles

8.6.5. La création par changement de type d'objet

8.7. Les opérations de changement de type d'objet

8.7.1. Vers le pixel : interpolation ou rasterisation

8.7.1.1. Mosaïque et type " Raster »

8.7.1.2. Méthodes d'interpolation

8.7.1.2.1. La méthode barycentrique

8.7.1.2.2. Barycentre sur tous les points

8.7.1.2.3. Interpolation sous contrainte

8.7.1.3. Zone vers pixel : rasterisation

8.7.2. Vers la zone : vectorisation ou tessélation

8.7.2.1. Un algorithme de vectorisation

8.7.2.2. Un algorithme de tessélation

8.7.2.3. De la ligne à la zone : créer la topologie

8.7.2.4. De la zone à la zone : regrouper, éroder, dilater

8.7.3. Vers la ligne

8.7.3.1. Squelettisation de zones

8.7.3.2. Vectorisation et courbes d'isovaleurs

8.7.4. Vers le point

8.7.4.1. Centre d'un semis de points

8.7.4.2. De la ligne aux points : l'utilisation des noeuds

8.8. Conclusion

9. Représenter .................. ........................

........................... 315

9.1. Les principes de la

représentation cartographique

9.1.1. Le langage cartographique

9.1.2. Les variables visuelles

9.1.2.1. La forme

9.1.2.2. La taille

9.1.2.3. La couleur

9.1.2.4. La valeurs

9.1.2.5. Grain, trame, texture

9.1.2.6. Orientation

9.1.3. La représentation cartographique

Sommaire IX

9.1.4. Légendes et habillage

9.2. La cartographique avec SAVANE : cartes et cadres

9.2.1. La carte

9.2.2. Les cadres

9.2.3. Couleurs et palettes

9.3. L'explorateur cartographique

9.3.1. Principes de l'explorateur cartographique

9.3.2. L'implantation graphique ponctuelle

9.3.3. L'implantation graphique zonale

9.3.4. L'implantation graphique linéaire

9.3.5. La représentation des images

9.3.6. Masques, fonds graphiques, documents digitalisés

9.3.7. Les procédures de tracé

9.3.8. Les légendes

9.4. La représentation en perspective

9.5. L'ouverture ou la sauvegarde d'une carte dans SAVANE

10. Conclusion .............................................

......................... 343

10.1. La construction du SIG SAVANE : synthèse

10.2. Vers plus d'intelligibilité pour les bases de données géographiques

Bibliographie générale ................................. .............................. 351 Annexe : exemples de classes et implémentation en C++ ............... 361quotesdbs_dbs33.pdfusesText_39

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