1. Systèmes d’Information
à Référence Spatiale
Dorra Ben Ayed & Sami MEZGHANI

2. Chapitre 3
Les fonctionnalités du système
d’information à référence spatiale
(les 5 A)

3. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Archivage
L’Analyse
L’Affichage
3

4. Introduction (1)
En informatique, une chaîne de traitements est définie comme
«« un ensemble de travaux «enchaînés» exécutés à la suite les
uns des autres et considérés comme une partie d'une
application »»
En géomatique, on peut décrire ces travaux «enchaînés» par
cinq étapes essentielles que l’on surnomme les cinq « A »:
Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage
Ces termes résument les fonctionnalités que tous les systèmes
doivent assurer mais cachent leur diversité : différents modèles
mis en oeuvre, nombreuses applications, présentations multiples
des données, variété des informations et capacités de stockage.
4

5. Introduction (2)
Cette chaîne de traitements doit être réalisée dans
l’ordre pour amener les données spatiales à
produire une information répondant à un besoin.
Cette chaîne de traitements est néanmoins un
processus itératif puisqu’il est possible qu’au
cours de la réalisation d’une étape, qu’il soit
nécessaire de reprendre en totalité ou en
partie une étape antérieure pour permettre
une bonne continuité de la chaîne.
5

6. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Archivage
L’Analyse
L’Affichage
6

7. L’Abstraction (1)
En philosophie, l’abstraction est définie
comme : la démarche de l'esprit qui
consiste, au cours d'un raisonnement, à
éliminer les aspects les moins pertinents de
la réflexion pour ne considérer que ceux qui
sont essentiels.
L’abstraction permet de définir le modèle
qui servira à représenter le plus
fidèlement possible le territoire en
définissant les caractéristiques et les
relations des objets le composant.
7

9. 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
fréquentes
un autre spécialiste peut
voir d’autres facteurs
comme: un expert en
eau potable
• la météo des derniers pourrait vouloir
jours, effectuer :
• la proximité de l’usine,
• la consommation
• des analyses
hebdomadaire de de l’eau du puits
poissons nageant dans
une rivière contaminée
9

10. L’Abstraction (3)
Pour effectuer l’abstraction, ces spécialistes créeront chacun
un modèle de la réalité en fonction de leurs besoins, qui
ne sont pas les mêmes.
chacun définira ou modélisera des objets du monde
réel d’une façon différente et avec un niveau d’abstraction
différent
10

11. 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

12. 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 des
besoins, ce qui permet de définir précisément le
contenu du système.
12

13. L’Abstraction (6)
La modélisation doit prendre en compte les
objectifs attendus du système d’information.
Pour cela les méthodes utilisées pour la réalisation
des systèmes d’information « classiques » sont
valables.
Un exemple de modèle d’abstraction est celui
utilisé par les modèles conceptuels de données
(MCD), qui permettent de représenter
graphiquement les objets, leurs caractéristiques et
leurs relations.
13

14. L’Abstraction (7)
Exemple d’une abstraction
Les voies de communication
d’un territoire
Cas 1
moyens de communication
terrestre 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

15. L’Abstraction (8)
Exemple d’une abstraction
Les voies de communication
d’un territoire
Cas 1
moyens de communication
terrestre 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

16. 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 autre
Dans ce cas il sera important de alors que dans ce second cas
connaître: il faut mettre l’accent sur
•les différents tronçons de route, l’existence même de la voie
•leurs caractéristiques physiques de communication
permettant d’estimer leur capacité indépendamment de sa nature
de trafic (chemin sentier voies ferrées
ou autres)
16

17. 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 autre
Dans la première approche, chaque Dans la deuxième approche
route sera décrite par plusieurs seule l’information sur
tronçons jointifs. Un tronçon l’existence d’une
correspondra à une partie de la route entre deux lieux est
route le long duquel les importante.
renseignements attributaires sont
constants. On aura donc un tronçon
chaque fois que deux
Un nouveau tronçon devra être points du territoire seront
créé chaque fois que l’une des reliés par une route
caractéristiques changera. directe.
17

18. L’Abstraction (11)
Exemple d’une abstraction
Le choix d’une des deux modélisations est intimement lié
aux objectifs assignés au système d’information.
Les voies de communication
d’un territoire
Cas 1 Cas 2
moyens de communication aller d’un point à un autre
la gestion du réseau calcul d’itinéraire
18

19. L’Abstraction (12)
Exemple d’une abstraction
Prenons l’exemple de la mise en place d’un circuit
touristique 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

21. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Archivage
L’Analyse
L’Affichage
21

22. Acquisition
des données géographiques
Définition :L’acquisition des données géographiques consiste au
regroupement de diverses sources permettant la saisie des
données géographiques dans le but de leurs intégration dans
un système à référence spatiale.
Un SIG ne peut fonctionner que s'il contient des données.
L’acquisition des données est la phase la plus coûteuse dans
la mise en place d’un projet SIG.
Il y a donc tout intérêt à bien définir ses besoins et à
comparer l'ensemble des données disponibles.
22

23. Acquisition
des données géographiques
A partir du moment où l'on a défini les informations
nécessaires à notre besoin, il reste à régler la
question du choix du mode d'acquisition des
données :
si les données existent déjà, les importer
ou dans le cas contraire, les saisir.
ou les acquérir auprès des organismes nationaux
et internationaux
23

24. Il existe des organismes nationaux ou internationaux producteurs
ou 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 de
services, service de l’Etat, collectivités territoriales,
concessionnaires de réseaux, SIR …

25. Mode d’Acquisition
des données géographiques
Si les données existent déjà, les importer
:Import de fichiers
Les SIG offrent généralement trois types de moyens d'importer des
données :
importer une base de données structurée dans un format interne à
un SIG: Ce moyen convient entre les SIG d'un 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 d'échange disponible sur le marché.
Ce troisième moyen est le plus économique à long terme.
25

26. Mode d’Acquisition
des données géographiques
Si les données n’existent pas:
il faut créer une base de données
Numérisation de nouvelles couches de données
26

27. Mode d’acquisition
des données géographiques
Mode d’acquisition
( Par Numérisation de nouvelles couches de données)
Levés topographiques
Photos aériennes
Images satellitaires
GPS
Digitalisation
Scannage de plans
27

28. 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 mesures
Cet appareil permet d’obtenir le tracé de proche en proche à partir d’un point
de référence
28

29. Mode d’acquisition
des données géographiques
Levés 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
L'appareil peut enregistrer un code en plus de la position
d'un point. Le code permet d'identifier le point relevé, ce qui
facilite le travail de dessin à l'ordinateur.
Toutes sortes d'objets peuvent avoir leur code (coins, portes
de bâtiments, trottoirs, tampons, fossés, etc.)
29

30. Mode d’acquisition
des données géographiques
Photos aériennes
Ensemble de clichés
effectués à plusieurs
kilomètres d’altitude
30

31. Mode d’acquisition
des données géographiques
Photos 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

32. Mode d’acquisition
des données géographiques
Photos aériennes Laser range scanning
Laser scanning
de la ville de Lyon
exemple de cliché
32

33. Mode d’acquisition
des données géographiques
Images satellites
Les satellites d’observation
de la terre, fournissent des
données transmises sous
forme d’images numériques
en mode raster.
Les données doivent subir certains
traitements rectificatifs avant de les
intégrer dans un SIG
33

34. Mode d’acquisition
des données géographiques
Images satellites Ikonos
34

35. Mode d’acquisition
des données géographiques
Global Positioning System : GPS
Le système GPS permet le calcul à
l’aide des stellites la position
(coordonnées avec une précision de
quelques centimètres voire même
quelques millimètres )
35

36. Mode d’acquisition
des données géographiques
Global 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

37. Mode d’acquisition
des données géographiques
Digitalisation
•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

38. Mode d’acquisition
des données géographiques
Scannage de plans
• Convient parfaitement
à la représentation
raster.
• Ce mode de saisie est
rapide et peu coûteux
L’inconvénient de cette méthode est la
retranscription des erreurs dues au
support d’origine (déformation du
papier, épaisseur du trait, …)
Si la donnée est scannée et géo-
référencée c’est de la donnée «raster »
38

39. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Archivage ou Assemblage
L’Analyse
L’Affichage
39

40. L’Archivage ou L’Assemblage (1)
Le SIG sert à stocker les données et à les mettre à la
disposition des utilisateurs du système
BD Consultation
et mise à jour
Serveur
utilisateurs
Système de
sauvegarde
40

41. L’Archivage ou L’Assemblage (2)
Objectifs :
Centraliser les données de manière normée
Relier ces données les unes aux autres
Permettre leur diffusion
Intérêts :
assurer la cohérence et l’intégrité des données
partager les bases
simplifier leur mise à jour
Dépend:
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

42. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Archivage
L’Analyse
L’Affichage
42

43. L’Analyse (1)
Importance de l’intégration de différentes
données dans un système d’information
De la simple superposition de couches ‐ sans
qu’elles entrent en interaction …
43

44. L’Analyse (2)
au croisement des couches ‐ avec création de nouvelles
informations
44

45. L’Analyse (3)
Principales méthodes d’analyse
a) Requête sémantique
b) Requête géométrique et analyse spatiale
c) Analyse thématique et statistique
45

46. 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

47. L’Analyse (5)
a) Requête sémantique
Exemples :
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

48. L’Analyse (6)
a) Requête sémantique
Exemples : 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 attribut
Ces 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

49. L’Analyse (7)
Principales méthodes d’analyse :
b) Requête spatiale
On 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

50. 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

51. L’Analyse (9)
b) requête spatiale
Prise en compte d’un environnement réduit
Fonctions zonales :opérations effectuées sur une
zone irrégulière
Exemple: Classification; calcul de la surface ou de
périmètre d’une classe
Fonctions focales : opérations effectuées sur une
cellule d’une couche raster en utilisant les valeurs du
voisinage
Exemple : Filtres spatiaux en télédétection; calcul des
pentes ou d’exposition sur un MNT (modèle numérique de
terrain)
51

52. L’Analyse (10)
méthodes d’analyse : b) requête spatiale
Prise en compte d’un environnement général
Fonction d’optimisation ex le plus court chemin
Simulation de propagation d’un phénomène
exemple écoulement
Interpolation
52

53. L’Analyse (11)
b) requête spatiale
Algèbre 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

54. L’Analyse (12)
Principales méthodes d’analyse : b) requête spatiale
Modèle 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

55. 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

56. L’Analyse (15)
Principales méthodes d’analyse : b) requête
spatiale
Fonctions topologiques
Utilisation d’opérateurs de génération de nouveaux
objets (ou géotraitements):
56

57. L’Analyse (16)
Principales méthodes d’analyse : b) requête
spatiale
Géotraitements sur des vecteurs
On distingue essentiellement
L’agrégation
Le regroupement
Le découpage
L’intersection
L’union
La jointure spatiale
57

58. L’Analyse (18)
Géotraitements sur des vecteurs
L’agrégation (Dissolve) (fusion)
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.
58

59. Exemple Agrégation

60. 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 thème
d’entités ponctuels, linéaires ou surfacique en
se basant sur l’extension spatiale d’un thème
de polygones.
60

61. L’Analyse (20)
Géotraitements sur des vecteurs
L’union (Union)
Permet de créer un nouveau thème
contenant les entités de 2 thèmes de
polygones ainsi que leurs attributs.
La jointure spatiale (Assign data
by location)
Permet d’attribuer les données d’un thème à
la table d’un autre thème, lorsque les
entités partagent la même extension
spatiale.
61

62. L’Analyse (21)
b) requête spatiale
Buffers ou zones tampons
Création d’objets en fonction de la
distance.
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

63. 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

64. L’Analyse (23)
Principales méthodes d’analyse : c) Analyse
thématique 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

65. L’Analyse (24)
Principales méthodes d’analyse : c) Analyse
thématique tabulaire et statistique
65

66. Sommaire
Introduction
L’Abstraction
L’Acquisition
L’Assemblage
L’Analyse
L’Affichage
66

67. 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 d'autres applications.
67

68. L’Affichage (2)
Carte de localisation
68

69. L’Affichage (3)
Carte thématique
69

70. L’Affichage (4)
Image
70

71. L’Affichage (5)
Tableau
71

72. L’Affichage (6)
Graphiques
72

73. L’Affichage (7)
L’affichage (visuel) n’est pas la seule possibilité de
communication offerte par les SIG.
Par extension on peut considérer les possibilités d’échanges
entre systèmes différents comme une possibilité nouvelle
d’affichage au sens communication d’information.
Différents SIG peuvent en effet utiliser des bases de données
relatives au même territoire, et ainsi peuvent nécessiter des
échanges de renseignements.
Cela nécessite des transformations de format
prenant en compte les spécificités de chaque logiciel.
73