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Introduction aux SIG
Sylvain Théry – UMR 7619 Sisyphe
thery@ccr.jussieu.fr
S. Théry - IST, novembre 2005 2
Sources utilisées
Ce document s’inspire en partie de supports de cours
réalisés par
L’UMR Sisyphe (CNRS-Paris VI)
L’UMR Prodig (CNRS-Paris I)
L’Institut National Agronomique Paris-Grignon
L’École Nationale des Sciences Géographiques
L’Université de Genève
2
S. Théry - IST, novembre 2005 3
Sommaire
Introduction
Notions de géodésies
Les grands types de données
Notions de bases de données
Les fonctions du SIG
Les principaux logiciels
S. Théry - IST, novembre 2005 4
Introduction (1)
SIG = Système d’Information géographique
Un Système d'Information Géographique est un
ensemble de données numériques, localisées
géographiquement et structurées à l'intérieur d'un
système de traitement informatique comprenant des
modules fonctionnels permettant de construire, de
modifier, d'interroger, de représenter
cartographiquement les données, selon des critères
sémantiques et spatiaux.
3
S. Théry - IST, novembre 2005 5
Introduction (2)
SIG = Système d’Information géographique
S. Théry - IST, novembre 2005 6
Sommaire
Les fonctions d’un SIG (les 5A)
Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et
Affichage de données à caractère spatial
4
S. Théry - IST, novembre 2005 7
Sommaire
Introduction
Notions de géodésies
Les grands types de données
Notions de bases de données
Les fonctions du SIG
S. Théry - IST, novembre 2005 8
Notions de géodésie (1)
Les données utilisées dans les SIG ont un caractère
spatial définie par une géométrie
La localisation de cette géométrie est exprimée soit
dans l’espace géographique non-projeté
(latitude/longitude)
soit dans un système de projection
5
S. Théry - IST, novembre 2005 9
Notions de géodésie (3)
Pourquoi a-t-on besoin des projections
cartographiques ?
Pour se repérer,
Pour permettre la comparaison précise de la
forme, l’aire, la distance ou la direction des
objets sur une carte,
Pour superposer des objets de thèmes différents
dans le logiciel SIG.
S. Théry - IST, novembre 2005 10
Notions de géodésie (4)
Pourquoi a-t-on
besoin des
projections
cartographiques ?
carte du XVè siècle basée
sur les texte de Ptolémée
(110-160 Après JC ?)
6
S. Théry - IST, novembre 2005 11
Notions de géodésie (5)
Pour comprendre la notion de projection, il
convient de connaître quelques concepts de
géodésie
Géodésie : science qui étudie la mesure des
dimensions et la forme de la terre. Cette
science intervient en amont de la
cartographie et permet (entre autre) d’assurer
le positionnement des bases de données
géographiques nécessaire aux SIG.
S. Théry - IST, novembre 2005 12
Notions de géodésie (6)
La forme de la terre est régit par un phénomène physique
fondamentale, la pesanteur (force attractive résultante exercée
sur chaque point matériel). De ce fait, la terre est assimilée à
une sphère de forme imparfaite, le géoïde.
Définition du géoïde : surface équipotentielle des forces de la
pesanteur représentée par la surface moyenne du niveau des
mers qui se prolonge sous les continents.
Cette surface théorique se rapproche le plus de la forme réelle
de la terre puisque la surface des océans (les ¾ du globe) se
confond avec le géoïde.
7
S. Théry - IST, novembre 2005 13
Notions de géodésie (7)
Le géoïde est essentiellement utilisé qu'en altimétrie.
Pour traiter la représentation planimétrique de la
surface de la terre on assimile le géoïde à un
ellipsoïde de révolution (c'est à dire une sphère
aplatie aux pôles).
L'ellipsoïde est une surface mathématique, la plus
proche de la surface de la terre, abstraction faite du
relief. C’est essentiellement cette notion qui est utilisé
dans le domaine des SIG et de la cartographie.
S. Théry - IST, novembre 2005 14
Notions de géodésie (6)
Géoïde : Surface théorique la plus proche de la surface de la terre.
Ellipsoïde : Surface mathématique la plus proche du géoïde.
8
S. Théry - IST, novembre 2005 15
Notions de géodésie (7)
Pour calculer le réseau géodésique dont dépend sa
cartographie, chaque pays choisi un ellipsoïde propre, aussi
voisin que possible du géoïde sur l'étendu de son territoire.
Pour la France, l'ellipsoïde
retenu est celui de Clarke
1880, tangent au géoïde à
Paris. Cet ellipsoïde,
comme tout ellipsoïde, est
associé à un Datum.
S. Théry - IST, novembre 2005 16
Notions de géodésie (8)
Un Datum est un système géodésique de référence, il existe
des systèmes locaux et des systèmes spatiaux (mondiaux). Il
s’agit d’un repère affine à 3 dimensions dont le centre est
proche du centre des masses de la terre. (d’une dizaine de
mètre à moins de 500 mètres).
Un système géodésique de référence local est donc caractérisé
par :
- un ellipsoïde
- un point fondamental (point pour lequel l’ellipsoïde et le géoïde
sont confondu)
- un méridien d’origine qui correspond à l’origine des longitudes,
- une représentation plane
9
S. Théry - IST, novembre 2005 17
Notions de géodésie (9)
Exemple de système géodésique local utilisé actuellement en
France :
– Nouvelle Triangulation Française NTF
Ellipsoïde : Clarke 1880
Point fondamental : Croix du panthéon à Paris.
Méridien origine : Paris (situé à 2°20’14.025’’ à l’Est de celui de
Greenwich).
Représentation plane associée : Lambert Zone I, II, III, IV.
S. Théry - IST, novembre 2005 18
Notions de géodésie (10)
Exemple de système géodésique spatial utilisé en France :
Réseau Géodésique Français RGF 93,
Réseau de Référence Français (RRF) : 23 sites.
Réseau de Base Français (RBF) densification du précédent
(1009 sites).
Réseau de Détail Français (RDF), constitué des points de la
NTF, la précision est de 5 à 10 cm
Méridien d’origine (origine des longitudes) Greenwich,
Ellipsoïde associé : IAG-GRS80,
Projection associée : projection conique conforme sécante appelé
« Lambert 93 ».
10
S. Théry - IST, novembre 2005 19
Notions de géodésie (11)
L’ensemble des notions abordées concernent la représentation
planimétrique (ellipsoïde) et altimétrique (géoïde). Si l’on veut
représenter une portion de la surface de la terre sur un plan, il
faut établir une correspondance (la plus fidèle possible) entre
les points de la portion de l’ellipsoïde à représenter et ceux du
plan.
S. Théry - IST, novembre 2005 20
Notions de géodésie (12)
L’espace géographique, matérialisé par l’ellipsoïde, est un
espace courbe. Pour passer de cet espace courbe à une carte
dessinée sur un plan on utilise une projection cartographique.
C’est à dire une transformation mathématique faisant
correspondre un point de l’ellipsoïde à un point du plan.
Cette transformation introduit nécessairement des déformations,
c’est à dire des déplacements relatifs des points de la surface
terrestre rapportés à l’ellipsoïde de référence. Cependant il est
possible de minimiser certaines déformations, afin de conserver
les propriétés correspondantes.
11
S. Théry - IST, novembre 2005 21
Notions de géodésie (13)
Les projections peuvent être classées en fonction des
distorsions minimisés :
Conforme : conserve localement les angles et les formes.
Exclusivement utilisé en géodésie et topographie. Par contre ce
type de projection modifie les rapports de surface.
Equivalente : conservation des rapport de surfaces. Projection
sans intérêt du point de vue topographique car les longueurs
mais aussi les angles sont altérés. Utilisé pour la cartographie.
Aphylactique : ne conserve ni les angles (conforme) ni les
surfaces (équivalente). Les projections équidistantes (ne
déforme pas les distances) sont classées dans cette catégorie.
S. Théry - IST, novembre 2005 22
Notions de géodésie (14)
Par ailleurs aucune projection ne conserve
les longueurs sur l’ensemble du domaine
représenté, effectivement l’ellipsoïde ne
pouvant se développer sur une surface plane,
chaque longueur subie une altération qui
dépend de se position sur l’ellipsoïde.
Chaque système de projection est donc défini
afin de minimiser cette altération linéaire.
12
S. Théry - IST, novembre 2005 23
Notions de géodésie (15)
La projection azimutale consiste à projeter
une portion de l’ellipsoïde sur un plan
tangent à la sphère (ce type de projection
est aussi appelé projection perspective ou
projection zénithale).
La projection conique : la surface projetée
est un cône tangent ou sécant à la sphère.
La projection cylindrique : la surface de
référence à la forme d’un cylindre,
tangent ou sécant à l’ellipsoïde.
S. Théry - IST, novembre 2005 24
Notions de géodésie (16)
Le choix d’un système de projection doit être effectué en
fonction des besoins auxquels il doit répondre. Par exemple :
si une carte doit permettre des comparaisons de surface, on
optera pour une projection qui conserve les superficies:
projection équivalente.
si une carte doit servir à la navigation maritime ou aérienne, on
choisira une projection qui conserve les angles, les directions:
projection conforme.
si une carte doit représenter les distances réelles entre
différents sites, on choisira une projection qui respecte les
rapports de distances : projection équidistante.
13
S. Théry - IST, novembre 2005 25
Notions de géodésie (17)
S. Théry - IST, novembre 2005 26
Sommaire
Les fonctions d’un SIG (les 5A)
Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et
Affichage de données à caractère spatial
14
S. Théry - IST, novembre 2005 27
Sommaire
Introduction
Notions de géodésies
Les grands types de données
Notions de bases de données
Les fonctions du SIG
S. Théry - IST, novembre 2005 28
Types de données spatiales (1)
On distingue essentiellement deux types de
données spatiales
– Les données vectorielles
– Les données images (ou raster)
15
S. Théry - IST, novembre 2005 29
Données vecteurs (1)
Les données vecteur sont un ensemble d'objets
géographiques représentés chacun par des
primitives graphiques : le point et l'arc. Les arcs
se connectent à leur extrémité ou nœud pour
former des lignes et des polygones.
S. Théry - IST, novembre 2005 30
Données vecteurs (2)
16
S. Théry - IST, novembre 2005 31
Données vecteurs (3)
Un parcellaire ou tout autre zonage thématique est
constitué de polygones : ce sont des données
surfaciques.
Des réseaux techniques, des cours d'eau ou des
voies sont représentés par des lignes : ce sont des
données linéaires ou filaires.
Des puits, des points de sondage, des sièges
d'exploitation sont représentés par des points : ce
sont des données ponctuelles.
S. Théry - IST, novembre 2005 32
Données vecteurs (4)
17
S. Théry - IST, novembre 2005 33
Données vecteurs (5)
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).
Les données attributaires
S. Théry - IST, novembre 2005 34
Données vecteurs (6)
Les données attributaires
18
S. Théry - IST, novembre 2005 35
Données vecteurs (7)
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.
S. Théry - IST, novembre 2005 36
Données Raster (1)
Ce sont les données que l'on obtient à partir
d'images satellitales, de photographies aériennes
numériques (orthophoto) ou de modèles
numériques de terrain.
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. (ex : 10 m pour les images Spot
panchromatique).
19
S. Théry - IST, novembre 2005 37
Données Raster (2)
S. Théry - IST, novembre 2005 38
Données Raster (3)
20
S. Théry - IST, novembre 2005 39
Données Raster (4)
On peut distinguer deux type de
données Raster :
- les images (utilisées essentiellement
pour de la représentation
cartographique)
- les grilles (utilisé pour du calcul et de la
modélisation)
S. Théry - IST, novembre 2005 40
Données Raster (5)
Exemple : photo aérienne, scan 25.
L’information contenu dans la matrice
de pixel concerne la couleur de
représentation de l’information.
Cette information n’est pas directement
accessible.
Les images
21
S. Théry - IST, novembre 2005 41
Données Raster (6)
Exemple : Modèle numérique de terrain.
L’information contenu dans la matrice
de pixel concerne une valeur
quantitative (ex. Altitude).
Cette information peut être vue et
modifiée dans la table attributaire
Les grilles (ou grids)
S. Théry - IST, novembre 2005 42
Sommaire
Introduction
Notions de géodésies
Les grands types de données
Notions de bases de données
Les fonctions du SIG
22
S. Théry - IST, novembre 2005 43
Base de données géographiques (1)
Dans un SIG, les données raster ou vecteur sont
organisés au sein d’une base de données qui se
définie par la zone d’étude qu’elle concerne.
La base de données contient donc un découpage
thématique de la zone d'étude qui se traduit par
un ensemble de couches superposables.
S. Théry - IST, novembre 2005 44
Base de données géographiques (2)
23
S. Théry - IST, novembre 2005 45
Base de données géographiques (3)
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.
S. Théry - IST, novembre 2005 46
Base de données géographiques (4)
Exemple de Modèle Conceptuel de Données
24
S. Théry - IST, novembre 2005 47
Base de données géographiques (6)
Modèle Conceptuel de Données
Une démarche simple et méthodique de construction
consiste à :
– établir une liste de données à partir des enquêtes, expression
des besoins, cahier des charges, étude de faisabilité, et plus
généralement de tout support d'information disponible.
– procéder à l'épuration des polysèmes, des synonymes.
– définir des identifiants pour chaque entité.
– définir les associations entre les différentes entités
– écrire les cardinalités des couples entités-associations
S. Théry - IST, novembre 2005 48
Base de données géographiques (7)
Base de données
Itinéraires Techniques
INRA-SAD Mirecourt – PIREN-Seine
Exemple de Modèle Physique de Données
25
S. Théry - IST, novembre 2005 49
Sommaire
Les fonctions d’un SIG (les 5A)
Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et
Affichage de données à caractère spatial
S. Théry - IST, novembre 2005 50
Sommaire
Introduction
Notions de géodésies
Les grands types de données
Notions de bases de données
Les fonctions du SIG
26
S. Théry - IST, novembre 2005 51
Abstraction (1)
Les systèmes d’information géographique sont utilisés pour
réaliser des descriptions du territoire permettant d’obtenir
l’information nécessaire pour répondre à une problématique.
Ils contiennent cette information sous plusieurs formes dont
certaines sont des représentations d’éléments ou de
phénomènes existants.
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.
Le monde réel est ainsi modélisé en fonction des besoins, ce qui
permet de définir précisément le contenu du système.
S. Théry - IST, novembre 2005 52
Abstraction (2)
Le mode de représentation du terrain n’est pas neutre
27
S. Théry - IST, novembre 2005 53
Abstraction (3)
La représentation du terrain est déterminée par les
objectifs du système
S. Théry - IST, novembre 2005 54
Acquisition (1)
Données Raster
28
S. Théry - IST, novembre 2005 55
Acquisition (2)
Données Vecteur : numérisation sur écran
S. Théry - IST, novembre 2005 56
Acquisition (3)
Données Vecteur : numérisation sur document papier
29
S. Théry - IST, novembre 2005 57
Acquisition (4)
Acquisition de données sur le terrain
S. Théry - IST, novembre 2005 58
Acquisition (5)
Données externes obtenues auprès de fournisseurs
BD ParcellaireBD-Objets-Geol 250
Exemples
30
S. Théry - IST, novembre 2005 59
Archivage (1)
Le SIG sert à stocker les données et à les mettre à la
disposition des utilisateurs du système
Serveur
BD
Utilisateurs
Consultation
Mise à jour
Sauvegarde
S. Théry - IST, novembre 2005 60
Archivage (2)
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
Objectifs
31
S. Théry - IST, novembre 2005 61
Analyse (1)
Croisement de couche vecteur par analyse spatiale
S. Théry - IST, novembre 2005 62
Analyse (2)
Géotraitements sur des vecteurs
On distingue essentiellement
L’agrégation
Le regroupement
Le découpage
L’intersection
L’union
La jointure spatiale
32
S. Théry - IST, novembre 2005 63
Analyse (3)
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.
S. Théry - IST, novembre 2005 64
Analyse (4)
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 s polygones
33
S. Théry - IST, novembre 2005 65
Analyse (5)
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.
S. Théry - IST, novembre 2005 66
Analyse (6)
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.
34
S. Théry - IST, novembre 2005 67
Analyse (7)
L’union (Union)
Permet de créer un
nouveau thème contenant
les entités de 2 thèmes de
polygones ainsi que leurs
attributs.
S. Théry - IST, novembre 2005 68
Analyse (8)
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.
35
S. Théry - IST, novembre 2005 69
Analyse (9)
Croisement de couche raster par analyse spatiale
S. Théry - IST, novembre 2005 70
Analyse (10)
Création d’information en dérivant des couches raster
Création de courbes de niveau
36
S. Théry - IST, novembre 2005 71
Analyse (11)
Création d’information en dérivant des couches raster
Création de grilles d’accumulation et de direction pour obtenir une
couverture de bassin versant et de drainage
S. Théry - IST, novembre 2005 72
Analyse (12)
Analyse sur linéaire vecteur
Ordination de Strahler
37
S. Théry - IST, novembre 2005 73
Analyse (13)
Analyse tabulaire et statistique
La requête tabulaire (non spatiale) est une phrase logique de
type :
propriété opérateur valeur
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
S. Théry - IST, novembre 2005 74
Analyse (14)
Analyse tabulaire et statistique
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.
ex : select * from ‘parcelles’ where ‘s2_km2’ >200
38
S. Théry - IST, novembre 2005 75
Analyse (15)
Analyse tabulaire et statistique
S. Théry - IST, novembre 2005 76
Affichage et restitution (1)
Après traitement des données Les systèmes d’information
géographique sont utilisés pour restituter les données sous
différentes formes :
Cartes,
Graphiques,
Tables statistiques,
Ou tout autre fichier informatique exportable vers d'autres
applications.
39
S. Théry - IST, novembre 2005 77
Affichage et restitution (2)
Carte de localisation
S. Théry - IST, novembre 2005 78
Affichage et restitution (2)
Profil en long
40
S. Théry - IST, novembre 2005 79
Affichage et
restitution (3)
Carte thématique
S. Théry - IST, novembre 2005 80
Affichage et Restitution (4)
Image
41
S. Théry - IST, novembre 2005 81
Affichage et Restitution (5)
Tableau
S. Théry - IST, novembre 2005 82
Affichage et Restitution (6)
Graphiques
Teneur en MES
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
1971
1973
1975
1977
1979
1981
1983
1985
1987
1989
1991
1993
1995
1997
1999
2001
Teneur en MES

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Introduction aux sig

  • 1. 1 Introduction aux SIG Sylvain Théry – UMR 7619 Sisyphe thery@ccr.jussieu.fr S. Théry - IST, novembre 2005 2 Sources utilisées Ce document s’inspire en partie de supports de cours réalisés par L’UMR Sisyphe (CNRS-Paris VI) L’UMR Prodig (CNRS-Paris I) L’Institut National Agronomique Paris-Grignon L’École Nationale des Sciences Géographiques L’Université de Genève
  • 2. 2 S. Théry - IST, novembre 2005 3 Sommaire Introduction Notions de géodésies Les grands types de données Notions de bases de données Les fonctions du SIG Les principaux logiciels S. Théry - IST, novembre 2005 4 Introduction (1) SIG = Système d’Information géographique Un Système d'Information Géographique est un ensemble de données numériques, localisées géographiquement et structurées à l'intérieur d'un système de traitement informatique comprenant des modules fonctionnels permettant de construire, de modifier, d'interroger, de représenter cartographiquement les données, selon des critères sémantiques et spatiaux.
  • 3. 3 S. Théry - IST, novembre 2005 5 Introduction (2) SIG = Système d’Information géographique S. Théry - IST, novembre 2005 6 Sommaire Les fonctions d’un SIG (les 5A) Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage de données à caractère spatial
  • 4. 4 S. Théry - IST, novembre 2005 7 Sommaire Introduction Notions de géodésies Les grands types de données Notions de bases de données Les fonctions du SIG S. Théry - IST, novembre 2005 8 Notions de géodésie (1) Les données utilisées dans les SIG ont un caractère spatial définie par une géométrie La localisation de cette géométrie est exprimée soit dans l’espace géographique non-projeté (latitude/longitude) soit dans un système de projection
  • 5. 5 S. Théry - IST, novembre 2005 9 Notions de géodésie (3) Pourquoi a-t-on besoin des projections cartographiques ? Pour se repérer, Pour permettre la comparaison précise de la forme, l’aire, la distance ou la direction des objets sur une carte, Pour superposer des objets de thèmes différents dans le logiciel SIG. S. Théry - IST, novembre 2005 10 Notions de géodésie (4) Pourquoi a-t-on besoin des projections cartographiques ? carte du XVè siècle basée sur les texte de Ptolémée (110-160 Après JC ?)
  • 6. 6 S. Théry - IST, novembre 2005 11 Notions de géodésie (5) Pour comprendre la notion de projection, il convient de connaître quelques concepts de géodésie Géodésie : science qui étudie la mesure des dimensions et la forme de la terre. Cette science intervient en amont de la cartographie et permet (entre autre) d’assurer le positionnement des bases de données géographiques nécessaire aux SIG. S. Théry - IST, novembre 2005 12 Notions de géodésie (6) La forme de la terre est régit par un phénomène physique fondamentale, la pesanteur (force attractive résultante exercée sur chaque point matériel). De ce fait, la terre est assimilée à une sphère de forme imparfaite, le géoïde. Définition du géoïde : surface équipotentielle des forces de la pesanteur représentée par la surface moyenne du niveau des mers qui se prolonge sous les continents. Cette surface théorique se rapproche le plus de la forme réelle de la terre puisque la surface des océans (les ¾ du globe) se confond avec le géoïde.
  • 7. 7 S. Théry - IST, novembre 2005 13 Notions de géodésie (7) Le géoïde est essentiellement utilisé qu'en altimétrie. Pour traiter la représentation planimétrique de la surface de la terre on assimile le géoïde à un ellipsoïde de révolution (c'est à dire une sphère aplatie aux pôles). L'ellipsoïde est une surface mathématique, la plus proche de la surface de la terre, abstraction faite du relief. C’est essentiellement cette notion qui est utilisé dans le domaine des SIG et de la cartographie. S. Théry - IST, novembre 2005 14 Notions de géodésie (6) Géoïde : Surface théorique la plus proche de la surface de la terre. Ellipsoïde : Surface mathématique la plus proche du géoïde.
  • 8. 8 S. Théry - IST, novembre 2005 15 Notions de géodésie (7) Pour calculer le réseau géodésique dont dépend sa cartographie, chaque pays choisi un ellipsoïde propre, aussi voisin que possible du géoïde sur l'étendu de son territoire. Pour la France, l'ellipsoïde retenu est celui de Clarke 1880, tangent au géoïde à Paris. Cet ellipsoïde, comme tout ellipsoïde, est associé à un Datum. S. Théry - IST, novembre 2005 16 Notions de géodésie (8) Un Datum est un système géodésique de référence, il existe des systèmes locaux et des systèmes spatiaux (mondiaux). Il s’agit d’un repère affine à 3 dimensions dont le centre est proche du centre des masses de la terre. (d’une dizaine de mètre à moins de 500 mètres). Un système géodésique de référence local est donc caractérisé par : - un ellipsoïde - un point fondamental (point pour lequel l’ellipsoïde et le géoïde sont confondu) - un méridien d’origine qui correspond à l’origine des longitudes, - une représentation plane
  • 9. 9 S. Théry - IST, novembre 2005 17 Notions de géodésie (9) Exemple de système géodésique local utilisé actuellement en France : – Nouvelle Triangulation Française NTF Ellipsoïde : Clarke 1880 Point fondamental : Croix du panthéon à Paris. Méridien origine : Paris (situé à 2°20’14.025’’ à l’Est de celui de Greenwich). Représentation plane associée : Lambert Zone I, II, III, IV. S. Théry - IST, novembre 2005 18 Notions de géodésie (10) Exemple de système géodésique spatial utilisé en France : Réseau Géodésique Français RGF 93, Réseau de Référence Français (RRF) : 23 sites. Réseau de Base Français (RBF) densification du précédent (1009 sites). Réseau de Détail Français (RDF), constitué des points de la NTF, la précision est de 5 à 10 cm Méridien d’origine (origine des longitudes) Greenwich, Ellipsoïde associé : IAG-GRS80, Projection associée : projection conique conforme sécante appelé « Lambert 93 ».
  • 10. 10 S. Théry - IST, novembre 2005 19 Notions de géodésie (11) L’ensemble des notions abordées concernent la représentation planimétrique (ellipsoïde) et altimétrique (géoïde). Si l’on veut représenter une portion de la surface de la terre sur un plan, il faut établir une correspondance (la plus fidèle possible) entre les points de la portion de l’ellipsoïde à représenter et ceux du plan. S. Théry - IST, novembre 2005 20 Notions de géodésie (12) L’espace géographique, matérialisé par l’ellipsoïde, est un espace courbe. Pour passer de cet espace courbe à une carte dessinée sur un plan on utilise une projection cartographique. C’est à dire une transformation mathématique faisant correspondre un point de l’ellipsoïde à un point du plan. Cette transformation introduit nécessairement des déformations, c’est à dire des déplacements relatifs des points de la surface terrestre rapportés à l’ellipsoïde de référence. Cependant il est possible de minimiser certaines déformations, afin de conserver les propriétés correspondantes.
  • 11. 11 S. Théry - IST, novembre 2005 21 Notions de géodésie (13) Les projections peuvent être classées en fonction des distorsions minimisés : Conforme : conserve localement les angles et les formes. Exclusivement utilisé en géodésie et topographie. Par contre ce type de projection modifie les rapports de surface. Equivalente : conservation des rapport de surfaces. Projection sans intérêt du point de vue topographique car les longueurs mais aussi les angles sont altérés. Utilisé pour la cartographie. Aphylactique : ne conserve ni les angles (conforme) ni les surfaces (équivalente). Les projections équidistantes (ne déforme pas les distances) sont classées dans cette catégorie. S. Théry - IST, novembre 2005 22 Notions de géodésie (14) Par ailleurs aucune projection ne conserve les longueurs sur l’ensemble du domaine représenté, effectivement l’ellipsoïde ne pouvant se développer sur une surface plane, chaque longueur subie une altération qui dépend de se position sur l’ellipsoïde. Chaque système de projection est donc défini afin de minimiser cette altération linéaire.
  • 12. 12 S. Théry - IST, novembre 2005 23 Notions de géodésie (15) La projection azimutale consiste à projeter une portion de l’ellipsoïde sur un plan tangent à la sphère (ce type de projection est aussi appelé projection perspective ou projection zénithale). La projection conique : la surface projetée est un cône tangent ou sécant à la sphère. La projection cylindrique : la surface de référence à la forme d’un cylindre, tangent ou sécant à l’ellipsoïde. S. Théry - IST, novembre 2005 24 Notions de géodésie (16) Le choix d’un système de projection doit être effectué en fonction des besoins auxquels il doit répondre. Par exemple : si une carte doit permettre des comparaisons de surface, on optera pour une projection qui conserve les superficies: projection équivalente. si une carte doit servir à la navigation maritime ou aérienne, on choisira une projection qui conserve les angles, les directions: projection conforme. si une carte doit représenter les distances réelles entre différents sites, on choisira une projection qui respecte les rapports de distances : projection équidistante.
  • 13. 13 S. Théry - IST, novembre 2005 25 Notions de géodésie (17) S. Théry - IST, novembre 2005 26 Sommaire Les fonctions d’un SIG (les 5A) Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage de données à caractère spatial
  • 14. 14 S. Théry - IST, novembre 2005 27 Sommaire Introduction Notions de géodésies Les grands types de données Notions de bases de données Les fonctions du SIG S. Théry - IST, novembre 2005 28 Types de données spatiales (1) On distingue essentiellement deux types de données spatiales – Les données vectorielles – Les données images (ou raster)
  • 15. 15 S. Théry - IST, novembre 2005 29 Données vecteurs (1) Les données vecteur sont un ensemble d'objets géographiques représentés chacun par des primitives graphiques : le point et l'arc. Les arcs se connectent à leur extrémité ou nœud pour former des lignes et des polygones. S. Théry - IST, novembre 2005 30 Données vecteurs (2)
  • 16. 16 S. Théry - IST, novembre 2005 31 Données vecteurs (3) Un parcellaire ou tout autre zonage thématique est constitué de polygones : ce sont des données surfaciques. Des réseaux techniques, des cours d'eau ou des voies sont représentés par des lignes : ce sont des données linéaires ou filaires. Des puits, des points de sondage, des sièges d'exploitation sont représentés par des points : ce sont des données ponctuelles. S. Théry - IST, novembre 2005 32 Données vecteurs (4)
  • 17. 17 S. Théry - IST, novembre 2005 33 Données vecteurs (5) 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). Les données attributaires S. Théry - IST, novembre 2005 34 Données vecteurs (6) Les données attributaires
  • 18. 18 S. Théry - IST, novembre 2005 35 Données vecteurs (7) 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. S. Théry - IST, novembre 2005 36 Données Raster (1) Ce sont les données que l'on obtient à partir d'images satellitales, de photographies aériennes numériques (orthophoto) ou de modèles numériques de terrain. 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. (ex : 10 m pour les images Spot panchromatique).
  • 19. 19 S. Théry - IST, novembre 2005 37 Données Raster (2) S. Théry - IST, novembre 2005 38 Données Raster (3)
  • 20. 20 S. Théry - IST, novembre 2005 39 Données Raster (4) On peut distinguer deux type de données Raster : - les images (utilisées essentiellement pour de la représentation cartographique) - les grilles (utilisé pour du calcul et de la modélisation) S. Théry - IST, novembre 2005 40 Données Raster (5) Exemple : photo aérienne, scan 25. L’information contenu dans la matrice de pixel concerne la couleur de représentation de l’information. Cette information n’est pas directement accessible. Les images
  • 21. 21 S. Théry - IST, novembre 2005 41 Données Raster (6) Exemple : Modèle numérique de terrain. L’information contenu dans la matrice de pixel concerne une valeur quantitative (ex. Altitude). Cette information peut être vue et modifiée dans la table attributaire Les grilles (ou grids) S. Théry - IST, novembre 2005 42 Sommaire Introduction Notions de géodésies Les grands types de données Notions de bases de données Les fonctions du SIG
  • 22. 22 S. Théry - IST, novembre 2005 43 Base de données géographiques (1) Dans un SIG, les données raster ou vecteur sont organisés au sein d’une base de données qui se définie par la zone d’étude qu’elle concerne. La base de données contient donc un découpage thématique de la zone d'étude qui se traduit par un ensemble de couches superposables. S. Théry - IST, novembre 2005 44 Base de données géographiques (2)
  • 23. 23 S. Théry - IST, novembre 2005 45 Base de données géographiques (3) 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. S. Théry - IST, novembre 2005 46 Base de données géographiques (4) Exemple de Modèle Conceptuel de Données
  • 24. 24 S. Théry - IST, novembre 2005 47 Base de données géographiques (6) Modèle Conceptuel de Données Une démarche simple et méthodique de construction consiste à : – établir une liste de données à partir des enquêtes, expression des besoins, cahier des charges, étude de faisabilité, et plus généralement de tout support d'information disponible. – procéder à l'épuration des polysèmes, des synonymes. – définir des identifiants pour chaque entité. – définir les associations entre les différentes entités – écrire les cardinalités des couples entités-associations S. Théry - IST, novembre 2005 48 Base de données géographiques (7) Base de données Itinéraires Techniques INRA-SAD Mirecourt – PIREN-Seine Exemple de Modèle Physique de Données
  • 25. 25 S. Théry - IST, novembre 2005 49 Sommaire Les fonctions d’un SIG (les 5A) Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage de données à caractère spatial S. Théry - IST, novembre 2005 50 Sommaire Introduction Notions de géodésies Les grands types de données Notions de bases de données Les fonctions du SIG
  • 26. 26 S. Théry - IST, novembre 2005 51 Abstraction (1) Les systèmes d’information géographique sont utilisés pour réaliser des descriptions du territoire permettant d’obtenir l’information nécessaire pour répondre à une problématique. Ils contiennent cette information sous plusieurs formes dont certaines sont des représentations d’éléments ou de phénomènes existants. 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. Le monde réel est ainsi modélisé en fonction des besoins, ce qui permet de définir précisément le contenu du système. S. Théry - IST, novembre 2005 52 Abstraction (2) Le mode de représentation du terrain n’est pas neutre
  • 27. 27 S. Théry - IST, novembre 2005 53 Abstraction (3) La représentation du terrain est déterminée par les objectifs du système S. Théry - IST, novembre 2005 54 Acquisition (1) Données Raster
  • 28. 28 S. Théry - IST, novembre 2005 55 Acquisition (2) Données Vecteur : numérisation sur écran S. Théry - IST, novembre 2005 56 Acquisition (3) Données Vecteur : numérisation sur document papier
  • 29. 29 S. Théry - IST, novembre 2005 57 Acquisition (4) Acquisition de données sur le terrain S. Théry - IST, novembre 2005 58 Acquisition (5) Données externes obtenues auprès de fournisseurs BD ParcellaireBD-Objets-Geol 250 Exemples
  • 30. 30 S. Théry - IST, novembre 2005 59 Archivage (1) Le SIG sert à stocker les données et à les mettre à la disposition des utilisateurs du système Serveur BD Utilisateurs Consultation Mise à jour Sauvegarde S. Théry - IST, novembre 2005 60 Archivage (2) 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 Objectifs
  • 31. 31 S. Théry - IST, novembre 2005 61 Analyse (1) Croisement de couche vecteur par analyse spatiale S. Théry - IST, novembre 2005 62 Analyse (2) Géotraitements sur des vecteurs On distingue essentiellement L’agrégation Le regroupement Le découpage L’intersection L’union La jointure spatiale
  • 32. 32 S. Théry - IST, novembre 2005 63 Analyse (3) 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. S. Théry - IST, novembre 2005 64 Analyse (4) 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 s polygones
  • 33. 33 S. Théry - IST, novembre 2005 65 Analyse (5) 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. S. Théry - IST, novembre 2005 66 Analyse (6) 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.
  • 34. 34 S. Théry - IST, novembre 2005 67 Analyse (7) L’union (Union) Permet de créer un nouveau thème contenant les entités de 2 thèmes de polygones ainsi que leurs attributs. S. Théry - IST, novembre 2005 68 Analyse (8) 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.
  • 35. 35 S. Théry - IST, novembre 2005 69 Analyse (9) Croisement de couche raster par analyse spatiale S. Théry - IST, novembre 2005 70 Analyse (10) Création d’information en dérivant des couches raster Création de courbes de niveau
  • 36. 36 S. Théry - IST, novembre 2005 71 Analyse (11) Création d’information en dérivant des couches raster Création de grilles d’accumulation et de direction pour obtenir une couverture de bassin versant et de drainage S. Théry - IST, novembre 2005 72 Analyse (12) Analyse sur linéaire vecteur Ordination de Strahler
  • 37. 37 S. Théry - IST, novembre 2005 73 Analyse (13) Analyse tabulaire et statistique La requête tabulaire (non spatiale) est une phrase logique de type : propriété opérateur valeur 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 S. Théry - IST, novembre 2005 74 Analyse (14) Analyse tabulaire et statistique 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. ex : select * from ‘parcelles’ where ‘s2_km2’ >200
  • 38. 38 S. Théry - IST, novembre 2005 75 Analyse (15) Analyse tabulaire et statistique S. Théry - IST, novembre 2005 76 Affichage et restitution (1) Après traitement des données Les systèmes d’information géographique sont utilisés pour restituter les données sous différentes formes : Cartes, Graphiques, Tables statistiques, Ou tout autre fichier informatique exportable vers d'autres applications.
  • 39. 39 S. Théry - IST, novembre 2005 77 Affichage et restitution (2) Carte de localisation S. Théry - IST, novembre 2005 78 Affichage et restitution (2) Profil en long
  • 40. 40 S. Théry - IST, novembre 2005 79 Affichage et restitution (3) Carte thématique S. Théry - IST, novembre 2005 80 Affichage et Restitution (4) Image
  • 41. 41 S. Théry - IST, novembre 2005 81 Affichage et Restitution (5) Tableau S. Théry - IST, novembre 2005 82 Affichage et Restitution (6) Graphiques Teneur en MES 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1971 1973 1975 1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989 1991 1993 1995 1997 1999 2001 Teneur en MES