Bases de données Spatiales - POSTGIS

Prof. Omar El kharki & Jamila MECHBOUH
elkharki@hotmail.com /mechbouh@hotmail.com
Université Ibn Zohr, Agadir / Tél : 00212 6 67 05 73 36
Site web : https://sites.google.com/site/remotesensingportal/
Conférence académique plénière, 22 octobre 2015 de 8h30 à 9h

Plan
2Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 elkharki@hotmail.com
 Bases de Données Spatiales (BDS) et SGBD spatiaux
 Questions à laquelle une BDS peut donner une réponse
 Présentation de PostGIS
 Type de données et formats de stockage sous PostGIS
 Téléchargement, Installation et Interfaces d'utilisation
 BD Spatiales (BDS) sous PostGIS
 Démonstrations pratiques
 Les applications Métiers des BDS- PostGIS
 Les axes de recherche en BDS-PostGIS

Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 elkharki@hotmail.com 3
80 % de l’information à un caractère spatial
Bases de données spatiales
Introduction
 Vecteurs : SHP (ESRI), MIF/ MID
(MapInfo) , OSM (Open Street Map) ,
…
 Raster : TIF, Geotiff, Img, Jpeg, ….
BDG ou BDS
Fichiers SIG
BD: ensemble structuré et organisé
permettant le stockage de grandes
quantité d’information afin de faciliter
leur exploitation
BDG ou BDS : permet le stockage et la
manipulation des objets spatiaux

Questions à laquelle une BD spatiale peut donner une
réponse
 Quelles sont les habitations qui sont touchés par les inondations de
Quelmim en décembre 2014 ?
 Quelles sont les douars de la commune Lamrasla qui ne sont pas
raccordées au réseau d’eau potable?
 Afficher dans une carte les villes du Maroc où le taux de chômage est
supérieur à 15%.
 Quel est l'état des routes sur une commune ?
 Quel est le chemin le plus rapide pour aller de la caserne des pompiers à
l'incendie ?
 Où implanter des antennes pour une meilleure couverture du réseau dans
le cas de la téléphonie mobile?
 La société des autoroutes au Maroc voudrait prendre une décision pour
construire trois axes autoroutiers. Pour cette raison il vous demande
d’afficher sur une carte les routes nationales où le trafic dépasse 15000
véhicules par Jour.
Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA
22 Octobre 2015 elkharki@hotmail.com
4

5
Géométrique
 Stokage
Attributaires
 Requêtes SQL
attributaire
spatiale
 Prendre en charge
Données volumineuses
Traitements longs et complexes
 Respect des standards existants
(OGC SFSQL, ISO/MM)
• Types de géométries supportés
• Prototypes des fonctions spatiales
• Table et traitements additionnels pour
intégrité référentielle
Ce qui est spécifié:
SGBD Spatiaux

6
BDS ou BDG = ensemble de couches (set of layers)
Table d’une BDS = une couche (Layer)
Ligne = Géométrie + attributs = Feature (un objet géographique ou spatiale)
SGBD Spatiaux

7
Exemples :SGBD Spatiaux

8
 PostGIS est une extension du SGBD libre PostGreSQL qui permet de
stocker des objets Géographique dans la base de données.
 PostGIS : PostGres SIG (Système d’Information Géographique)

9
 Open Source
 Écrit principalement en C
 Site Web officiel : http://postgis.refractions.net/
 Version actuelle 2.1.6 (Mars. 2015)
 Société éditrice Canadienne : Refractions Research
 Contient une centaines de fonctions spatiales et plusieurs
operateurs spatiaux
 Respect les normes OGC SFS et ISO SQL/MM.
 Utilisé dans de très nombreux projets
 Mise à jour régulière par une communauté de
développeurs
 Capacités orientées « entreprises » car basé sur
PostgreSQL
 Respect des standard SQL (respecte la norme SQL92)Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA

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Prix
Fonctionnalités

11
SGBD : Comparaison

12
Web
Client
Internet
uDig
OpenIMF
Mapserver
GeoServer
MapGuide
LAN
uDig
QGIS
GRASS
ArcGIS
PostGIS
Libre
Proprietaire

13
 Plugin de PostgreSQL
 Couplé à Proj4 : pour la gestion de très
nombreux systèmes de projections
 Couplé à GEOS ( JTS en C++) :  pour la
gestion d'opérateurs spatiaux
 Couplé à GDAL (Geospatial Data Abstraction
Library): pour supporter de fonctionnalités
raster
GDAL

14

15

16
 WKT (Well Known Text) : Représentation textuelle
 WKB (Well Known Binary) : Représentation binaire
POINT (0 1) MULTIPOINT ( 0 1, 0 5, 1 7 )
LINESTRING ( 0 0, 1 1, 1 2) MULTILINESTRING ( (0 0, 1 1, 1 2) , (3 4, 4 5, 5 5))
MULTIPOLYGON ( ((10 14,1 8, 1 13,10 14)), ( (12 9,
13 3, 5 5, 7 10, 12 9), (13 7, 12 8, 11 7, 13 7) ))
POLYGON ((1 1, 5 2, 7 8, 4 6, 4 5, 2 3 , 1 1))
GEOMETRYCOLLECTION
( MULTIPOINT(4 10, 12 9, 14 4),
LINESTRING(8 2, 2 3, 4 7, 2 9),
POLYGON ( (10 9, 11 3, 5 5, 6 10, 10 9), (9 7, 8 6, 7 7, 9 7) ))

17
Voir le fichier : installation.pdf qui existe dans
le DVD
Téléchargement de PostGIS
http://postgis.refractions.net/download/

18
 psql: interface pour créer, gérer et administrer la BDG en ligne de
commande.

19
pgAdmin: interface graphique permettant de créer, gérer et administrer la
BDS en uilisant IHM

20
 pgAdmin (interface):Clic droit sur Bases de données => Ajouter
Nom: geodb
Propriétaire: postgres
Modèle: postgis
 En mode SQL:
CREATE DATABASE geodb
WITH template = template_postgis;

21
 Le serveur est organisé en
plusieurs bases de données
 Les schémas
 Les Tables
 Les Vues
 les Triggers
 les Contraintes
 les Index

22
 Spatial_ref_sys: catalogue des systèmes de projection
 Geometry_columns : catalogue des colonnes spatiales
SRID : Un identificateur de système de référence spatiale,
SRID : une valeur unique utilisée pour identifier sans ambiguïté la projection
SRID est la clé primaire de la table spatial_ref_sys,

23
1. Créer une table:
Pour importer des données :
 Il faut d'abord créé la structure de la table dans PostGIS
 Ensuite copie les données depuis un CSV
 Avec PgAdmin:
 la création de table s'effectue via le
menu contextuel / ajouter une
table
 La définition des différents champs
s'effectue dans l'onglet Colonne
 l’onglet contraintes permet de
créer une clé primaire
 En SQL:
CREATE TABLE personnes (code_per int
NOT NULL, nom varchar(50), prenom
varchar(50));

24
2. Copier les données au format CSV (comma separated values)
 Exécuter la requête suivante :
copy personnes(code_per,nom,prenom) FROM
'D:/Elkharki_mai_2015/Postgis_conf/pers.csv' DELIMITERS ';' CSV ;
COPY table FROM '/Users/macbook/file.csv' DELIMITERS ',' CSV HEADER;
 Syntaxe générale:

 Dans la fenêtre SPIT, vous devez utiliser une connexion
à une base de données puis, ensuite, définir les
paramètres de l'import et les fichiers à intégrer.
 Paramétrage d'une connexion postgis
 Nom de la connexion : au choix
 Hôte (serveur) : localhost
 Port : 5432 par défaut
 Base de données : geodb
 Nom d'utilisateur : postgres (par défaut)
 Mot de passe : à renseigner selon le choix
lors de l'installation de postgres
1. Etablir une connexion à la BDS dans QGIS
plugin SPIT de QGIS
25

26
2. Importer des shapefiles
Se connecter à la base
Ajouter un ou plusieurs Shapefiles
Cliquer sur OK

27
 shp2pgsl est un outil en ligne de commande permet d’ importer les Shapefiles
vers une base de données postgis
shp2pgsql -I -s <SRID> <PATH/TO/SHAPEFILE> <SCHEMA>.<NewTABLE> | psql -h
myserver -d mydb -U myuser
 Syntaxe générale:
shp2pgsql -I -s 2249 D:/data/nyc_streets.shp streets| psql -U postgres -d usa
 Exemple:

28
Dans pgAdmin:
1. Ajouter les shapefile
3. Importer
2. Changer le SRID par celui
des couches à importer

Données sur la ville de New York (nyc)
29Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 elkharki@hotmail.com
Quatre Shapefiles:
 nyc_census_blocks : Recensement sur la ville de New York (nyc)
name, popn_total, boroname, the_geom
 nyc_streets : Rues dans la New York
name, type, the_geom
 nyc_subway_stations : Stations des métros dans la ville de New York
name, the_geom
 nyc_neighborhoods : Quartiers de la New York (nyc)
name, boroname, the_geom
Remarque :
Ce qui suit sera pratiqué devant l’audience pour montrer la puissance de
PostGIS / PostGreSQL pour la gestion des Bases de données Spatiales

30
 Quelle est le nombre de la population de la ville de New York ?
SELECT Sum(popn_total) AS population
FROM nyc_census_blocks; 8008278
 Quelle est la moyenne de personnes par appartement dans la ville de New York ?
SELECT Sum(popn_total)/Sum(hous_total) AS nb_pers_appart
FROM nyc_census_blocks; 2.65
 Pour chaque arrondissement, quel est le pourcentage de la population noire ?
SELECT boroname,
100 * Sum(popn_black)/Sum(popn_total) AS pop_noir
FROM nyc_census_blocks
GROUP BY boroname;

31
 Quelle est la surface du quartier ‘Soho’?
SELECT ST_Area(geom)
FROM nyc_neighborhoods
WHERE name = 'Soho';
919672.425 m2
 Quel est la longueur totale des rues (en kilomètres) dans la ville de New York ?
SELECT Sum(ST_Length(geom)) / 1000 as long_rue
FROM nyc_streets; 10418.9047 km
 Quel est la longueur des rues de la ville de New York, suivant leur type ?
SELECT type, Sum(ST_Length(geom)) AS longueur
FROM nyc_streets
GROUP BY type
ORDER BY longueur DESC;

32
 L'accès à la géométrie des objets
 afficher la géométrie des trois premiers objets (rues) de la table "nyc_streets "
select geom from nyc_streets limit 3;
la géométrie des objets s‘affiche en binaire
Résultat
 La fonction ST_asText() affiche la géométrie dans un format texte simple
select ST_asText(geom) from nyc_streets limit 3;
 La fonction AsEwkt() retourne le même type d'affichage mais en
respectant la norme de l'OGC Well Known Text (WKT)
select st_AsEwkt(geom) from nyc_streets limit 3;

33
 Fonctions d'information sur la géométrie
 La fonction ST_SRID permet de connaître l'identifiant du système de projection.
select st_srid(geom) from nyc_streets limit 1;
 ST_IsValid permet de savoir si la géométrie de l'objet est conforme OGC
select st_isvalid(geom) from nyc_streets limit 1;
 GeometryType permet de connaître le type de géométrie de l'objet
select geometrytype(geom) from nyc_streets limit 1;
EPSG:26918: NAD83 / UTM zone 18N
NAD : North American Datum

34Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA
 La fonction st_buffer permet de créer une zone tampon.
 Créer une zone tampon de 2000 m autour du quartier "Central Park "
SELECT ST_Buffer(geom, 2000)
WHERE name='Central Park';
Pour visualiser le résultat
d’une requête SQL sous
QGIS, II faut enregistrer la
requête comme une vue
(CREATE VUE)

35
 La fonction ST_intersection réalise l'intersection des objets spatiaux
 Trouver les quartiers qui intersectent avec la zone tampon précédente
CREATE table "inter_buf" AS
SELECT gid, name ,geom
WHERE ST_Intersects(geom,(SELECT
ST_Buffer(geom, 2000)
WHERE name='Central Park'));

36
 Quels sont les quartiers qui sont dans la rue 'Nethermead Arches'?
SELECT gid,name
WHERE ST_Intersects(
geom,(SELECT geom
FROM nyc_streets
WHERE name = 'Nethermead Arches')
);

37
 Quelles sont les rues qui touchent la rue 'Nethermead Arches'?
SELECT gid,geom,name
FROM nyc_streets
WHERE ST_Touches(
geom,(SELECT geom
FROM nyc_streets
WHERE name = 'Nethermead Arches')
);
ST_Touches(geometry A, geometry B) : retourne TRUE si les géométries ont au
moins un point en commun, mais leur intérieurs ne s’intersectent pas.

38
 Combien de personnes vivent dans une zone de 1 km de la rue
'Nethermead Arches’?
SELECT Sum(popn_total)
FROM nyc_census_blocks
WHERE ST_DWithin(
geom,(SELECT geom
FROM nyc_streets
WHERE name = 'Nethermead Arches'),1000
);
80710
ST_DWithin(geometry A, geometry B, radius) retourne TRUE si les géométries sont
distantes du rayon donné.
ST_DWithin est très utile pour répondre a une question telle que:
“Combien d’arbres se situent dans un buffer de 500 mètres autour de cette
route ?”. Vous n’avez pas à calculer le buffer, vous avez simplement
besoin de tester la distance entre les géométries.

39
 Construire les arrondissements de NYC a partir des quartiers
select boroname,st_union(geom) as geom
from nyc_neighborhoods
where st_isvalid(geom)
group by boroname
;
 ST_Union: unie des objets géographiques
liés par un même attribut
 ST_Union: Renvoie un objet géométrique
qui représente l’ensemble d’union des
objets géométriques désignés

40
SELECT s.name, s.routes
FROM nyc_subway_stations AS s
JOIN nyc_neighborhoods AS n
ON ST_Contains(n.geom, s.geom)
WHERE n.name = 'Flushing';
 Les jointures spatiales vous permettent de combiner les informations de
plusieurs tables en utilisant une relation spatiale
Quelle station de métro se situe dans le quartier 'Flushing' ?
Et quelle est l’itinéraire de métro à emprunter ?
2 stations, la ligne 7
ST_Contains(geometry A, geometry B) retourne TRUE si la géométrie A
contient la géométrie B
Les jointures spatiales

41
SELECT DISTINCT n.name
FROM nyc_subway_stations AS s
JOIN nyc_neighborhoods AS n
ON ST_Contains(n.geom, s.geom)
WHERE strpos(s.routes,'7') > 0;
Quels sont les quartiers desservis pas la ligne 7 du métro?
Les jointures spatiales

42
CREATE INDEX index_name ON table_name
USING GIST(geom_column_name);
 Création d'un index spatial:
DROP INDEX index_name
 Suppression d'un index spatial:
 Comme index de table classique, mais sur base d’informations spatiales
 Permet d’améliorer les temps de réponses des requêtes spatiales
 Permet d'améliorer les performances d'une base de données
 L'indexation accélère les recherches en organisant les données dans des
arbres de recherche qui peuvent être parcourus efficacement pour retrouver
une entité particulière

43
Quels sont les quartiers desservis pas la ligne 7 du métro?
Sans index temps=20ms Avec index temps=10ms
Plus la table est grande, plus le temps d'exécution d'une requête utilisant les index
diminue par rapport à la même requête exécutée sur une table sans index spatial.
Améliore le temps de réponses des requêtes spatiales

44
 L'indexation spatiale sous PostGIS utilise l'index GiST (Generalized Search Tree).
 Approxime les géométries par des boxes: Bbox
Principe

45
 PotGIS et Oracle Spatial partage la même notion d’index structuré sous la
forme “d’arbres R” (R-Tree)
 R-Tree classent les objets géographiques sous forme de rectangles, de sous-
rectangles etc. Cette structure d’index gère automatiquement la densité et la
taille des objets.
Principe

46
PostGIS : Exporter vers SQL

47
KML: Keyhole Markup Language”, le format KML utilisé par Google Earth.
ogr2ogr -f "KML" neighborhoods.kml
PG:"host=localhost user=postgres
dbname=geodb password=******" -sql
"select gid, name, geom from
nyc_neighborhoods limit 3"
1. Création du fichier KML
2. afficher le fichier KML dans google maps ou google earth

48
PostGIS : Exporter ver GeoJSON
ogr2ogr -f GeoJSON neighborhoods.json PG:"host=localhost
user=postgres dbname=geodb password=khadija" -sql
"select gid, name, geom from nyc_neighborhoods limit 3"
 GeoJSON is a format for encoding a variety of geographic data structures.

PostGIS & MapServer : Publication de l’information
géographique en ligne (WebMapping)
MapSever /Geoserver

51
Contrôle et gestion de flotte
- Connaître à tout moment la position d’un ou plusieurs
véhicules et l’historique de leur itinéraire.
- Combinaison de la technologie GPS et des communications
mobiles (GSM par exemple).
Les applications Métiers des BDG- PostGIS

52
 Calcul d'itinéraires : pgRouting
Les applications Métiers des BDG-PostGIS

53
Les applications Métiers des BDG-PostGIS
Vue globale sur les
fuite
Menu d’activation de
légende et tache

54
Les applications Métiers de PostGIS
BDG-PostGIS pour le suivi de la pandemie du
VIH/sida dans les villes de brazzaville et pointe noire.

BDG-PostGIS : Recherche scientifique
Sujets pour les étudiants en Master
 Etude et implémentation des nouveaux algorithme de l’indexation de l’information
dans les BDG – PostGIS.
 Conception d’un WebSIG électoral pour le Maroc en utilisant Mapserver, PostGIS
et Openlayers.
 Mise en place d’une Base de Données Géographique et d’une interface WebSIG
pour la gestion et localisation des fuites dans le réseau d’eau potable de la ville de
Ben-Mellal.
 Intégration des WebSIG dans le suivi de la Pandémie du VIH/SIDA dans les villes
d’Agadir et Casablanca.
 Développement d’une Base de données Géographique et d’une interface
WebMapping pour la Gestion des Infrastructures et équipements universitaires de
l’université Ibn Zohr, Maroc.
 Système d’Information Géographique et Gestion des Incidents dans le réseau de
distribution de l’électricité de la ville de beni-mellal.
 Développement d’une base de données géographique pour la gestion des
infrastructures et équipements dans les universités marocaines.
 Développement d’une base de données géographique pour la gestion des
infrastructures et équipements dans les hôpitaux publiques au niveau du Maroc.

BDG-PostGIS : Recherche scientifique
Sujets pour les étudiants en Master
 Conception et modélisation d'un WebSIG et d'une application Android pour le suivi
des décès maternels et néonatals au Cameroun
 Conception, modélisation et mise en place d’une base de données géographique et
d'une interface WebSIG pour la gestion des données cadastrales : Cas du
département du Mbam-et-Inoubou au Cameroun

PostGIS – BDG : Recherche scientifique
Sujets pour Doctorat
 Etude et implémentation des nouveaux algorithme de l’indexation de l’information
géospatiale dans les BDG – PostGIS
 Conception, modélisation et mise en place d'une base de données spatiale et d’une
interface WebMapping pour le suivi des maladies en zone CEMAC – Afrique
 …, etc.

58
 Open Source : Réduire le budget alloué à l'achat des logiciels
 Bases de données géographique PostGIS ont les capacités pour gérer
les problèmes du monde réel et sont largement utilisés.
 PostGIS permet de stocker et administrer de manière sécurisée les données à
référence spatiale
 PostGIS permet d’effectuer des opérations spatiales (calcul de longueurs, de
surfaces, unions et intersections de géométrie, etc...) grâce à ses fonctions
spatiales avancées
 PostGIS permet des connexions simultanées sur les données géographiques.
 BDG-PostGIS peuvent être visualisées grâce à un logiciel SIG comme QGIS,
ArcGIS, UDIG, …
 Les données de la BDG-PostGIS peuvent être publiées en ligne grâce à des
serveurs cartographiques comme MapServer ou GeoServer.

59
PostGIS : Bibliographie
PostGIS in Action,
May 3, 2015
by Regina O. Obe and Leo S. Hsu

60
PostGIS : Bibliographie
Bases de Données Géographiques
Pratique sous PostGreSQL – PostGIS
Auteurs : Omar El kharki & Jamila
Mechbouh
Janvier 2016

61
BDS (BDG) : Bibliographie
Spatial Databases: With
Application to GIS
Rigaux, Scholl, Voisard

62
PostGIS : Annexe 01
Fonctions Spatiales

63
Fichier Description
pg_hba.conf Permet la gestion des droits d'accès au serveur de base de données
Fichier de configuration pour l'authentification basée sur l'hôte
pg_ident.conf permet d'établir une relation avec l'identifiant utilisateur de base de données
et celui défini sur le système
Fichier de configuration pour l'authentification par ident
Postgresql.conf contient l'ensemble de la configuration du serveur
Postmaster.pid Ce fichier indique si la base est en cours de fonctionnement

64
PostGIS : Annexe 02
Deux Fichiers de configuration

65
PostGIS : Annexe 02
Deux Fichiers de configuration

66
PostGIS : Annexe 03
Récupérer le SRID à partir de *.PRJ
http://prj2epsg.org/search

67
67

68
68
Nous sommes penchés depuis 2005 sur la
rédaction de 15 ouvrages en géomatique :
1. Bases de Donnéees Geographique
2. Serveurs Cartographiques
3. Traitement des images de Télédetection
Optiques
4. Algorithmes de classifications des Images
satellites
5. Télédetection Radar
6. BD Web et programmation Web
7. Géodesie et GNSS
8. Traitement d’Images Satellites sous ENVI
9. Cartographie et SIG sous QGIS et ArcGIS
10. …….

Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 elkharki@hotmail.com 69
DVD de cette présentation
Le DVD de cette conférence académique plénière contient :
1. La version électronique de cette conférence ;
2. Copie des logiciels PostGreSQL et PostGIS ;
3. Logiciel QGIS ;
4. Des données géospatiales (Shapefiles, BDG, Cartes, …) pour
manipuler PostGIS et les bases de données géographiques ;
5. Des documents sur PostGIS ;

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