Cours SIG

1
Système d’Information
Géographique
Cours
Tébourbi Riadh
SUP’COM
http://www.supcom.mincom.tn/~tebourbi/cours/sig/csig.htm

Cours SIG, Tébourbi Riadh, DMAJ 2013
2
SIG (GIS) définition (1)
Ensemble de principes, de méthodes, d'instruments et
de données à référence spatiale utilisés pour saisir,
conserver, transformer, analyser, modéliser, simuler et
cartographier les phénomènes et les processus
distribués dans l'espace géographique.
Les données sont analysées afin de produire l'information
nécessaire pour aider les décideurs (utilisateur)
(Thériault, 1992)

3
SIG (GIS) définition(2)
Un Système d’informations géographiques (SIG) est un
système informatique permettant, à partir de diverses
sources, de rassembler et organiser, de gérer, d’analyser et
de combiner, d’élaborer et de présenter des informations
localisées géographiquement contribuant notamment à la
gestion de l’espace
(SFPT 1989)

Un SIG apporte des réponses
4
Un SIG est là pour répondre à des problématiques bien spécifiques à celui qui l’utilise. Voici
quelques exemples de questions auxquelles un SIG peut répondre :
• Quel est l'état des routes sur une commune?
• Qu'est-ce qui a changé depuis 1952?
• Quelles sont les parcelles concernées par une inondation éventuelle?
• Quelles sont les zones sensibles en cas d'avalanches ou de glissement de
terrain?
• Quel est le chemin le plus rapide pour aller de la caserne des pompiers à
l'incendie?
• Que se passe-t-il si une substance toxique se déverse à tel endroit?
• Où implanter des postes de surveillance d'incendie de forêt?
• Trouver les zones favorables à la culture du riz?
• Comment évolue la déforestation en Amazonie?
•Où implanter les antennes pour une meilleure couverture dans le cas de la
téléphonie mobile?

5
Paradigme du SIG
Les SIG sont utilisés pour
réaliser des descriptions de la
réalité permettant d’obtenir
l’information nécessaire pour
répondre à une problématique.
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
SIG
Action
Réalité
Décision
Données
Description du
territoire et
analyse spatiale
Information
Observation et mesure
Communication

6
Domaines d’applications
 Gestion des installation et des réseaux (STEG,
SONEDE, etc…)
 Télécommunications: planification cellulaire, localiser
les abonnés dans le réseau fixe
 Etudes urbaines: localisation, planification des
transports, sélection de sites, sélection d’itinéraires,
etc.
 Affaires: études de marchés, analyse de la
concurrence et des tendances du marché
 Santé: épidémiologie, répartition des services de
santé, etc.
 Environnement: suivi des changements climatiques,
biologiques, morphologiques, etc.
 Ressources naturelles: modélisation conservation des
eaux, potentiel minier, etc.

7
SIG
Quelques applications

8
Planification cellulaire
Simulation d’un modèle de propagation pour prédire la couverture
radioélectrique dans un environnement cellulaire
 Calcul de la puissance reçu en chaque point de l’espace
géographique en se basant sur un modèle de propagation.

9
GEO-CODING
GEOCODAGE Recherche d’adresse

10
Calcul d’itinéraire
Trajet à distance minimale : distance = 67994 mètres Temps estimé = 67 minutes
Tunis -> Ariana -> Cébalet Ben Ammar -> Utique -> El Azib -> Menzel Jemil -> Zarzouna -> Bizerte
Trajet à minimum de temps : distance = 76161 mètres Temps estimé = 55 minutes
Tunis -> Ariana -> El Alia -> Zarzouna -> Bizerte

11
Calcul d’itinéraire(2)

12
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).

13
Cartographie sur Internet (« WEB
mapping ») (1)
Evolutions Internet:
•Technologies
•Langages
•Débit
•Coûts
Besoin de mettre de
l’information géographique
en ligne
 Plusieurs technologies existent actuellement
permettant de publier des cartes géographiques sur
les WEB

14
WEB mapping (2)
Serveur IIS
Données
vecteur
Client WEB
Image

15
WEB mapping (3)
Serveur Apache
Données
vecteur
Client WEB

16
SIG Mobiles
Evolution des matériels mobiles (SmartPhones, PDA, tablettes PC, …)
utilisant différents moyens de télécommunications (WIFI, GPRS,..)
 Emergence de nouvelles applications permettant aux utilisateurs en
déplacement d’utiliser des données géographiques :
•Services Basés sur la Localisation (SBL ou LBS)
•Tracking,
•Navigation
•Collecte et numérisation des données géographiques
directement sur le terrain,
•Accès, par le biais de géoserveurs, à des données distantes
pour leur télégestion.

17
Navigation
Définir une destination:
-Adresse (« 12 Rue Platon, Ariana »)
-POI particulier (« SUP’COM »)
-POI plus proche (« la banque la plus
proche »)
Conduite assistée vers destination:
-Calcul et Affichage en temps réel de la
carte et du trajet (itinéraire)
-Guidage vocale
 DEMO FLASH

LBS (1)
SIG
Internet Mobilité
et TIC
SIG
Web
SIG
Mobile
LBS
Internet
Mobile

Des services qui fournissent des informations en s’appuyant sur
la localisation, dans l’espace et dans le temps, d’un utilisateur
mobile
Côté utilisateur
: Comment se
géolocaliser
Côté fournisseur
de service :
Comment
communiquer
LBS (2)
Location Based Services

Des services qui fournissent des informations en s’appuyant sur
la localisation, dans l’espace et dans le temps, d’un utilisateur
mobile
SIGPositionnement
LBS (3)
Location Based Services
Fonction de
gestion de
positionnement

21
LBS (4)
Services
Services
d’information basé
sur le
positionnement
Recherche d’adresse
Recherche de points
d’intérêt (POI)
Réseaux sociaux

22
LBS (5)
Services
Services de gestion
de personnes et de
flottes de véhicules
Suivi des personnes et des
biens
Marketing mobile
Gestion d’interventions
Aide aux personnes et
services d’urgence

Web Services Cartographiques
23
Client mobile
Serveur
BD
cartographique
Service web
cartographique
1
2
3
1) Le client mobile envoie une requête au service web
2) Le service web traite la requête et génère à la
volée une carte raster géo-référencée à partir des
données cartographiques vecteur
3) Le service web envoie le résultat au client

24
SIG
Données géographiques

25
Information géographique
= Une représentation de la réalité localisée dans l’espace et le temps.
Chaque application nécessite des données géographiques spécifiques
SIG: Système d’information intégrant des données
géographiques
Données géographiques:
-Données sémantiques / Données géométriques

moyens d’acquisition
26
•La collecte de données sur le terrain (mesures d'arpentage, sondages, enquêtes, inventaires, ...)
•L'entrée manuelle de données thématiques et temporelles (tableurs et masques de saisie des bases
de données).
•La reconnaissance automatique de caractères et de symboles (OCR, reconnaissance vocale, ...)
•La numérisation manuelle de cartes vectorielles (numériseur)
•Le balayage optique d'images en mode matriciel (scanneurs vidéo et électromagnétiques)
•La conversion entre les modes matriciel et vectoriel (vectorisation et rasterisation automatique ou
supervisée)
•L'édition d'images matricielles (procédés photographiques, ...)
•L'édition de cartes vectorielles (structuration topologique, ...)
•La restructuration des données (changements de formats, ...)
•La stéréorestitution (photo-interprétation automatisée ou manuelle en trois dimensions)
•La vidéorestitution
•La télédétection (imagerie satellitaire)
•Le GPS

Type de données localisées
27
Monde réel
Mode vectoriel Mode matriciel
(RASTER)

28
Type de données localisées
Données VecteurDonnées Raster

Données Raster
29
Colonne 2
Pixel (maille, cellule)
Résolution spatiale
Position ligne/colonne
Valeur
Ligne 16
Divise le territoire avec une grille régulière de cellules (pixels) ordonnées pour former une
matrice. Cette dernière quadrille un espace continu où chaque pixel contient une seule valeur.
On doit donc produire une image par thème (couche), ce qui utilise beaucoup d'espace disque.
Les entités sont perçues de manière indirecte (par analyse).

30
Données Raster
 Données maillées
•Images aériennes
•Images satellitaires (IKONOS, SPOT, …)
•Cartes scannées
•MNT (MNE)
Division du territoire avec une grille régulière de cellules
(pixels) ordonnées pour former une matrice.

Exemples d’utilisation
31
l’occupation du sol
Image satellitaire

32
•Digitalisation de données vecteur

33
Calcul du Modèle numérique de terrain

MNT - MNS
34
DSM/
DEM
DTM
DSM

35
Données satellitales
Le vecteur (le satellite en temps que plate-forme au même titre que l'avion ou le ballon)
et le capteur (l'instrument d'acquisition des données).
 Ils conditionnent le format et le contenu des données
Vecteur

36
Données satellitales
La résolution spatiale est
fonction de la dimension du
plus petit élément qu'il est
possible de détecter
La résolution spectrale décrit la
capacité d'un capteur à utiliser de
petites fenêtres de longueurs d'onde.
Plus la résolution spectrale est fine,
plus les fenêtres des différents
canaux du capteur sont étroites.
La résolution
radiométrique d'un
système de télédétection
décrit sa capacité de
reconnaître de petites
différences dans l'énergie
électromagnétique
Capteur

37
Résolution spatiale

38
La structure d'une image satellitale
Lors de l’acquisition il y a double échantillonnage de l'information :
- spatial : la zone observée est découpée en surfaces élémentaires (pixels)
caractéristiques de la résolution spatiale du satellite,
- numérique : le signal analogique enregistré par les détecteurs est codé à l'aide
d'entiers compris entre 0 et 255.

39
•Une image numérique est un tableau à deux dimensions. Ainsi, par exemple, une
image SPOT de dimension 60 km x 60 km avec une taille de pixel de 20m x 20m
correspond à un tableau de 3 000 lignes x 3 000 colonnes. Cette représentation des
données est plus connu sous le terme de format raster.
•Par exemple SPOT étant muni de trois canaux, une image multispectrale SPOT
comprend donc trois tableaux. Une image SPOT en mode multispectral est constituée
de 3 000 pixels x 3 000 pixels x 3 canaux soit un volume total de 27 Mo (Méga Octets).
•
•Une image de 20 x 20 km d’un satellite à très haute résolution (1 m) serait quant à
elle constituée de 20 000 x 20 000 pixels soit un volume total de 400 Mo.
• les images satellites représentent des volumes considérables de données, ce
phénomène se renforçant considérablement avec l’arrivée de satellites civils à très
haute résolution spatiale.

40
SPOT
Satellite SPOT 1,2,3 SPOT 4 SPOT 5
Durée du cycle
orbital
26 jours 26 jours 26 jours
Résolution Mode
panchromatique
(noir et blanc)
10 m 10 m 2,5 ou 5 m
Résolution Mode
multispectral
(couleur)
20 m 20 m 10 m
Spot 4 XS, 20 m Spot 4 Panchro, 10 m
 Spot image

41
SPOT6
N&B : 1.5 m
Couleur : 1.5 m (produit
fusionné)
Multispectral (R, V, B, PIR) :
6 m
Bundle (images Pan et MS
séparées)
Bandes spectrales
P : 0,45 – 0,75 µm
B1 : 0,45 – 0,52 µm (Bleu)
B2 : 0,53 – 0,59 µm (Vert)
B3 : 0,62 – 0,69 µm (Rouge)
B4 : 0,76 – 0,89 µm (proche
Infra Rouge)
Emprise 60 km x 60 km
2 à 3 jours

42
IKONOS
 Spaceimaging
Heliosynchrone, Altitude 681 km,
Fauchée 11km * 11 km
Orbite tout les 98 minutes  14.7 orbites /
24 heures
répétitivité 3 jours
2 modes :
- Multispectral mode 4 bandes Bleu, Vert,
Rouge, Proche Infra Rouge, résolution
spatiale 4 m plus une bande Infra Rouge
Thermique à 60 m
PAN mode 1 bande (le visible et le proche
Infra Rouge) résolution spatiale 1 m
Scène enregistré de superficie de 121 Km2

KOMPSAT
43
Scene coverage: 15 x 15 km
Spatial resolution: 1 meter
Spectral mode: 4 bands in the visible
(red, green, blue) and near-infrared.

44
Exemple 3: QUICKBIRD
 DigitalGlobe
Mode Bande spectrale Résolution
Panchromatique 0,450 - 0,900 µm 0,61 m x 0,61 m
Multispectrale
1 0,450 - 0,520 µm 2,44 x 2,44 m
2 0,520 - 0,600 µm 2,44 x 2,44 m
3 0,630 - 0,690 µm 2,44 x 2,44 m
4 0,520 - 0,600 µm 2,44 x 2,44 m
PAN 4-bandes

GeoEye-1
45
Imaging Mode Panchromatic Multispectral
Spatial
Resolution
.41 meter 1.65 meters
Spectral Range 450-900 nm
450-520 nm (blue)
520-600 nm (green)
625-695 nm (red)
760-900 nm (near IR)
Swath Width 15.2 km
Off-Nadir
Imaging
Up to 60 degrees
Dynamic Range 11 bit per pixel
Mission Life Expectation > 10 years
Revisit Time Less than 3 day
Orbital Altitude 681 km
Nodal Crossing 10:30 am

46
Pléiades
- 50 cm de résolution, couleur et ortho-rectifiés
- 20 km d’emprise au sol au nadir, jusqu’à 100 x 100
km en acquisition Mosaïque
Produits
N&B : 0.5 m
Couleur : 0.5 m (produit
fusionné)
Multispectral (R, V, B,
PIR) : 2 m
Bundle (images Pan et
MS séparées)
Bandes spectrales
P : 0,45 – 0,75 µm
B1 : 0,45 – 0,52 µm
(Bleu)
B2 : 0,53 – 0,59 µm
(Vert)
B3 : 0,62 – 0,69 µm
(Rouge)
B4 : 0,76 – 0,89 µm
(proche Infra Rouge)
Emprise 20 km x 20 km
Revisite
1jour

Flotte de satellites Astrium
Pléiades 1A
Pléiades 1B
SPOT 7
SPOT 6
TerraSAR-X
TanDEM-X
PAZ
 Images multi-sources et multi-
résolution de 25 m à 50 cm (satellites
optiques et radar, imagerie
aérienne):
 SPOT 1 à 4, SPOT 5 et 6, Pléiades 1A,
Pléiades 1B, TerraSAR-X, TanDEM-X,
DEIMOS…
 Large gamme de couvertures et
grande capacité de revisite:
 Fauchée de 15 km à 600 km;
 Chaque point de la Terre couvert au moins
une fois par jour.

48
Les données Vecteur
Une représentation géométriques des objets de la réalité
 3 Modes de représentation des données spatialisées :
-les points (localisation ponctuelle d'un chef lieu, d'une source, etc...)
-les arcs -ou linéaires- (voie routière ou ferroviaire, cours d'eau, etc...)
-les surfaces -ou polygones- (parcelles, subdivisions administratives, etc...)
Utilisation du concept d’objets géométriques à dimensions variables (points,
lignes et polygones) pour représenter les entités (naturelles ou anthropiques)
distribuées sur le territoire.
Chaque entité est représentée par un objet localisé dans un système de
coordonnées. Cet objet est relié avec un tableau d'attributs qui contient les
valeurs thématiques décrivant l'entité représentée

49
Encodage des données en mode
Vectoriel
Point : Une paire de coordonnées (X,Y) servant à exprimer la
localisation dans un espace cartésien ou géographique.
Ligne : une suite continue de segments de droites permettant
de représenter les sinuosités naturelle de l’entité. Chaque
segment est limité par deux points et c'est la suite des
coordonnées des points intermédiaires qui permet de
représenter la ligne dans le système informatique.
Polygone : Peut être représenté comme étant une ligne
fermée.

50
Organisation des données en mode
vectoriel
•En format vectoriel, les entités géographiques sont représentées par
des objets.
•La base de données est scindée en deux parties complémentaires: la
géobase qui conserve la description géométrique des objets et les
tableaux d'attributs qui composent la base de données thématiques.
• Le stockage des données vectoriels dépend du format utilisé (format
souvent lié au logiciel utilisé)
 exemple: points, lignes , polygones

51
Format , « spaghetti » et vectoriel
connecté
•Le format vectoriel simple (appelé spaghetti) est constitué de lignes
indépendantes qui se croisent sans produire de jonction.
•Le format vectoriel connecté est constitué de lignes qui sont scindées
avec des noeuds aux intersections. Chaque partie de ligne comprise
entre deux noeuds forme une chaîne.

52
Connexité d’un réseau
Il est possible de transformer une géobase du mode spaghetti au
mode connecté avec des procédés de nettoyage qui établissent la
connexité
 Faire attention: Le réseau n’est pas forcément connecté:

53
Raster ou Vecteur ?
Le mode Raster:
 plus simple car les données sont stockées sous forme de matrices et sont de ce fait
faciles à manipuler par ordinateur. De même, les croisements de données sont faciles à
réaliser, puisque toutes les données sont ramenées à la même unité de base, la cellule
(ou pixel dans l’image).
Enfin, les données en mode Raster se prêtent très bien à certains types de traitements
numériques, classiques en traitement d’images : filtres, convolutions, classifications.
Inconvénients:
Importance de la capacité mémoire nécessaire à stoker les données : il y a en particulier
redondance lorsqu’un grand nombre de cellules contiguës sont porteuses de la même
information.
Nécessité d’avoir un Raster par couche d’information spatiale.
D’autre part, du fait que l’espace est maillé, les mesures de distances et de surfaces se
trouvent faussées. L’erreur dépendra de la résolution (dimension du pixel).

54
Raster ou Vecteur ? (2)
Le mode Vecteur:
répond au souci de représenter un objet réel de manière aussi exacte que possible.
L’espace des coordonnées est continu et non discrétisé, la localisation des objets, leurs
dimensions, les distances, sont calculées avec précision. Le volume de la base de
données est fonction de la complexité des arcs et des polygones, et de la densité des
points servant à représenter les arcs.
Inconvénients:
Les croisements de couches d’information sont délicats et nécessitent une topologie
parfaite : des erreurs (comme un polygone mal fermé), peuvent poser problème.

55
SIG
Systèmes de coordonnées

56
Système de référence homogène
Les données géographiques (à référence spatiale) sont issus de
plusieurs sources (vecteur, raster, mesure terrain, etc..)
Il est nécessaire de travailler dans le même système de
coordonnées.

57
Coordonnées géographiques
 Un point est repéré par sa Latitude et sa Longitude
On définit une ellipsoïde pour modéliser le globe terrestre (qui
approxime au mieux le volume terrestre)
Longitude: 10.183277 E
Latitude: 36.890959 N
Parc Technologique El Gazala

58
Projection
Distance(A,B) ?
Périmètre(« Tunisie ») ?
Surface(« Tunisie ») ?
…
Longueur d’une route
ou d’un fleuve ?
 Projection d’une « sphèroide » (la
terre) sur un plan (2D).

59
Systèmes de projection
Mathématiquement, la projection sera une fonction qui à un ellipsoïde (ou à un
morceau d’ellipsoïde) fera correspondre un plan de projection (ou une partie de
plan)

60
Systèmes de projection(2)
 La surface approximée n’est pas une surface développable : il est donc
impossible de la reporter sur le plan sans la déchirer ou l’altérer. On ne peut
donc pas conserver l’intégralité des propriétés géométriques (angles, distances
et surfaces) de la surface à représenter. La méthode de projection retenue
constituera donc un choix des caractéristiques à privilégier.
 La méthode de projection consiste à projeter l’ellipsoïde sur une
surface développable.

61
Les surfaces développables
•Une projection est établie en effectuant le report des positions sur la Terre vers un
plan de projection localisé par rapport à la sphère terrestre.
•Les projections permettent de transformer les coordonnées sphériques (de latitude
et longitude) en coordonnées cartésiennes (x,y généralement en mètres), afin de
permettre leur représentation sur le plan cartographique.
•Cette transformation fait appel à la trigonométrie sphérique et produit des
déformations d’angle ou de superficie.
•Une projection peut être décrite par des paramètres de forme, de position, d'aspect,
de méthode, de référence, ...
•Les surfaces développables définissent les formes de projection de nature
géométrique.

62
Propriétés des projections
On distingue deux grandes familles de projections :
-les projections conformes conservent sur le plan les angles observés sur la
surface terrestre. En font partie les projections les plus utilisées :
projections coniques conformes de Lambert, projections de Mercator,
projections stéréographiques.
- les projections équivalentes conservent les rapports de surface et
modifient les angles.

63
Aspect de la projection
•L'aspect de la projection est déterminé par la position et l'orientation des
méridiens et des parallèles de référence utilisés pour définir le plan de projection.
•Une projection est dite en aspect équatorial lorsque le parallèle de référence du
cylindre ou le point central du plan azimutal est situé sur l'équateur terrestre.
•Une projection est dite en aspect transverse lorsque le cylindre touche la terre le
long d'un méridien.
•Une projection est en aspect oblique dans tous les autres cas.

64
La position du plan de projection
•La position du plan de projection peut être tangente à la
surface lorsqu'il ne touche la surface qu'en un seul point ou le
long d'un seul axe.
•Elle est sécante lorsqu'une partie du plan est située sous la
surface.

65
Les types de perspectives
•Les méthodes de la perspective géométrique avec un point de fuite sont
souvent utilisées pour effectuer des projections cartographiques.
•La perspective gnomonique place le point de vue au centre de la Terre.
•La perspective stéréographique place le point de vue à l'antipode du
centre de la carte.
•La perspective orthographique place le point de vue à l'infini.

66
La projection UTM
C'est une projection cylindrique transverse
Le globe est divisé en soixante zones nord et sud
Le méridien // est l’équateur (central parallel = 0°)
Chaque zone (fuseau) a son méridien central (central
meridian) et a une distance de 6 degré
Chacun de ces fuseaux a un système de coordonnées planes indépendant dont l'axe
de Y coïncide avec le méridien central et l'axe des X avec l'équateur
En Y, la valeur est 0 mètre (False northing) pour le nord et elle est de
10000000 pour le sud . En X on attribut la valeur de 500 000 mètres (False
easting)
C'est une projection qui est conforme. C'est à dire qu'elle représente
fidèlement les petites formes et qu'il y a une distorsion très
minimale

67
UTM zone 32 N et 28 N
9 °
X=500000, Y=0
Central méridian: 9°
Central //: 0°
False Easting: 500000
False northing: 0
0°
Central méridian: -15°
Central //: 0°
False northing: 0
Sénégal
-15 °

68
Projection conique conforme de
Lambert
Projection standard pour représenter des cartes des régions dont l'étendue est-
ouest est importante comparée à leur étendue nord-sud
C'est une projection conique qui est basée sur deux parallèles de référence
qui changent avec la région cartographiée
Cette projection permet de conserver les formes. Il y a distorsion
minime près des parallèles de référence

69
Projection conique conforme de
Lambert
Nord Tunisie:
Central // (ref latitude): 40G (36°)
Standard //1: 40G (36°)
Central méridian: 11G (9.9°)
Standard // 2: 0°
False northing: 300000
Sud Tunisie:
Central // (ref latitude): 37G (33.3°)
Standard //1: 37G (33.3°)

70
Lambert Nord Tunisie
0°
36°
9.9°
X=500000, Y=300000

Les outils de traitement
71
Commerciaux
…. Tatukgis, GeoConcept, IDRISI, SuperGeo, etc.
Bentley Systems : Microstation
Pitney Bowes : MapInfo
ESRI: ArcView, ArcGis Descktop, Arcinfo
Hexagon - Intergraph: Geomedia

Les outils de traitement
72
Free – Open source
GRASS GIS
Quantum GIS
MapWindow

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