Ce document intitulé "Chapitre II: Information Géographique" est destiné aux étudiants universitaires. Il explore en profondeur le concept de l'Information Géographique (IG) et les Systèmes d’Information Géographique (SIG).
Il couvre les notions suivantes:
- Introduction à l'Information Géographique et son évolution.
- Sources et définitions de l'Information Géographique.
- Composants de l'Information Géographique: sémantique, spatiale, et topologique.
- Modes de représentation de l'Information Géographique: raster et vecteur.
Exercices TD Information Geographique -SIG - ArcGIS
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Système d’Information Géographique
Partie 1: L’information Géographique (IG)
1. Introduction
L’IG est présente partout. On la manipule tout naturellement sous différents formats: adresses, cartes papier et plus récemment sous format numérique affichée aux écrans de nombreux appareils électroniques (PC, téléphone portable, etc.). L’évolution de l’IG est due à l’évolution de plusieurs domaines: l’informatique et les Technologies de l’Information et de la Communication (TIC). Le traitement de l’IG est depuis la fin des années 80, associé à une discipline à part entière: la Géomatique.
2. Sources de l’Information Géographique
L’IG provient de différentes sources: cartes scannées, photographies aériennes, relevés de terrain, images satellites, etc. Aujourd’hui, la source d’information incontournable est l’image satellite, notamment les satellites météorologiques et océanographiques pour la prévision du climat. L’IG est traitée avant d’être utilisée.
2. Définitions de l’IG
« Est la représentation d'un objet ou d'un phénomène réel localisé dans l'espace à un moment donné » (Denègre et al, 2004). « Est une interprétation, une modélisation du territoire, de notre monde réel ». « C’est une information reliée à une localisation dans un système de référence sur la terre. Connue sous différentes nominations, information géographique, information localisée ou encore information à référence spatiale » (Bordin, 2002).
L’information géographique a trait aux renseignements sur les objets ou phénomènes (actuels ou passés) du territoire et précise leurs localisations. Elle englobe:
- Les descripteurs liés aux objets du territoire représentent la partie sémantique (le signifiant).
- Les données afférentes à la localisation sont d’ordre géométrique et géographiquement repérables.
- La dimension temporelle, qui élargit l’investigation au suivi et à l’évolution des phénomènes.
3. Composants de l’IG
L’IG est essentiellement décrite par trois composants:
- Sémantique;
- Spatiale ou géométrique;
- Topologique.
Composante descriptive
Décrit les propriétés non spatiales des objets géographiques. Ces informations sont des données alphanumériques représentées sous forme d'attributs et de leurs valeurs.
Exemple:
- Un tronçon de route: {nom, type, largeur, etc.}
- Une Wilaya: {nom, Nombre_de_commune, population, etc.}
Composante spatiale
Géo-référencer un objet géographique, c'est-à-dire le situer dans l'espace géographique par des coordonnées dans un système de référence spatiale. Ces coordonnées définissent sa géométrie (forme géométrique).
Exemple:
- Un tronçon de route: {(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn)}
- Une wilaya: {(x1,y1),(x2,y2),…,(xn,yn), (……)}
Composante topologique
Représente les relations du phénomène localisable (l’objet géographique) avec son voisinage, également appelées relations de voisinage. Propriétés non-métriques qui décrivent la qualité de l’espace et servent à maintenir son intégrité et la cohérence de sa géométrie (Laurini et al., 1992).
Exemples de relations topologiques:
- Connectivité;
- Orientation (de, vers);
- Adjacence;
- Inclusion;
- Intersection;
- Agencement;
- Etc.
4. Mode de représentation de l’IG
Mode Raster:
- Images satellitales;
- Images scannées;
- Photographies aériennes;
- Images scannées (anciennes cartes papier), etc.
Le mode raster permet de stocker l’information géographique dans des cellules contigües généralement carrées. Ces cellules des images numériques sont l’unité élémentaire appelée pixel (contraction de picture element). Chaque pixel possède une valeur qui traduit une couleur (photographies ou scan), ou une énergie électromagnétique captée dans un domaine de longueur d’onde à partir d’un satellite.
Mode vecteur:
- Les objets spatiaux sont représentés par leurs contours, trois primitives de base sont alors définies: point, ligne et polygone.
La primitive point
C’est la représentation la plus simple, utilisée pour représenter un objet ou un groupe d’objet. À grande échelle (ex. 1:5000), il peut représenter des arbres, des maisons individuelles, etc. À petite échelle (1:1 000 000), il peut représenter un aéroport et même une ville entière.
La primitive ligne ou polyligne
Représenter les objets linéaires du monde réel, localisables: réseaux de transport (routier, ferroviaire, etc.), réseaux d’énergie, d’hydrographie, d’assainissement, etc.
La primitive polygone ou forme surfacique
Représenter des entités ayant des surfaces: forêt, un lac, une zone bâtie, ville, etc.
Quelques précisions
Le traitement des données de type raster et celui des données de type vecteur sont très différents; elles requièrent des outils différents et même des compétences différentes. Le passage d’un mode à un autre est possible: vectorisation (raster → vecteur) et rastérisation (vecteur → raster). Les outils de rastérisation sont très efficaces et le résultat est essentiellement lié à la résolution utilisée. La vectorisation reste par contre, non complètement automatisée, elle s’effectue en semi-automatique car elle nécessite beaucoup d'interactivité et un post-traitement pour les corrections d’erreurs.
7. Modèles de représentation de la géométrie d’une couche
Deux principaux modèles d’implémentation:
- Modèle spaghetti;
- Modèle topologique:
- Topologie de réseau;
- Topologie de voisinage.
Modèle spaghetti:
- Les données sont décrites indépendamment les unes des autres.
- Pas d’identification de relations entre les différents segments.
- Informations redondantes pour décrire les différents objets.
- Il faut spécifier les liens entre les différentes entités (plus de redondance).
- Difficile d’effectuer de l’analyse spatiale à partir de ce type de modèle.
Modèle topologique:
- Décrit toutes les relations entre les objets.
- Les lignes sont des arcs, les points d'intersection des nœuds et les points intermédiaires des sommets.
- Élimine la redondance d’information.
- Moins d’efficacité dans le processus d’affichage.
- Accélère l’exécution de requêtes spatiales.
- Topologie réseau adapté à la description des réseaux tels que: le réseau routier, le réseau électrique, le réseau d’assainissement, etc.
- Topologie de voisinage: la description des objets surfaciques avec détection des voisins.
8. Modélisation du territoire
Modélisation: Modèle du territoire. Territoire géographique: Processus par lequel se fait la transition d’une réalité à une représentation schématique qui ne contient que ce que nous voulons représenter. Représentation simplifiée, généralisée et schématisée de la réalité.
Un territoire est une partie délimitée de l’espace géographique. Une délimitation naturelle ou politico-administrative (frontière). Processus de modélisation pour décrire un territoire: c’est la première phase indispensable à toute forme de représentation et analyse spatiale. C’est une schématisation de la structuration des données, elle est primordiale dans la conception d’une base de données et les bases de données Géographiques ne font l’exception.
Modèles de données:
- Relationnel, Entités-association ou le modèle objet.
- Le modèle orienté objet perçoit la réalité comme une collections d’objets géographiques homogènes.
- Une classe est un ensemble d’entités ou d’objets de même nature. Les entités sont des réalisations d’une classe « parent ».
- Une association est un lien entre deux entités, donc entre deux classes d’entités.
- Une classe est principalement caractérisée par son nom, ses propriétés et ses méthodes (traitement).
Exemple de modélisation d’un territoire:
- Les classes d’entités: classe bâtiment, classe forêt, classe route, etc.
- Ces classes sont liées par des relations spatiales de voisinage.
Qu’est qu’une base de données géographique?
« Est une base de données géoréférencées c'est-à-dire, les données qu’elle contient, possèdent des coordonnées permettant de les localiser, de connaître leurs positions sur un espace limité (la terre, un pays, une ville, un océan, etc.) » (Ruas at al. 2002).
9. Notions de thème et de couche
Le modèle d’information géographique dans les SIG: Le modèle en couches.
Qu’est qu’une couche?
« Est un ensemble d’objets géographiques homogènes, c'est-à-dire qui ont le même type géométrique ou spatial (point, ligne, zone). »
Exemple: route, construction, rivière, etc.
Une couche est donc une classe d’entités ou classe d’objets décrite par un ensemble d’attributs (composante descriptive), composante géométrique et éventuellement une composante topologique.
Organisation des données en couches:
Exemple de représentations d’une couche dans un SIG: Données spatiales + données sémantiques.
Notion de Theme:
« Est un ensemble d’une ou plusieurs couches appartenant au même territoire (on dit qu’ils ont la même couverture spatiale). Ils sont spatialement ou thématiquement reliés. »
Exemples d’organisation de données géographiques en themes:
- Theme « réseau routier » est une association de: route nationale, route départementale, autoroute, carrefours, ponts, etc.
- Thème hydrographie est constitué de: rivière, lac, etc.
- Theme Transport organisé en sous-thèmes: TransportRoutier, TransportAérien, TransportFérovier, TransportMaritime.
9. Conclusions
L’IG décrit des entités du monde réel qui sont localisables sur la surface de la terre (géolocalisées); composante descriptive, géométrique et topologique. L’IG est décrite selon deux modes: vecteur et raster. Primitives de base en mode vecteur: point, ligne et polygone. Les données d’un territoire sont modélisées puis stockées dans une BDG selon un modèle donné en respectant un modèle de géométrie, le plus souvent topologique. Manipulées dans un Système d’Information Géographique (SIG), l’IG est organisée en couches et en themes.
Exercice d’application
Nous voulons modéliser les données (diagramme de classes) relatives aux constructions (bâtiments) d’une commune. La commune est constituée de plusieurs quartiers, un quartier est identifié par son nom, sa superficie, sa géométrie. Il contient différents types de constructions: des immeubles (numéro, superficie, nombre d’étages, d’appartements (num-appart, type, nom-propriétaire)), des maisons individuelles (numéro, nom du propriétaire, superficie), des constructions administratives (commissariat, gendarmerie, protection civile, bureau de poste, etc.), des constructions éducatives (école, collège, lycée et université), des hôtels et des commerces (centre commerciaux, épiceries, etc.) (enrichissez par vos observations). Quelles sont les relations topologiques/spatiales pouvant être identifiées dans ce modèle?
FAQ
1. Qu'est-ce que l'information géographique (IG)?
L'information géographique (IG) est la représentation d'un objet ou d'un phénomène réel localisé dans l'espace à un moment donné. Elle englobe des descripteurs liés aux objets du territoire, des données afférentes à la localisation, et une dimension temporelle.
2. Quels sont les composants de l'information géographique?
Les composants de l'information géographique sont la composante sémantique, la composante spatiale ou géométrique, et la composante topologique.
3. Quels sont les modes de représentation de l'information géographique?
Les modes de représentation de l'information géographique sont le mode raster et le mode vecteur.