Sig chap-1-2010 2011

Systèmes d’Information à Référence Spatiale

Dorra BEN AYED & Sami MEZGHANI

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Objectif du cours

à l'analyse spatiale

au traitement de l’information géographique

et à la modélisation des bases de données géographiques

Mise en place de solutions SIG

Permet d’initier les étudiants :

Se familiariser avec la notion des SIG en connaissant leur utilités.

Plan du cours du systèmes d’information à référence Spatiale

Chapitre 1:Introduction et présentation généraleChapitre 2: L’information GéographiqueChapitre 3: Les fonctionnalités du système d’information Spatiale (les 5A)Chapitre 4: Acquisition des données GeographiquesChapitre 5: Format d’échange et NormalisationChapitre 6: GMLChapitre 7: Oracle spatialeChapitre 8: Géomarketing

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TP SIG

Mini projet basé sur Google map ou Microsoft Bing

Étude des solutions Open source SigWeb

Chapitre 1

Introductionet Présentation Générale

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Sommaire

IntroductionIntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques questions et conceptsQuelques logiciels

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Introduction

Exemple de carte scannée

IntroductionIntroduction

• Quel est l'état des routes sur une commune?• Quelles sont les parcelles concernées par une inondation éventuelle?• Quelles sont les zones sensibles 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?

8

9

Sommaire

IntroductionDDééfinitionsfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques conceptsQuelques logiciels

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[LAURINI 93] « Le système d’information àréférence spatiale est un système de gestion de

Définitions (1)

base de données pour la saisie, le stockage, l’extraction, l’interrogation, l’analyse et l’affichage de données localisées »

[Collet 92][Collet 92] «« Le systLe systèème dme d’’information information àà rrééfféérence rence spatiale est un spatiale est un environnementenvironnement conconççu pour lu pour l’’analyse analyse et la modet la modéélisation de la distribution spatiale de lisation de la distribution spatiale de phphéénomnomèènes. Il se compose dnes. Il se compose d’’une base de donnune base de donnéées es ggééographique ographique ((BDGBDG)), d, d’’une une boite boite àà outilsoutils contenant contenant des procdes procéédures ddures d’’analyse, de gestion, de saisie et de analyse, de gestion, de saisie et de reprrepréésentation, ainsi que dsentation, ainsi que d’’une une interface utilisateur »»

QuQu’’estest--ce quce qu’’un Systun Systèème dme d’’information information ààrrééfféérence spatiale ?rence spatiale ?

10

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Définitions (2)

C’est un système informatique permettant:

des données géographiques numérisées

des donndes donnéées es ggééographiques ographiques numnuméérisrisééeses

1.1. ll’’acquisitionacquisition2.2. la gestionla gestion3.3. ll’’analyseanalyse4.4. la visualisationla visualisation

Pour Pour éétudier les phtudier les phéénomnomèènes se produisant nes se produisant sur la terresur la terre

QuQu’’estest--ce quce qu’’un Systun Systèème me dd’’information information àà rrééfféérence spatiale ?rence spatiale ?

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Définitions (3)

Un Système d‘Information à Référence Spatiale (SIRS) ou encore

Un Système d‘Information Géographique (SIG)

permet de gérer en effet:des données alpha-numériquesspatialement localisées,

ainsi que les données graphiquespermettant d'afficher ou d'imprimer plans et cartes.

RRéécapitulonscapitulons

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Définitions (4)

Les bases de données géographiques (BDG) remplacent les cartes papiers pour la première fonctionnalité de stockage d'informations géographiques.

Elles remplissent aussi la fonctionnalité de supporter le raisonnement puisqu'elle permet le traitement de l'information géographique.

QuQu’’est ce quest ce qu’’une BD Gune BD Gééographique?ographique?

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques conceptsQuelques logiciels

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Appellations: SIRS – SIG – SIT- SIL

Qu’est-ce qu’un SIRS ?

ou

Qu’est-ce qu’un SIG ?

ou encore

Qu’est-ce qu’un SIT ?

ou encore

Qu’est-ce qu’un SIL ?

Système d’Information

à Référence Spatiale

Système d’Information

à Référence Spatiale

Système d’Information Géographique

Système d’Information Géographique

Système d’Information duTerritoire

Système d’Information duTerritoire

Système d’Information Localisée

Système d’Information Localisée

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques conceptsQuelques logiciels

Une demande sociale accrue, des champs d’application qui se multiplient (Géo localisation GSM)Un marché en croissance

3,63 milliards de dollars en 2006+ 15% de croissance annuelle

Une invasion des SIG dans les parcours universitaires de géographes.

L’euphorie des Sig

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Intérêt pour les SIG (1)

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Intérêt pour les SIG (2)

Dans plusieurs activités de sa vie quotidienne, l’homme a besoin de savoir :

des informations sur le paysage, les objets qui l’entourent, leurs formes, leurs dimensions

et aussi les localiser dans l’espace et évaluer les distances les séparant.

Au fait, l’homme a besoin de traiter l’information géographique dans beaucoup de domaines.

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Intérêt pour les SIG (3)

Les utilisations des SIG sont multiples. A l’origine ils ont plutôt concerné le milieu de la recherche dans le domaine de la géologie et de l’environnement.

Aujourd’hui, sous l’impulsion de produits plus simples à utiliser, les utilisations se sont démocratisées, et concernent des domaines aussi différents que :

les études marketing (géomarketing) • l’optimisation des forces commerciales • l’optimisation des techniciens mobiles • la défense • l’agriculture• les pompiers • la police • les SAMU etc.

Domaines dDomaines d’’utilisation des SIGutilisation des SIG

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Intérêt pour les SIG (4)

Gouvernements (agriculture, environnement, municipalités, ressources naturelles, santé, transport)Industrie (forestière, minière, transport)MilitaireMilieu des affaires (assurances, …)Académique (universités, écoles …)

Toute entité du monde réel étant obligatoirement située quelque part

Secteurs d’application des SIG

Gestion des installation et des réseaux (STEG, SONEDE, etc…)Télécommunications: planification cellulaire, localiser les abonnés dans le réseau fixeEtudes urbaines: localisation, planification des transports, sélection de sites, sélection d’itinéraires, etc.Santé: épidémiologie, répartition des services de santé, etc.Environnement: suivi des changements climatiques, biologiques, morphologiques, etc.

Intérêt pour les SIG (5)

Domaines dDomaines d’’application des SIGapplication des SIG

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Intérêt pour les SIG (6)

Gérer l’aménagement du territoire et l'urbanismela définition des objectifs d’aménagement régionaux et étudier les besoins en logements, équipemens et transports dans les quartiers.

Améliorer la prévention des risques naturelsSIG permet de prévenir les risques naturels tels que les inondations, les feux de forêts, la pollution.

Domaines dDomaines d’’application des SIGapplication des SIG

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Intérêt pour les SIG (7)

Analyser les contraintes naturellesSIG permet de réaliser les études préliminaires d’infrastructures routières en analysant et représentant les contraintes naturelles

Gérer l'infrastructure routière et les ouvrages d’art

Analyser l’habitat et les constructions publiques

Le domaine d’application des SIG est presque infini !

Domaines d’application des SIG

Quelques applications :Planification cellulaireSimulation 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.

Intérêt pour les SIG (8)

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GEO-CODINGGEOCODAGE Recherche d’adresse

Intérêt pour les SIG (9)

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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

Intérêt pour les SIG (10)

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Contrôle et gestion de flotteConnaître 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).

Intérêt pour les SIG (11)

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques conceptsQuelques logiciels

Londres 1854 : état des lieuxÉpidémie de choléra à SohoContamination de l’eau potable àl’origine de l’épidémieZone touchée compte une douzaine de pompe.

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Les SIG avant le développementde l’informatique

Historique (1)

La réponse SIG du Dr John SnowDr John Snow trace l’emplacement des pompes et l’habitat des victimesLa pompe contaminée est repérée.

CartographieDe l’épidémieSource :Snow, J. On theMode of Communication ofCholera, 2nd Edition, 1855.

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Historique (2)

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Historique (3)

L’évolution et la diffusion des SIG dans la science et l’aménagement du territoire

est en liaison avecest en liaison avec

Les dLes dééveloppements de la technologie veloppements de la technologie informatique,informatique,

la conscience des la conscience des pbspbs dd’’environnementenvironnementLes nouvelles approches scientifiques Les nouvelles approches scientifiques

pluridisciplinaires.pluridisciplinaires.

Le SIG dans larévolution informatique

Tomlinson (1933-?), le père du SIG moderne1960 : premier essai Traitement géographique des données pour l’installation de plantations forestières en Afrique de l’Est

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Historique (4)

1963 Système d’informationgéographique du Canada

Le Système d'information géographique du Canada (SIGC), établi en 1963 par l'agence de remise en valeur et d'aménagement des terres agricoles est le premier SIG opérationnel de gestion des ressources terrestres.

Nb : le Canada reste un pays en pointe pour les SIG voir par exemple l’Atlas en ligne du Canada (http://atlas.gc.ca/site/francais/index.html )

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Historique (5)

A partir de 1970

La diffusion du SIGDans les années 70’ : SIG institutionnels (lourds) alors que la télédétection s’ouvre au domaine civilEx : 1969 Développement du SIG à Paris. L’Atelier parisien d’urbanisme (APUR) met en place une banque de données urbaines sur Paris à partir d’informations administratives référencées à l’îlot.Dans les années 80 (fin): le développement de l’ordinateur individuel permet la démocratisation et la diffusion des SIG

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Historique (6)

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Aujourd’hui, nous assistons à la démocratisation de l'usage des informations géographiques:

cartographie sur Internet,calcul d'itinéraires,

utilisation de solutions embarquées liées au GPS

• Système de positionnement par satellite.• Mis en place par le département de la défense américain, il est constitué de 24 satellites, qui émettent constamment les signaux nécessaires au positionnement.• Utilisé grâce à des cartes sur les portables pour savoir où sont les camions de livraison par exp. On peut traduire l'acronyme par « Géolocalisation Par Satellite ».

Historique (7)

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques conceptsQuelques logiciels

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Les composants du SIG

Un SIG est constitué de 5 composants majeurs :

1. Les logiciels2. Les données3. Les matériels4. Les savoir-faire5. Les utilisateurs

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (1)

Ils assurent les 5 fonctions suivantes (parfois regroupées sous le terme des ‘5A’):

Acquisition

Archivage

Affichage

+=

Analyse

Abstraction

SIG: Fonctions Acquisition

intégration et échange de données.(Import-Export)

levers topographiques et récupérer l'information existante, alimenter le système en données, Import de BD

Télédétection

Scanérisation et Vectorisation.

Les Composants du SIG:1. Les logiciels (2)

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SIG: Fonctions Archivage

Gestion des données géographiques à travers:

Stockage et structuration de données sous forme numérique.

Permettre une mise à jour périodique.

Permettre une consultation une interrogation facile des données.

Les Composants du SIG:1. Les logiciels (3)

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SIG: Fonctions (Abstraction)

Abstraction

Perception du monde réel suivant des couches d’information.

Les Composants du SIG:1. Les logiciels (3)

SIG: Fonctions (Affichage)Représentation et mise en forme, notamment sous forme cartographique avec la notion d’ergonomie et de convivialité.

Restitution graphique.

Changement d’échelle de visualisation. Zoom…

Deux objets géométriquessélectionnés

Les données descriptivesassociées à ces objets

Représentation 3D

Les Composants du SIG:1. Les logiciels (4)

SIG: Fonctions (Analyse)

+

=

Fonction d’analyse spatiale permettant de:

réaliser des requêtes sémantiques (sur les attributs des objets).

Réaliser des requêtes géométriques ou spatiales.

Création de cartes thématiques (appréhension visuelle du terrain et du problème traité)

création de zones tampon ou de proximité, correspondant à la distance par rapport à des objets graphique de type linéaire ou surfacique.

Croisement des couches d’informations différentiels.

requête de type spatiale ou attributaire, ou conjointe (quels sont les parcelles présentant une aptitude au développement d'une culture X, qui sont situées à moins de Y kilomètres d'une ressource en eau, et qui possèdent un ensoleillement supérieur à Z heures par jour en moyenne).

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (5)

SIG: Fonctions (Analyse) exemple1:

Définition de zones tampons bufferL’analyse de proximité

•Combien existe-t-il de maisons dans une zone de 100 mètres de part et d’autre de cette autoroute ? •Quel est le nombre total de client dans un rayon de 10 km autour de ce magasin ?

Pour répondre à ces questions, les SIG disposent d’algorithmes de calcul appelés " buffering " afin de déterminer les relations de proximité entre les objets.

Comment savoir les parcelles

Dans une zone de 100 m de la

route? Création d’un tampan puis

calcul d’inclusion?

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (6)

Analyses de type buffer (corridor)

ex: Quel est le nombre d’habitations situées dans un rayon de 1km autour d’une industrie chimique allant être implantée.

SIG: Fonctions (Analyse)

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (7)

Opérateurs spatiaux topologiques

ex:- Quel sont tous les terrains, et

le nom de leurs propriétaires, bordant le Lac de Tunis?

- Quelles est le nombre de route situées dans la région de l’Ariana ainsi que la longueur totale et l’âge moyen du réseau?

SIG: Fonctions (Analyse)

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (8)

Analyses de réseau(ex: chemin optimal)

Hôpital

Accident

ex:- Quel est le chemin le

plus rapide pour se rendre de l’hôpital au lieu de l’accident?

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Les Composants du SIG:1. Les logiciels (9)

SIG: Fonctions (Analyse)

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Les Composants du SIG:2. Les données

Les données sont certainement les composantes les plus importantes des SIG.

Les données géographiques peuvent être, soit importées à partir de fichier, soit saisies par un opérateur.

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Les Composants du SIG:3. Les matériels

Actuellement, le traitement des données à l'aide des logiciels ne peut se faire sans un ordinateur.

En outre, pour faciliter la diffusion des résultats produits par un SIG, on utilise de plus en plus des systèmes client-serveur en intranet, extranet et même en Internet.

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Les Composants du SIG:4. Les savoir-faire

Tous les éléments décrits précédemment ne peuvent prendre vie sans une connaissance technique de ces derniers.

Un SIG fait appel à divers savoir-faire et donc diversmétiers qui peuvent être effectués par une ou plusieurs personnes.

On retiendra notamment la nécessité d'avoir des compétences :

en géodésie (connaissance des concepts de système de référence et de système de projection),en analyse des données, des processus et de modélisation (analyse Merise (informatique), Unified Modeling Language par exemple), des méthodes spécifiques tel que Geo-UML, MurMur, CONGOO, …en traitement statistique, en cartographique et traitement graphique.

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Les Composants du SIG:5.Les utilisateurs

Tous les utilisateurs de SIG ne sont pas forcément des spécialistes,

un SIG propose une série de boîte à outils que l’utilisateur assemble pour réaliser son projet.

N’importe qui peut, un jour ou l’autre, être amené à utiliser un SIG. une bonne connaissance des données manipulées et de la nature des traitements effectués par les logiciels permet seule d'interpréter convenablement la qualité des résultats obtenus.

on ne prétend pas géomaticien :

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques questions et conceptsQuelques logiciels

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Relation avec les autres Technologies (1)

Géomatique, cartomatique et systèmes d'information géographiques

Le terme géomatique est un terme qui englobe:

• la cartomatique (a pour principal objectif la production de cartes à l'aide de ressources informatiques),

• les systèmes d'information géographique (àréférence spatiale)

• et les systèmes de traitement d'images (télédétection).

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Relation avec les autres Technologies (2)

"la géomatique est la discipline qui a pour objet la gestion des données àréférence spatiale;Elle réfère aux sciences et aux technologies reliées :

à l'acquisition,au stockage,au traitement,à l'interprétationet à la diffusion des données spatiales

par des moyens informatiques".D'après la définition officielle du Gouvernement du Québec (1993):

Sciences del’Information

Géographiques

Relation avec les autres Technologies (3)

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques questions et conceptsQuelques logiciels

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Question fondamentale

L’espace géographique est infiniment complexe et les systèmes d’information géographiques sont finis.

Il faut donc décider :Ce qui sera représentéComment cela sera représenté

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Qu’est-ce que la géographie ?

La géographie est une science qui étudie la localisation et la distribution des phénomènes naturels et anthropiques se produisant à la surface de la terre et qui cherche à les expliquer.

Elle a pour objet d’étude l’espace géographique. (Marceau 2004)

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Particularités de l’espace géographique ?

Système continu, horizontalement et verticalement.

Peut être subdivisé en un nombre illimité de régions.

Dynamique; il change continuellement dans le temps.

Trop vaste pour être appréhendé dans sa totalité.

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Sommaire

IntroductionDéfinitionsAppellationsIntérêt et domaines d’applicationsHistoriqueLes différents composantsRelations avec les autres technologiesQuelques questions et conceptsQuelques logiciels

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Quelques logiciels SIG (1)

Logiciels libres

Logiciels gratuits

Logiciels commerciaux

Solution Webmapping

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Quelques logiciels SIG (2)

Logiciels libres

GeoTools, LandSerfToolkit SIG libre développé en Java

GRASS GISLogiciel de SIG libre, aussi connu pour avoir été le plus gros projet géomatique OpenSource. Il regroupe des fonctionnalités de traitement et d'analyse d'images de télédétection ainsi que des fonctionnalités à base topologique.

MapServerLogiciel libre de publication de carte sur Internet. Il peut être utilisé pour réaliser des applications Web, mais également pour publier des services Web.

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Quelques logiciels SIG (3)

Logiciels libres (suite)

QGisLogiciel de cartographie. Il est disponible sous Linux (KDE), Mac OS X, ou Windows. Il permet la visualisation "à la volée" des couches de données ainsi que leur modification. Il permet notamment l'élaboration de fichiers destinés àêtre publiés sur MapServer. Il présente une ergonomie qui le rend très simple à utiliser

PostGISExtension pour la base de données PostgreSQL, qui permet de faire des requêtes spatiales

uDig, gvSIGSIGs libres développés en Java pour Linux et Windows

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Quelques logiciels SIG (4)

Logiciels libres (suite)

JUMP

Application Java permettant l'exploitation des fichiers de données GML conformes aux recommandations de l'Open GeospatialConsortium

OpenJUMPApplication Java open source et gratuite

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Quelques logiciels SIG (5)

Logiciels Gratuits

DIVA-GISOffre des outils d’analyse statistiques et géo spatiale pour la caractérisation des attributs numériques de la bases de données associée aux objets.

AutoDEMLogiciel de SIG permettant d'extraire des informations sur des cartes topographiques numérisées. En particulier, il offre des outils pour créer des modèles numériques de terrains (MNT) à partir de courbes de niveaux. Il supporte de nombreux formats pour chaque type de couche (images, MNT, courbes de niveaux, toponymes).

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Quelques logiciels SIG (6)

Logiciels CommerciauxArcGIS

(ArcInfo, ArcView,...) de chez ESRI

AutoCAD Map3D, Civil 3D de chez AutoDesk

Gamme BentleyGeoMap GIS

GeoMap GIS Métiers s'appuyant sur l'environnement Autodesk(AutoCAD, Autodesk Map, Autodesk MapGuide, ...)

GeoConceptGéomédiaManifold

Logiciel novateur (serveur, géocodage, 3D, script .net, sgbd)

MapInfoDistribué en France par Acxiom

AlovMap

CartoWeb

Google Map

MapGuide

Solution Webmapping

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Conclusion

Conclusion

Le SIG gère l’information géographique

Un SIG est la technologie qui rassemble tous les éléments du puzzle pour décrire le territoire. Il est une mémoire du territoire mais aussi un puissant outil d’analyse et de simulation.

Un SIG est un ensemble de principes, de méthodes, d’instruments et de données, utilisé pour saisir, conserver, transformer, analyser, modéliser, simuler et cartographier les phénomènes et les processus distribués dans l’espace géographique.

Un SIG gère les informations en couche thématique et permet la consultation, les croisements, les superpositions et leur présentation en cartes et en plans

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Merci de votre attention