Notions de base en SIG

Table des matières

1 LES NOTIONS DE BASE DES SIG .............................................................................................................................. 2 1.1 Définition de l'information Géographique..........................................................................................................................2 1.2 Modélisation de l'information géographique.....................................................................................................................3 1.3 Les mode de représentation de l'information géographique..............................................................................................4 1.4 Le système de coordonnées RGF93/ Lambert 93...............................................................................................................7 1.5 Base de données spatialisées.............................................................................................................................................8 1.6 Les fonctions d'un SIG .......................................................................................................................................................9

1

1 Les notions de base des SIG

1.1 Définition de l'information Géographique

L'information géographique désigne toutes informationssur les objets localisés sur la surface de la terre (objetgéographique).

On peut représenter un objet (un lampadaire, un tronçonde route, un tronçon de cours d'eau, une parcelle, un bâtiment,..)ou un phénomène (inondation, tempête, éboulement,avalanche,..), présents, passées ou potentiels (prévisions).

Les objets ou phénomènes sont localisés sur la surface de la terre, à un moment donné et quelque-soit leur dimension et leur échelle de représentation.

Pour passer de la réalité (le monde réel est en 3 D, sur une terre en forme d’ellipsoïde et évolue dans letemps) à une base de données spatialisées, on va modéliser la réalité en 2D pour une date donnée.

Par exemple, dans le cas de la représentation d'un tronçon de cours d'eau :

A une date donnée : on décrit le cours d'eaupar sa composante graphique : on représente saforme en 2 dimension (sur un plan) et sa localisationdans un repère cartographique Lambert93 (axes Xet Y lambert93).

Associé à sa composante graphique, la composanteattributaire permet de caractériser le tronçon du cours d'eau parsa longueur, sa largeur, la présence de poissons, quels poissons, laqualité de l'eau, l'état des berges, le débit d'étiage, le débitmoyen,....

2

1.2 Modélisation de l'information géographique

Pour modéliser la réalité sous Système d'Informations Géographiques (SIG), on répartie l’ensembledes informations géographiques de même type (l'ensemble des tronçons de cours d'eau) sous forme de plan2D, dit « couche ».

Nous allons répartir l'ensemble des objetsgéographiques que l'on veut représenter dans unensemble de couches :

une couche de parcelles, de bâtis, desréseaux d'assainissement, des coursd'eau,.....

Cet ensemble de couches superposées vaconstituer la base de données spatialiséesgérée par le SIG et seront représentées dans lerepère cartographique Lambert93.

Lors de la mise en place de la base de données spatialisées, deux type d'informations géographiquessont à représenter :

1. En premier lieu, il faut définir les informations géographiques de référence. Il s'agit des couchespermettant de se repérer et de positionner les informations que l'on veut exploiter. Il s'agit parexemple :

✔ des données topographiques de l'IGN, le SCAN 25® (cartes IGN au 1/25 000 ème scannées et géo-référencées).

✔ Les données du RGE (Référentiel à Grande Échelle) : LaBD ORTHO®, les photographies aériennes numériques,la BD TOPO® , la BD ADRESSE® et la BD PARCELLAIRE®

✔ Le plan cadastral numérique.(PCI Image et PCI Vecteurde la DGFiP ).

✔ Les limites administratives GEOFLA®, proposées gratuitement par l'IGN.

2. Les informations géographiques à représenter sont ensuite les données thématiques. Ce sont lesinformations que l'on veut exploiter (données pour gérer l'urbanisme, les données nécessaires à lagestion du patrimoine,.....). On peut parler de données métiers.

3

1.3 Les mode de représentation de l'information géographiqueIl existe deux modes de représentation l'information géographique sous forme informatique. On peut

les représenter graphiquement sous forme de couches vecteur ou sous forme raster (image).

1.3.1 Les données vecteurLe format vectoriel utilise le concept d'objetsgéométriques (points, lignes, polygones) pourreprésenter les objets géographiques.

Ces objets géométriques sont définis par leurscoordonnées dans un système de projection (repère cartographique Lambert93).

✔ Un lampadaire sera ainsi représentépar un point (enregistré dans unfichier par ses coordonnéescartographiques Xlambert93 etYlambert93).

✔ Un tronçon d'un courd'eau sera représenté parun ensemble de points,enregistrés par leurscoordonnées XY dans lerepère cartographiquelambert93 qui dessinerontune ligne (linéaire/polyligne).

✔ Une parcelle sera représentée par un polygone,enregistré par un ensemble de points(Xlambert93,Ylambert93). Le polygone est le modede représentation de l'information géographique quipermet de modéliser la réalité au plus proche .

4

1.3.2 Les données attributairesLes descriptifs des objets géographiques, les attributs sont stockés dans une table attributaire,

associée aux objets géographiques d'un même thème.

Par exemple les attributs décrivant lescommunes de France (base de donnéesGEOFLA® de l'IGN) sont stockés dans la tableattributaire définie par des champsID_GEOFLA, CODE_COM, INSEE_COM,NOM_COM, STATUT,.... dont le type peut être« Caractère », « Numérique », « Date »,.....

Chaque commune correspond à unenregistrement dans la table attributaire etpossède un identifiant (INSEE_COM) unique.

Les données attributaires peuvent provenird'autres sources comme des fichiers textuels(format xls, csv, dbf) ou des bases dedonnées (PostgreSQL, SQL Server,Oracle,....).

1.3.3 Définition d'unecouche

L'ensemble, les donnéesgéométriques et les données attributairesconstituent une couche .

Pour chaque objet graphique (lescommunes représentées par despolygones), correspond à unenregistrement dans la table attributaire.

Le mode de stockage le plus utiliséd'une couche est le format shape.

• Les données attributaire sontstockées sous un format de fichier« .dbf » ,

• les coordonnées des nœuds (des points) qui constituent les polygones sont stockées dans un fichierd’extension « .shp ».

• En complément, un fichier dont l’extension sera « shx » fera le lien entre les données graphiques et lesdonnées attributaires.

Une couche, un fichier de forme (shape) « Commune_geofla » seraenregistré de la manière suivante :

5

1.3.4 Les rasters (les images)L'information géographique représentée

sous forme raster (image) est constituée d'unensemble de pixels (picture element) organiséssous forme d'une grille en ligne /colonne.

Résolution spatiale : Le pixel est l'unitéélémentaire de base de l'image dont la surfacecorrespond à sa résolution spatiale :

Profondeur de l'image : A chaque pixel estassociée une ou plusieurs valeurs numériquesdécrivant les caractéristiques de l'espace.

La profondeur définit la quantité de comptes numériques disponibles pour chaque pixel dans uneimage.

Par exemple, pour une image en dégradé de gris, la valeur du pixel varie de 0 (= noir) à 255 (= blanc), il ya par-conséquent 256 possibilités de valeur par pixel, ce quicorrespond à poids de 1 octet par pixel.

Dans une image couleur, à chaque pixel est associé à l'intensitélumineuse de trois couches (canaux) de couleurs: rouge, vert, bleu (RVB). Une image RVB possède plusde 16 millions de valeurs comptes numériques possibles.

Ces comptes numériques peuvent traduire plusieurs types d'informations géographiques, issues descanner, de photographies aériennes numériques, de modélisation (altitudes, inondations,..) oud'images satellites :

• La couleur de la carte scannée, par exemple le SCAN 25® de l'IGN ;• La couleur réelle du terrain, par exemple la BD ORTHO®,les photographies aériennes de l'IGN ;

• L'altitude, avec les Modèles Numériques de Terrains (MNT).

Les fichiers raster sont souvent lourds et sont enregistrés dans des formatscompressés connus dans secteur de la géomatique :.ecw, .sid.

L'affichage des fichiers raster est souvent accéléré en procédant à uneindexation de type quadtree nommé dans certains logiciels "pyramide".

6

1.4 Le système de coordonnées RGF93/ Lambert 93

Afin de se repérer et de localiserl'information sur la surface terrestre, il estnécessaire d'utiliser un système depositionnement et de cartographie.

1) Pour cela, il faut définir un référentielgéodésique :• il s'agit de définir un ellipsoïde de

référence qui est une approximationmathématique de la forme de la terreet son méridien d’origine .

•• C'est à partir de cet ellipsoïde que l'on peut calculer les

coordonnées géographiques (Latitude/Longitude) d'unpoint à la surface terrestre en coordonnées angulaires(Degrés Minute Seconde ou Degrés Décimaux).

• Depuis 2001, nous utilisons l’ellipsoïde InternationalGRS80 et le méridien d’origine de Greenwich.Auparavant, l’ellipsoïde utilisé était celui de Clarke 1880IGN avec le méridien d’origine de Paris.

• • Il faut également quadriller leterritoire à cartographier par unensemble de mesures quiconstituent un réseau géodésique : leRGF93 depuis 2001 et le NTFauparavant.

2) Le choix d'un système de projections etde coordonnées planes :• Le Lambert 93 est le système de

projection légal en France Métropole(projection conique).

• Les éléments géographiques sontprojetés sur le cône, celui-ci est ensuite développé sous forme de plan.

• Un repère cartographique X,Y Lambert93 (coordonnées plane) est ensuite défini.

7

Quelque-soit le SIG, il est indispensable de définir le système de projection de chaque couches :

• Pour les couches en format shapefile, un fichier complémentaire aux troisfichiers de la couche se rajoute pour indiquer le système de projection dela couche :

• Pour les images raster,le géo-référencement est stockédans un fichier texte, associés au fichier image (.ecw, .tif,jpg,...). Il s'agit d'un fichier dans lequel est enregistréquatre points de calage en coordonnées « image »(position ligne/colonne du pixel) et en coordonnéescartographiques Lambert93 (Xlambert93/YLambert93).

La majorité des SIG peuvent gérer la projection à la volée : Les données sont affichées visuellementdans le logiciel dans un système de coordonnées. La re-projection à la volée consiste à afficher dessources de données de différents systèmes de coordonnées de manière transparente pour l'utilisateur.Cela n'est possible que si les systèmes de projection des couches sont connus par le SIG.

Cette possibilité n'est utilisable que pour la consultation et l'affichage des couches. Dès que l'on utilisedes traitements plus avancés, il est conseillé de mettre toute les couches dans un seul système deprojection (le lambert93) en les re-projetant.

1.5 Base de données spatialisées

La base de données spatialisées est constituée d'une superposition de couchesvecteurs et raster, géo-référencées dans le système cartographique Lambert93.

Cette base de données est constituée de couches de références (SCAN 25®,BDORTHO®) et de données métiers (agriculture, foresterie, assainissement,urbanisme,...).A ces couches, on peut ajouter des données descriptifs stockés dans desfichiers xls, csv, dbf (des tables) ou des bases de données.

Une base de données spatialisées correspond donc à un ensemble de donnéesspatiales et non spatiales structurées et organisées de manière à être interrogeables etanalysables de façon interactive ou automatique. Les données sont décrites par des métadonnées etsont gérées par un logiciel SIG.

8

Définition de métadonnées : Ils correspondent à la description des éléments de la base de données,nécessaires et suffisantes pour l'utilisation des données (nom, objectif de création des données,système de projection, résolution, précision, sources des données,....). En Europe, les métadonnéesdoivent se conformer à une norme de métadonnées géospatiale (Norme ISO 19139 - INSPIRE).

1.5.1 Définition des web-servicesDepuis les évolutions du numérique et notamment de l'utilisation d'Internet, se sont développés les« Web-services »: il s'agit de protocoles internet qui ont été normés par l'OGC (Open GeospatialConsortium) et permettent une communication de données géographiques de façon interopérable àtravers Internet. Il s'agit de rendre accessible directement une donnée stockée sur un serveur distantsans téléchargement ni conversion préalable. Cette technologie s’appuie sur une architecture Client /Serveur, c'est-à-dire un serveur qui distribue les données et un client qui les interprètent. Les plusconnus sont : le service WMS (images géo-référencées) , le service WFS (affichage et interrogation dedonnées vectorielles).

1.6 Les fonctions d'un SIG

Un Système d'informationsGéographiques (SIG) est un outilinformatique capable d'intégrer desdonnées de toutes provenances (raster,vecteurs, tabulaires, services web, donnéesGPS, images satellitaires) , sous différentesformes (base de données, cartes,images, ..). La seule contrainte est deconnaître la localisation géographique desinformations intégrées.

Il permet de gérer et administrer des basesde données spatiales : créer des couchesvecteurs, saisir et modifier, enregistrer etréorganiser les données géographiques.

9

Le SIG est également un outil d'analyse et de présentation des informations localisées dans l'espace.Les fonctionnalités d'analyses des SIG sont nombreuses. On peut lister ici les principales fonctions, lesplus usitées par la majorité des utilisateurs des SIG :

1. Consulter les couches, gérer l'affichage des couches,utiliser les outils de navigation, visualiser les attributsd'objets graphiques ;

2. Représenter les couches graphiques avec de la symbologie, faire desétiquettes ou faire des analyses thématiques (représentation graphique desdonnées attributaire) ;

3. Créer et calculer de nouveaux attributs (calcul de surface,de longueur,....)

4. Sélectionner les objetsgéographiques à l'aide des attributs(requêtes attributaires) ou par leuremplacement (requêtes spatiales) ;

5. Les outils de géotraitements(zones tampons, croisement de couches).

Les modes de représentation de l’information géographique sont les :

✔ Outils de mise en page pour la production de cartes papiers ;

✔ Outils de restitution sur internet par les web service ;

✔ Sous forme de base de données numérique.

10