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INSTITUT AGRONOMIQUE ET VÉTÉRINAIRE HASSAN II Systèmes d’Information Géographiq

INSTITUT AGRONOMIQUE ET VÉTÉRINAIRE HASSAN II Systèmes d’Information Géographique Notes de cours conçues et réalisées par Driss Tahiri Professeur, Département de Photogrammétrie et Cartographie IAV Hassan II Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 2 Table des matières Introduction générale ………………………………………………. 5 Chapitre 1 INTRODUCTION AUX SIG ………………………………………. 6 I.1. De la carte aux systèmes d'information géographique I.2. Définitions et concepts I.2.1. Système I.2.2. Donnée et information I.2.3. Système d'information I.3. Systèmes d'Information Géographique I.3.1. Définitions et concepts de base I.3.2. Composantes d'un SIG I.3.3. SI / SIG I.3.4. SIG / CAO I.3.5. Intérêt et domaines d'application des SIG Chapitre II LES BASES DE DONNEES SPATIALES ………………………. 19 II.1. INTRODUCTION II.1.1. Les bases de données graphiques II.1.2. Les bases de données numériques II.1.3. Les SIG et les bases de données II.1.3.1. Extension du SGBD: I1.1.3.2. Solution mixte II.1.3.3. Intégration du domaine spatial dans le SGBD II.2. LES CONCEPTS DE BASES DE DONNEES II.2.1. Définition II.2.2. Avantages d'une approche avec des bases de données II.2.3. Procédure de construction d'une base de données II.3. LES SYSTEMES DE GESTION DE BASES DE DONNEES II.3.1. Les composantes II.3.2. Les types de bases de données II.4. LE MODELE HIERARCHIQUE II.5. LE MODELE EN RESEAU II.6. LE MODELE RELATIONNEL II.7. LE MODELE ORIENTE VERS LES OBJETS Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 3 Chapitre III LES STRUCTURES DE DONNEES ……………………………… 30 III.1. INTRODUCTION III.2. MODE VECTORIEL III.2.1. Les données géométriques III.2.2. Les données sémantiques III.2.3. Les données topologiques III.3. STRUCTURES NON TOPOLOGIQUES III.3.1. Structure séquentielle simple III.3.2. Dictionnaire de points III.4. STRUCTURES TOPOLOGIQUES III.4.1. La structure DIME III.4.2. La structure POLYVRT III.4.3. Structures particulières spécifiques à l'information altimétrique III.4.3.1. Structure en Réseau Triangulaire Irrégulier III.4.3.2. Structure topologique pour les courbes de niveau III.5. LES STRUCTURES DITES "RASTER" III.5.1. Concepts de base III.5.1.1. Différents types de maillage III.5.1.2. Représentation des éléments géographiques III.5.1.3. Notion de résolution III.5.1.4. Fichier image III.5.1.5. Fichier de documentation III.5.2. Structuration des données raster III.5.2.1. Bitmap III.5.2.2. Run Length Coing (RLC) III.5.2.3. Blocs carrés III.5.2.4. Tétrarbres III.5.2.5. Clés de Peano III.5.3. Comparaison Vecteur / Raster III.5.3.1. Les méthodes vecteur III.5.3.2. Les méthodes raster Chapitre IV SAISIE DES DONNEES GEOGRAPHIQUES …………………… 56 IV.1. SOURCES DES DONNEES GEOGRAPHIQUES IV.2. CRACTERISTIQUES DES DONNEES GEOGRAPHIQUES: IV.2.1. Description des données géographiques Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 4 IV.2.2. Modes d'implantation spatiale IV.2.3. Attributs thématiques IV.2.4. Attributs géométriques IV.2.5. Attributs graphiques IV.2.6. Un attribut particulier : l'identifiant IV. 2.7. Données géographiques discrètes IV.2.8. Données spatialement continues IV.3. MODES DE SAISIE : IV.4. MODES DE NUMERISATION IV.4.1. Numérisation manuelle IV.4.2. Numérisation à l'aide des scanners IV.5. METHODE DE VECTORISATION IV.5.1. Vectorisation à tête levée IV.5.2. Vectorisation par suivi des lignes IV.5.3. Vectorisation automatique Chapitre 5 ANALYSE DES DONNÉES ET MODÉLISATION …………...… 69 V.1. INTRODUCTION V.2. LE LANGAGE DE RECHERCHE STRUCTURÉ (SQL) V.3. LES OPÉRATEURS BOOLÉENS V.4. ANALYSE DES DONNÉES NON SPATIALES V.4.1. Les requêtes V.4.2. Généralisation V.4.3. Calcul V.5. ANALYSE SPATIALE INTÉGRANT LES DONNÉES GÉOGRAPHIQUES ET LEURS ATTRIBUTS V.6. EXEMPLE ILLUSTRE D’UN PROJET FAISANT APPEL A L’ANALYSE SPATIALE Introduction générale Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 5 L'accroissement continu de la démographie et l'amélioration recherchée des conditions de vie poussent l'homme à améliorer l'exploitation du sol et augmenter sa production. Toutefois, le sol est vulnérable et occupe une surface limitée. Par conséquent, il doit être géré de la manière la plus rationnelle possible. Pour gérer, il faut connaître. Autrement dit, l'utilisation rationnelle de la surface disponible suppose l'existence, d'une part, de données sous forme d'inventaires complets et fiables et, d'autre part, d'outils permettant de manipuler, de gérer et d'analyser de telles données. L'évolution rapide et continue que connaît, depuis une trentaine d'années, la technologie relative à la saisie et au traitement des données géographiques a favorisé le développement de chaînes de production et d'exploitation entièrement numériques. Des volumes considérables de données numériques sont produits chaque jour, constituant ainsi des inventaires sous forme de bases de données géographiques nationales, régionales et locales. Récemment, et grâce à des outils d'analyse spatiale puissants tels que les Systèmes d'Information Géographique (ou SIG), les données géographiques numériques trouvent des applications multiples en matière de planification, d'aménagement, d'urbanisme, de transport, de sécurité et de sauvegarde de l'environnement. En effet, en offrant la possibilité de superposer des thèmes géographiques et de réaliser des opérations d'analyse spatiale sur base de données multisource et multimédia, les SIG constituent un outil d'aide à la décision. Le présent document constitue le support destiné aux élèves ingénieurs en Topographie dans le cadre du cours Systèmes d’Information Géographique. Il présente de manière explicite les concepts et les principes de base sur lesquels sont fondés ces nouveaux outils. Il traite les différents volets à savoir : les définitions, le passage des Systèmes d’Information aux SIG, les Bases données et leurs modèles, les différentes opérations de saisie de données nécessaires à la construction des bases, l’exploitation de ces dernières en termes de modélisation et d’analyse spatiale. Chapitre 1 Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 6 Introduction aux Systèmes d'Information Géographique : définitions et concepts de base I.1. De la carte aux systèmes d'information géographique La connaissance du territoire a été, depuis toujours, une préoccupation des sociétés. Qu'il s'agisse, comme aux époques anciennes, de repérer des itinéraires de migration, de délimiter les droits d'usage des sols, de localiser des ressources, ou plus récemment d'analyser les conséquences des phénomènes climatiques, de prévoir des récoltes ou de guider la trajectoire de missiles, les hommes ont toujours eu besoin, de représenter graphiquement des événements ou des informations. C'est la raison pour laquelle la carte est un outil très ancien, dont les évolutions techniques, sociales et politiques correspondent à celles des civilisations: cadastres égyptiens et romains, cartes marines de l'époque des grandes découvertes, cadastre napoléonien, etc. Avant que les ordinateurs ne soient utilisés dans les processus cartographiques, les bases de données spatiales étaient disponibles sous forme de dessin ou de tracé sur une portion de papier ou de film. Ceci avait des conséquences importantes sur la collection, le traitement et l'utilisation de l'information contenue dans ces bases de données: perte d'informations (classification, généralisation, ...), manipulation difficile (changement d'échelle, de projection, ...), etc. Les procédés manuels d'établissement de ces cartes sont lents et très coûteux, mais ceci ne constitue pas un inconvénient tant qu'il s'agit de cartes dont la période d'utilisation s'étend sur plusieurs dizaines d'années. Mais récemment, il y a eu un tel besoin de cartes et d'informations sur l'évolution de notre environnement que les techniques cartographiques classiques deviennent totalement inadéquates: une carte pourrait être périmée avant même d'être publiée. Cette demande accrue de cartes a en partie provoqué l'automatisation de certaines tâches liées au processus cartographique et la création de bases de données cartographiques dans lesquelles résident, ensemble, données cartographiques et non cartographiques. En effet, depuis les années soixante, la cartographie a connu une profonde mutation liée à l'avènement de l'informatique, Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 7 dont le premier grand attrait était de pouvoir gérer de très grandes quantités de données ainsi que d'automatiser des tâches répétitives. Plus récemment, la photographie aérienne et plus précisément l'imagerie satellitaire permettent de suivre l'évolution du paysage, l'avancement de la désertification ou de l'érosion, les incendies forestiers, etc. Cependant, les produits livrés par les satellites et les détecteurs aéroportés nécessitent un certain nombre de traitements et de corrections pour les remettre sous forme d'images et par la suite sous forme de cartes. Ceci fait l'objet de la télédétection. Le besoin de marier la télédétection, les procédés géodésiques et topographiques, la cartographie et d'autres disciplines est rendue actuellement possible grâce au développement des Systèmes d'Information Géographique. I.2. Définitions et concepts I.2.1. Système Système: "[...] ensemble organisé, d'éléments intellectuels. Ensemble coordonné de pratiques tendant à obtenir un résultat [...] ou présentant simplement une certaine unité. Ensembles de pratique, de méthode et d'institutions formant à la fois une construction théorique et une méthode pratique [...] ensemble possédant une structure [...] ou constituant un tout organique. Système dynamique, où intervient la notion du temps (opposé à statique)", d'après le Petit Robert (dictionnaire de la langue française). Selon Gualtierotti (1991), "un système est fait de choses et de relations entre ces choses". Le Moigne (1990) définit la notion de système général comme "quelque chose (n'importe quoi, présumé identifiable) qui dans quelque chose (environnement) pour quelque chose (finalité du projet) fait quelque chose (activité = fonctionnement) par quelque chose (structure = forme stable) qui se transforme dans le temps (évolution)". I.2.2. Donnée et information Information: "Renseignements sur quelqu'un, sur quelque chose = enquête, examen, investigation, étude - Elément ou système pouvant être transmis par un signal ou une combinaison de signaux.". Driss Tahiri - Département de Photogrammétrie et Cartographie Systèmes d'Information Géographique - Notes de cours 8 Donnée: "Ce qui est donné, connu, uploads/Geographie/ notes-de-cours-sig.pdf