Introduction aux SIG Systèmes d Information Géographique

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1 Introduction aux SIG Systèmes d Information Géographique 0/04/0 FR00 Fédération Ile-de-France de Recherche sur l Environnement (FIRE) Plan Définitions et fonctions d un SIG Les types de données (vecteur, raster) Systèmes de coordonnées Métadonnées Principaux logiciels Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

2 Composantes d un Système d'information Géographique Logiciel Données SIG Enjeux liés au territoire Matériel Acteurs Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Finalité d un SIG : les 5 A Abstraction : données = une représentation du territoire, données vecteurs vs raster Acquisition : GPS, télédétection, numérisation de cartes anciennes, photos aériennes, etc. Archivage : bases de données, de métadonnées Analyse : traitements (cf cours Analyse spatiale) Affichage : cartographie (sémiologie), cartes "statiques", animations, cartes "dynamiques" (webmapping & Co.) Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

3 Abstraction et Type de données Dualité de l information géographique : Information graphique : forme, localisation, relation topologique Information thématique : description des objets graphiques, données sémantiques Habitat individuel Routes Parcelles Altitude Occupation du sol Monde réel Une «couche» = une thématique = un type de données Dépend de la problématique, des questions auxquelles le SIG doit répondre Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Vecteur et Raster Représentation Raster Représentation Vecteur 4 4 couche prairie couche rivière 4 4 : prairie : rivière : forêt 4 : habitation couche forêt couche habitation Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

4 Vecteur Modèle «Spaghetti» Topologie de réseau Topologie de surface Points {X,Y} {X,Y} {X,Y} Lignes Polygones Succession de {X,Y} Succession de {X,Y} où départ = arrivée Succession de {X,Y} + départ et arrivée Succession de lignes Succession de {X,Y} + départ et arrivée + polygone de droite et polygone de gauche Succession de lignes Redondance des données, relations non définies Pas de redondance, gestion de la connexité Gestion de la connexité, gestion de la contigüité Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Choix du type de couche vectorielle polygones lignes points couche de polygones couche prairie couche rivière couche de lignes couche forêt couche de points couche habitation Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 4

5 Règles de topologie Topologie = relation entre les objets Cas de non respect des règles topologiques : Recouvrement Trou Croisement Superposition Demande du temps et de la rigueur lors de création de données par numérisation Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Entités et données attributaires couche (points, lignes, polygones) ou plusieurs entités géographiques entités «mono-partie» ou «morceaux uniques» entité = polygone, ligne ou point entités «multi-parties» ou «morceaux multiples» entité = plusieurs polygones, lignes ou points couche (points, lignes, polygones) table attributaire (ou table d attributs) avec ou plusieurs champs (ou colonnes) entité géographique ligne (ou enregistrement) ID Nom Superficie (km²) Pays France continentale France Corse France ID Nom Superficie (km²) Pays France métropolitaine France Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 5

6 Raster Orientation dx N 5 5 dy Taille de la cellule Résolution Etendue en y, lignes Origine (x,y) Autre type de maille Etendue en x, colonnes Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Exemple de Rasters CNES 004 Modèle Numérique de Terrain (MNT) Carte géologique Image satellite SPOT composée de plusieurs bandes Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 6

7 Vecteur VS Raster Vecteur Raster Objets +/- structurés Peu ou pas de redondance (selon modèle spaghetti ou topologique) Liaison avec base de données externes Grille de cellules indépendantes Complémentarité raster - vecteur Calculs matriciels Redondance volume de l information Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Systèmes de coordonnées La Terre n est pas plate mais elle n est pas ronde non plus Géodésie : science qui étudie la forme et les dimensions de la Terre Géoïde : surface équipotentielle de pesanteur niveau moyen des mers Ellipsoïde : surface définie mathématiquement, la plus proche possible du géoïde Ellipsoïde globale (ex: IAG GRS 980 pour WGS84) Ellipsoïde locale (ex: Clarke 880 IGN) ellipsoïde locale ellipsoïde globale géoïde Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 7

8 Projeter Ellipsoïde a: rayon équatorial b: demi axe aux pôles Plan cartographique Projection cartographique N O E Coordonnées cartésiennes : {x, y, z} Coordonnées dites géographiques : {λ,φ,om} (latitude/longitude en degrés) Projection cartographique Coordonnées projetées : {E,N} (en mètre par exemple) Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Types principaux de projection Directe Transverse Oblique Azimutale Cylindrique Conique Source : Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 8

9 Projections et conséquences Déformations dues à la projection : aire, forme, distance Visualiser les déformations : Indicatrices de Tissot (878, 88) Type de projection Équivalente Conforme Équidistante conserve les aires les angles les distances Projection Universal Transverse Mercator UTM - Fuseau (conforme) Indicatrices de Tissot ellipses cercles cercles ou ellipses Projection Lambert 9 (conique conforme) Projection de Mollweide (pseudo-cylindrique équivalente) Projection azimutale équidistante polaire Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Les systèmes de coordonnées en pratique Une couche géographique = Un système de coordonnées Exemple : information de SCR d'un shapefile contenue dans le fichier.prj PROJCS["RGF9_Lambert_9",GEOGCS["GCS_RGF9",DATUM["D_RGF_99",SPHEROID["GRS_980",6787, ]],PRIMEM["Greenwich",0],UNIT["Degree", ]],PROJECTION["Lambert_Conform al_conic"],parameter["standard_parallel_",49],parameter["standard_parallel_",44],parameter["lat itude_of_origin",46.5],parameter["central_meridian",],parameter["false_easting",700000],paramete R["false_northing", ],UNIT["Meter",]] Codification des SCR : EPSG (European Petroleum Survey Group) utilisé dans les normes de l'ogc (Open Geospatial Consortium) - SCR couramment utilisés : Monde : WGS84 (Latitude / Longitude) (EPSG 46) - ceci n'est pas une projection! Europe : ETRS LAEA (EPSG 05) projection UE (projection azimutale oblique) France : RGF9 / Lambert 9 (EPSG 54) projection "légale" France (projection conique directe sécante) "Projection àla volée" : permet de superposer des couches ayant des SCR différents sans avoir à effectuer de reprojection au préalable très utile pour visualiser mais piégeux pour les analyses spatiales Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 9

10 Cartographie Une carte pour quoi faire? se repérer, se déplacer, gérer l'espace, analyser, communiquer (ou mentir ) Cartes descriptives, d'analyses, de synthèses, schématiques, etc. Fréquentation touristique en 00 Famine, conflits et piraterie autour du golfe d Aden (0//) Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Le Cachemire, un casse-tête cartographique Une carte est un objet de communication! Carte censurée par les autorités indiennes en mai 0 Source : The Economist. Carte diffusée par l ONU, agréée par l Inde et le Pakistan Source : département de cartographie des Nations unies, New York Carte officielle transmise par l ambassade d Inde à Paris Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 0

11 Sémiologie cartographique Sémiologie : science des signes "La sémiologie graphique", Jacques Bertin 967 Point Ligne Polygone Forme Taille Anamorphose Couleur Valeur / Grain Texture Orientation Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Quel choix de sémiologie possibles? Type de données Nominale Qualitative Ordinale Relative Quantitative Absolue Relations entre les données différenciation association hiérarchisation relative hiérarchisation relative hiérarchisation absolue Variables visuelles à utiliser - forme - orientation - couleur - texture - valeur - grain - couleur - valeur - grain - couleur - taille Exemple Occupation du sol Classe qualité de masses d'eau Densité population Nb d'exploitations bio par département Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

12 Quel choix de sémiologie possibles? Choix des couleurs Choix de discrétisation Intervalles égaux Intervalles géométriques Intervalles quantiles Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Un mauvais exemple pédagogique! World population variable quantitative absolue représentée par variation de valeur, au lieu de variation de taille de symbole pas de date l'antarctique a disparu! limites de la carte? Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

13 Métadonnées Données sur les données Indispensable pour : Pour soi : gestion, archivage, capitalisation des données Pour les autres : la diffusion, l échange de données Pour tous : utilisation correcte, éviter mauvaises interprétations, respect des droits et responsabilités Normes de métadonnées cataloguage Logiciels de cataloguage : GeoNetwork OpenSource (FAO) : ISO 95, GeoSource (France : CNIG / DGME, basé sur GeoNetwork) : ISO 95 profil français, MDWeb (IRD, LIRMM, Cemagref) : ISO 95, ArcCatalog, Etc. Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Niveaux de métadonnées Découverte : identifier les données Thème Producteur Résumé Exploration : caractériser avec plus de détail les données et estimer leur utilité Usage interdit Étendue spatiale Mise à jour des données Résolution temporelle Utilisation recommandée Exploitation : ensemble des informations nécessaires pour intégrer les données dans un SI et les utiliser Dictionnaire des données : signification des champs, unités, etc. Format Système de coordonnées Encodage des caractères Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0

14 Quelques formats de données SIG Vecteur : Shapefile (ESRI) Mapinfo :.tab, mif/mid (format d échange) Arcinfo GML : Geographic Markup Language Raster : Format «image» avec world file :.jpg +.jpw.tiff +.tfw ou.twfx.gif +.gfw ASCII ASCII Grid ESRI ESRI Grid Bases de données géographiques : Geodatabase (ESRI) PostgreSLQ + PostGIS SQLite + Spatialite Utilitaires de conversion : Exemple d un Shapefile: communes.shp communes.dbf communes.shx communes.prj communes.sbn communes.sbx communes.xml communes.atx Géométrie Table attributaire Index géométrie Projection Index spatial des formes Métadonnées Index de jointure Exemple de worldfile: Résolution horizontale dans l unité de la projection Paramètre de rotation en x Paramètre de rotation en y Résolution verticale dans l unité de la projection Coordonnées {x,y} du pixel supérieur gauche GDAL/OGR : librairie libre (utilisée dans QGIS) ArcGIS : quelques formats d exportations pour les rasters, shapefile / kml MapInfo : Traducteur universel Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Quelques sources de données IGN : Licence Enseignement et Recherche Occupation du sol : MOS-Ecomos-Ecoline Atlas urbain UE CLC Globcover Données agricoles : Registre Parcellaire Graphique, Agreste, FAOSTAT MNT : BD Alti, SRTM, ASTER GDEM, GMTED, etc. Données sur l'eau en France : BD Carthage, BD LISA, etc., Banque Hydro Bassins versants : Hydrosheds (monde), CCM (UE) Données BRGM Données zonages réglementaires (Parcs naturels, Natura 000, Znieff, etc.) INPN Données administratives : GISCO (NUTS), Global Administrative Areas, etc. Données démographique : INSEE, GISCO (population à km²) Données OpenStreetMap Données cartes anciennes : Cassini (scan et numérisation forêts), Atlas routier Trudaine, Etat major, etc. Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 4

15 Quelques logiciels SIG Propriétaires ArcGIS MapInfo Geoconcept ENVI, Idrisi, ERMapper Libres Quantum GIS GvSIG GRASS SAGA Cartographie Géomarketing Traitements vecteurs, développement de modules personnalisés, conversion de format, etc. Traitement raster Télédétection Complémentarité! Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 Ressources La documentation des logiciels! Forums francophones: Liste de diffusion / site des logiciels Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 5

16 Cette présentation est inspirée de : Pierre BAZILE, Bases de données géographiques Opérateurs spatiaux en vecteur, UMR Structures et Systèmes Spatiaux (UMR S), Engref - Cemagref, décembre 004. Jean-Marc GILLIOT, Introduction aux Systèmes d Information Géographiques, Département SIAFEE, AgroParisTech, 009. Carlos A. FURUTI, CartographicalMapProjections, 0. Sylvain THERY, Introduction aux SIG, UMR Sisyphe, UPMC CNRS,005. Gérald WEGER, Cartographie Volume Sémiologie graphique et conception cartographique, ENSG, mars 999. Introduction aux SIG - Marie Silvestre - 0 6

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