Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information

Ministère de l Agriculture et de la Pêche ÉCOLE NATIONALE d INGÉNIEURS des TRAVAUX AGRICOLES de BORDEAUX Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information François-Xavier Prunayre Organisation des structures et flux de données sous serveur spatial - 2oo1 -

Ministère de l Agriculture et de la Pêche ÉCOLE NATIONALE d INGÉNIEURS des TRAVAUX AGRICOLES de BORDEAUX 1, cours du Général de Gaulle 33170 GRADIGNAN MEMOIRE de fin d études pour l obtention du titre d Ingénieur des Techniques Agricoles Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information Organisation des structures et flux de données sous serveur spatial Prunayre, François-Xavier Maître de Stage : Matthieu Castagnet Option : AgroTIC (Technologie de l Information et de la Communication en Agronomie) Étude réalisée à : Générale d Infographie - 2oo1 -

Remerciements : Je tiens à remercier tout d abord mon maître de stage Matthieu pour son aide tout au long de ces 6 mois de stage. son ambiance agréable. Également merci à toute l équipe de la Générale d Infographie pour son soutien et Par ailleurs, j aimerai remercier l ensemble des personnes rencontrées sur le forum d Oracle Spatial et plus particulièrement David Miller et Dan Abugov pour leur aide et leurs nombreux conseils ainsi qu André Winter et Andréas Neuman de l université de Vienne pour leurs précieuses remarques et exemples concernant la technologie SVG. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 3

Résumé : Au cours des 5 dernière années, les Systèmes de Gestion de Base de Données ont montré de nombreux avantages dans le stockage des données géographiques tant au niveau de la consultation que du traitement et de l analyse. Après de nombreuses évolutions au niveau des structures de stockage des données définies par l OGC, le TC211 et le SQL/MM, le modèle objetrelationnel tant à s imposer pour le stockage de données vecteurs et RASTER. Les échanges de données entre serveurs spatiaux et applications s orientent vers des formats basés sur le XML : le GML pour les échanges et le SVG pour le rendu graphique de données vecteurs. Le stockage des données géographiques a conduit à l implémentation de nouvelles fonctions d indexation et d interrogation au niveau du langage SQL (SQL3/MM). Les opérateurs spatiaux mis en place viennent concurrencer les fonctions SIG en facilitant la liaison entre données sémantiques et données géographiques. L intégrité et l accès aux données sont assurés au sein des serveurs spatiaux par les fonctions classiques des SGBD (rôle, utilisateur, ) mais aussi par l apparition de la gestion des versions et la notion d espace de travail. Au niveau système, l architecture client-serveur est de plus en plus fréquemment remplacée par une architecture multi-tiers où la logique d application est répartie entre les différents services (visualisation, communication, traitement, donnée ). Du fait de leurs capacités, les serveurs spatiaux deviendront, dans les années à venir, la clé de voûte des systèmes d information géomatiques dans des environnements interopérables. Mots clés : Cartographie, Données géographiques, Échange de données, Géoservices, GML, Interopérabilité, Modèle objet-relationnel, Open GIS Consortium, Oracle Spatial, RASTER, Serveur spatial, SGBD, SIG, SQL/MM, SVG, TC211, Vecteurs, XML Titre en Anglais : Spatial data server implementation in Information System (structure and workflow managment characteristics) Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 4

Table des matières : 1. Structure de stockage des informations géographiques sous serveur spatial12 1.1 Du modèle relationnel au modèle objet-relationnel 14 1.1.1 Structure des types géométriques selon l Open GIS Consortium Geometry Model 14 1.1.2 Le modèle relationnel : Premier modèle utilisé dans les bases de données géographiques 15 1.1.3 Stockage au format binaire propriétaire : «Well Known Binary Format» 18 1.1.4 Le modèle objet-relationnel : Amélioration des performances et des structures de stockage 20 1.2 Comparaison des formats SIG classiques par rapport à celui d un serveur spatial (Oracle Spatial) 23 1.3 Les promesses du modèle objet-relationnel pour le stockage des données RASTER 25 1.3.1 Les problèmes liés aux données RASTER 25 1.3.2 Quelles sont les capacités actuelles des SGBD pour l exploitation des données RASTER? 25 1.3.3 Réalisation: Mise en place d une application de tuilage automatique d images géoréférencées sous Oracle 27 1.4 Les nouveaux formats d échange de données : Standard de l Open GIS Consortium 29 1.4.1 L échange de données géographiques et le GML : Geographic Markup Language 29 1.4.2 La cartographie vectorielle sur Internet et le SVG : Scalable Vector Graphics 35 2. Intégration, Manipulation et Analyse des données spatiales 42 2.1 Réalisation : Intégration de données vers le modèle objet-relationnel 44 2.1.1 Du modèle relationnel au modèle objet-relationnel : Catalogue d images satellites Apries2 44 2.1.2 D un modèle de données non normalisé vers le modèle objetrelationnel : Catalogue d images satellites GIB de l UEO 46 2.1.3 Intégration des différents formats SIG dans Oracle Spatial 49 2.2 L indexation spatiale 50 2.2.1 Les différents types d index 50 2.2.2 Quad-tree 51 2.2.3 R-tree (RTR) 53 Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 5

2.2.4 Choix du type d index selon les données 53 2.3 Relation spatiale et analyse spatiale 55 2.3.1 Analyse des relations spatiales grâce aux modèles des 9 intersections55 2.3.2 Principe de fonctionnement des opérateurs spatiaux SQL sous Oracle Spatial 58 2.3.3 Influence du type d index sur les performances des requêtes spatiales 59 2.3.4 Présentation des différents opérateurs géographiques sous serveur spatial 62 3. Mise en place des serveurs spatiaux en environnement Multi-Utilisateurs 69 3.1 Concept d espace de travail et de gestion des versions 71 3.1.1 Princ ipes 71 3.2 Interactions SIG / Serveurs Spatiaux 73 3.3 Interopérabilité et organisation des échanges de données spatiales 75 3.3.1 Interopérabilité entre les systèmes 75 3.3.2 De l architecture client-serveur à l architecture multi-tiers 75 3.3.3 Liaisons entre services 77 3.4 Architecture des Géoservices 81 3.4.1 EOSE modèle pour l information géographique 81 3.4.2 Recherche de données : les catalogues 82 3.4.3 Web mapping Testbed : exemple d applications basées sur les standards (SCOTS) en environnement Internet 82 3.5 Réalisations 84 3.5.1 SDO Viewer : Module de visualisation de données au format Oracle Spatial dans une architecture client-serveur 84 3.5.2 SVGib : Mise en place d un système de consultation d un catalogue basé sur une architecture multi-tiers 87 Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 6

Table des figures : Figure 1: Relation entre les efforts de normalisation ISO et OGC...13 Figure 2: Hiérarchie entre les différents types de géométrie...15 Figure 3: Les types de géométries primitives...16 Figure 4: Modèle pour le stockage des tables selon SQL92 (Type numérique)...16 Figure 5: Modèle de données pour le modèle relationnel sous Oracle...17 Figure 6: Modèle pour le stockage des tables selon SQL92 utilisant le format binaire...18 Figure 7: Représentation selon le Well-known Binary format selon le standard NDR (B=1) pour une géométrie de type polygone (T=3) ayant deux anneaux (NR=2) de trois points chacun (NP=3)...19 Figure 8: Principe de fonctionnement d ArcSDE...19 Figure 9: Les différents types de géométrie complexe supportés...20 Figure 10: Ordre des coordonnées d une géométrie au sein de l objet SDO_ORDINATES...22 Figure 11: Comparaison du format shapefile avec les différents structures de stockages sous Oracle Spatial...24 Figure 12: Structure du stockage des images géoréférencées avec GEOIMAGE...27 Figure 13: Interface de l application de tuilage en ligne...28 Figure 14: Module de visualisation...28 Figure 15: Contenu, Forme & Structure pour le format GML...30 Figure 16: Schéma de la balise <coord>...31 Figure 17: Schéma de la balise <coordinates>...32 Figure 18: Exemple de schéma d application : schfoo...33 Figure 19: Exemple d utilisation du schéma d application...34 Figure 20: Organisation d un document SVG...35 Figure 21: Exemple de structure SVG...36 Figure 22: Parcours d un fichier SVG du serveur au client...37 Figure 23: Fonctions natives du plugin d Adobe...37 Figure 24: Données Raster et SVG...38 Figure 25: Interface de SVGib...39 Figure 26: Processus de migration de données depuis le modèle relationnel...45 Figure 27: Données APRIES2...45 Figure 28: Mécanisme d insertion des géométries de type polygone...49 Figure 29: Quad-tree Hybride...51 Figure 30: Quad-tree Fixe...51 Figure 31: Visualisation des index avec Spatial Advisor...52 Figure 32: Concept de l indexation de type R-tree...53 Figure 33: Matrice des intersections selon le DE-9IM...57 Figure 34: Exemple : La matrice correspondant à deux polygones se chevauchant est de la forme «212101212»...57 Figure 35: Fonctionnement des requêtes...58 Figure 36: Temps d exécution de requête fonction du niveau de tuilage pour 2 calques de type ligne (1 & 2)...59 Figure 37: Effet de SDO_LEVEL sur les performances de SDO_RELATE...59 Figure 38: Comparaison des vitesses des requêtes RELATE et FILTER pour le calque COUNTRIES (Polygones) en fonction des différents types d index...60 Figure 39: Comparaison des vitesses des requêtes RELATE et FILTER pour le calque CITIES (Point) en fonction des différents types d index...60 Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 7

Figure 40: Comparaison entre index QTF et QTH...61 Figure 41: Comparaison entre index QTF et QTH pour de petite taille de fenêtre...61 Figure 42: Interface de recherche par pays...62 Figure 43: Comparaison des relations topologiques...63 Figure 44: Résultats des trois types de relations topologiques...63 Figure 45: Interface de recherche des plus proches voisins d une emprise...64 Figure 46: Recherche des 9 voisins les plus proches d une emprise sélectionnée...64 Figure 47: Reprojection avec Oracle Spatial (version 8 ou supérieure)...65 Figure 48: Buffer réalisé autour de la France...66 Figure 49: Résultat de la fonction SDO_CONVEXHULL pour l Europe...66 Figure 50: Opération d union, d intersection et de différence...67 Figure 51: Hiérarchie des espaces de travail...71 Figure 52: Point de sauvegarde au sein des espaces de travail...72 Figure 53: Interopérabilité...75 Figure 54: D une architecture 2-tiers à une architecture 3-tiers...76 Figure 55: Liaisons transparentes...77 Figure 56: Liaisons translucides...78 Figure 57: Liaisons opaques...78 Figure 58: Mise en place de systèmes interopérables d un point de vue technologique...79 Figure 59: Architecture des géoservices...80 Figure 60: Décomposition d un serveur de carte et définition des différents types de client...... 83 Figure 61: Interface de SDOViewer...85 Figure 62: Architecture du système Client-Serveur de SDOviewer...86 Figure 63: Architecture de SVGib...88 Figure 64: Structure de la table CS_SRS...99 Figure 65: Description du Lambert III...99 Figure 66: Modèle pour le stockage des tables selon SQL92 (Type binaire)...100 Figure 67: Exemple de polygones...101 Figure 68: Exemple de polygone violant les règles de l OGS Geometry Model...101 Figure 69: Exemple de multipolygone...101 Figure 70: Exemple de géométrie non représentable comme une seule instance d un multipolygone...101 Figure 71: Exemple de Modèle d'objet de Document (DOM) d une page web simple...105 Figure 72: Script PL/SQL d union de deux polygones...114 Figure 73: Script PL/SQL d intersection entre deux polygones...114 Figure 74: Script PL/SQL XOR (Ou exclusif) entre deux polygones...115 Figure 75: Script PL/SQL de différence entre deux polygones...115 Figure 76: Syntaxe pour la création des polygones convexes de Hull (plus petit polygone convexe englobant la géométrie)...115 Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 8

Table des tableaux : TABLEAU 1 : ELEMENT TYPE et INTERPRETATION associée...22 Tableau 2 : Valeurs des paramètres d indexation pour les différents index...51 Tableau 3 : Comparaison des deux grands types d index:...54 Tableau 4 : Bilan des connexions entre les logiciels SIG et Oracle Spatial...74 Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 9

Sur Internet, de plus en plus de serveurs et de services en lignes utilisés à des fins de visualisation et de partage de données géographiques se mettent en place. Cette mise en place ne se fait pas de manière anarchique car 3 organismes : l Open GIS Consortium (OGC), le comité technique pour la géomatique TC211 de l ISO et le SQL/MM déterminent les standards utilisés dans le domaine de la géomatique depuis une dizaine d années maintenant. Ces standards ont pour vocation d aider à la structuration et à l accès des données géospatiales contenues dans les serveurs spatiaux mais aussi à la confection des Systèmes d Information reposant sur ces serveurs de données particuliers. En effet, les serveurs spatiaux permettent de simplifier l architecture des systèmes en éliminant l architecture hybride des SIG actuel (données attributaires / données géographiques). Les Système de Gestion de Fichiers (SGF) aussi bien dans le domaine des données vecteurs que RASTER vont probablement connaître de fortes évolutions dans les années à venir. En effet, au sein des serveurs spatiaux l intégrité des données (partage données sémantiques et spatiales) est assurée via l utilisation de module de gestion des versions et de création d espace utilisateur. De tels modules sont nécessaires car les données géographiques sont par nature encombrantes et les transactions longues ; tout le contraire des données financières! Le serveur spatial n est pas simplement un système de stockage de données. Un grand nombre d opérateurs spatiaux permettent, via le langage SQL, d augmenter les capacités d analyse et d interrogation des données spatiales et attributaires. Mais outre cette meilleure organisation des données, le serveur spatial devient la clé de voûte des systèmes d information géomatiques et assure le partage des données entre les applications. Les serveurs spatiaux tout comme les Systèmes d Information Géographique (SIG) deviennent conformes aux standards. Désormais le nom, le format et la technologie du serveur de données n intéressent plus personne. C est l information qui transite et le (Géo)service offert Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 10

qui ont de la valeur. C est pour cela que la mise en place d un serveur de données spatiales doit respecter les règles lui permettant d être interopérable avec l ensemble des serveurs jalonnant le réseau. Ce respect des standards sera de plus en plus demandé dans les cahiers des charges des projet SIG. Comme pour les autres types de données, ce sont les protocoles de communication et les interfaces d accès et de traitement qui sont maintenant standardisées. Le présent mémoire s emploie à définir les différentes étapes de la mise en place d un serveur spatial au sein d un système d information à toutes les échelles : de la structure des données à l architecture du système opérant final. Il repose sur l expérience acquise à la Générale d Infographie où pour le moment aucun projet ne repose sur Oracle Spatial. Ce stage de fin d étude avait donc pour objectif la mise en place du serveur spatial Oracle Spatial 1 dans différents systèmes cartographiques basés aussi bien sur des architectures client-serveur classique que des architectures multi-tiers en réseaux Intranet ou Internet. Les exemples présentés tout au long de cet exposé reposent tant que faire ce peut sur les différentes réalisations de ce stage (Paragraphe appelé «Réalisation :»). Ainsi le lecteur découvrira tout d abord les différents modèles de données apparus depuis le début des années 90 ainsi que les tendances de ces dernières années aussi bien pour le stockage de données vecteurs que les données RASTER à des fins de stockage, d échange et de visualisation de données. Ensuite est abordé l ensemble des aspects d utilisation des données au sein des serveurs spatiaux (Intégration, Indexation spatiale, Interrogation des données). Enfin sont présentées les interactions entre les serveurs spatiaux et les autres composants des systèmes d information (SIG, Serveur de carte, Catalogue) dans la mise en place de Géoservices. 1 Oracle et Oracle Spatial sont des marques déposées de la société Oracle Corporation. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 11

1.STRUCTURE DE STOCKAGE DES INFORMATIONS GÉOGRAPHIQUES SOUS SERVEUR SPATIAL Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 12/12

La mise en place des modèles de stockage repose sur les travaux de l ISO (TC211 et SQL/MM) et de l OGC présentés dans la figure 1. Le comité technique TC211 de l ISO créé en 1994 a pour mission l instauration d un ensemble de normes de base dans le domaine de la géomatique. Les activités du TC211 sont davantage centrées sur les aspects conceptuels de l assemblage des bases de données. Le SQL/MM est axé sur la nécessité d une meilleure intégration des applications géospatiales au courant principal de la technologie des bases de données. Il traite de l interrogation, de l utilisation et de l extraction des données. L OGC constitué d environ 240 entreprises d origines différentes (Oracle, ESRI, Geoconcept, Sun Microsystem ) s occupe de l interopérabilité des données géospatiales c est-à-dire la synchronisation des technologies SIG avec les standards informatiques. ISO SQL/MM Langage commun Fonctions spatiales communes Organe d'archivage dictionnaire API (OGDI) Niveau Conceptuel Niveau Logique Niveau Physique Niveau Application TC211 de l'iso: Méthodes de modèlisation Entités spatiales et opérateurs Métadonnées Définition des services OGC Procédures communes Interfaces de services Conformité COM/CORBA Java et OLE Figure 1: Relation entre les efforts de normalisation ISO et OGC L objectif de cette section est de présenter les différents modèles de stockage et d échange de données vecteurs 2 et RASTER. Seront abordés aussi bien le stockage des données au sein des serveurs spatiaux que les formats d échanges basés sur le XML entre les serveurs et les applications. De plus, seront comparés ces modèles de stockages par rapport aux formats SIG classiques en terme de taille. présentés. 2 Les formats de stockage non conforme aux normes OpenGIS tel que celui de Sybase ne seront pas Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 13

1.1 Du modèle relationnel au modèle objet-relationnel Depuis 1996, les travaux réalisés par l OGC, le TC211 et le SQL/MM ont défini les normes capables d assurer le stockage, l accès, l interrogation et la mise à jour de données spatiales par l intermédiaire de l interface ODBC. En Mai 1999, 2 standards SQL ont été définis par l OGC dans le document Open GIS Simple Features Specification For SQL Revision 1.1 : la norme appelée SQL 92 : o stockant les géométries en utilisant le format numérique SQL (using numeric types) o stockant les géométries en utilisant le format binaire SQL (using binary types) la norme appelée SQL 92 reposant sur des types géométriques (SQL 92 with geometry types) Au sein de l environnement SQL 92, une colonne contenant des valeurs géométriques est mise en place comme clé étrangère dans une table. Une géométrie est stockée dans un ou plusieurs enregistrements de cette table en utilisant soit des données de type numérique, soit des données de type binaire. Le modèle de donnée utilisé dans ce cas est de type relationnel. La notion SQL 92 avec type géométrique s explique car elle étend les capacités de l environnement SQL 92. En effet les géométries sont stockées dans une colonne dont le type est issu d un groupe de géométrie de référence. Ce groupe de géométrie standard repose sur l OGC Geometry Model présenté ci-dessous. Dans ce cas, le modèle de données mis en place est de type objet-relationnel. 1.1.1 Structure des types géométriques selon l Open GIS Consortium Geometry Model Ce modèle définit les relations entre les différents types géométriques ainsi que les fonctions d interrogations SQL applicables sur ces géométries. Dans cette section, seront décrits les différents types de géométrie. Dans sa conception, ce modèle se veut indépendant de la plateforme d utilisation. Il décrit les caractéristiques des différentes entités géographiques. Une entité géographique est définie comme «un phénomène du monde réel possédant une position sur la Terre». La classe représentant l entité géographique de référence est appelée «geometry». Elle n est pas instanciable et possède une sous-classe pour chaque type de géométrie (points, courbes, surfaces et collections). Elle est associée avec un Système à Référence Spatiale (SRS) décrivant l espace des coordonnées dans lequel l objet géométrique est défini. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 14

Figure 2: Source :(OpenGIS Simple Features Specification For SQL Revision 1.1) Hiérarchie entre les différents types de géométrie Un certain nombre de méthodes (cf. annexe 1) a été défini afin d être capable de déterminer les propriétés de chaque géométrie. Il faut noter également que pour le moment l OGC Geometry Model ne définit pas les caractéristiques des objets 3D. A partir de l OGC Geometry Model, 3 modèles de stockage de données spatiales au sein des SGBD ont été implémentés : le modèle relationnel stockant les données en utilisant le format numérique le modèle relationnel stockant les données en utilisant le format binaire le modèle objet-relationnel stockant les données géographiques en utilisant le format SQL 92 utilisant des types géométriques. La description de ces modèles présente l organisation des données géographiques au sein des serveurs spatiaux et permet de comprendre pourquoi aujourd hui le modèle objetrelationnel tend à s imposer. 1.1.2Le modèle relationnel : Premier modèle utilisé dans les bases de données géographiques La principale raison de l apparition des serveurs spatiaux est le besoin d améliorer la liaison entre données géographiques et sémantiques. Pour réaliser cela, le modèle relationnel a été le premier modèle utilisé ; celui-ci reposant uniquement sur des types de données numériques. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 15

a.support des «types primitifs» de géométrie Ce modèle permet le stockage des géométries nommées «géométries de type primitif», c est-à-dire les points, les lignes et les polygones. Point Ligne Polygone Figure 3: Les types de géométries primitives b.description du modèle de stockage pour la norme SQL 92 utilisant le format SQL numérique L environnement, défini par la norme SQL 92, détermine un modèle de stockage des données géographiques et son système de référence mais ne définit aucune fonction SQL pour l accès, la mise à jour et l indexation des géométries. Chaque enregistrement de la table des entités géométriques («Feature») possède une ou plusieurs clés étrangères dans la table «Geometry». Elle contient également les attributs des données. Renseigne sur : l identité de la table «Feature» (Catalog, schema, name) le SRID (Système de référence : Spatial Reference System IDentifier) le type de la colonne géométrie l étendue des données l identité de la table contenant les géométries les informations permettant de se déplacer au sein de la liste de coordonnées (Nombre de coordonnées par ligne). Figure 4: (Source : OpenGIS Simple Featurres Specification For SQL Revision 1.1) Modèle pour le stockage des tables selon SQL92 (Type numérique) Renseigne sur : son identifiant le nom de l auteur l identifiant de l auteur le WKT décrivant le SRS (texte descriptif du SRS) Renseigne sur les coordonnées des géométries. ETYPE décrit le type de géométrie ESEQ identifie chaque élément d une géométrie SEQ permet d identifier les éléments composés de plusieurs lignes Coordonnées X, Y Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 16

La mise en place de ce modèle sous Oracle Spatial est présentée ci-dessous. c.description du modèle relationnel utilisé sous Oracle Spatial L implémentation au sein d Oracle Spatial du stockage des données géographiques selon un environnement SQL92 utilisant le type numérique repose sur une structure à 5 tables : une table d attribut (nom_calque) une table contenant des métadonnées (nom_calque_sdolayer) une table renseignant sur l étendue du calque (nom_calque_sdodim) une table contenant les coordonnées (nom_calque_sdogeom) une table contenant l index (nom_calque_sdoindex) Figure 5: Modèle de données pour le modèle relationnel sous Oracle Sous Oracle Spatial, les différents Systèmes de Référence Spatiaux sont placés dans la table MDSYS.CS_SRS. Quelque soit le modèle de donnée utilisé, la structure de la table des SRS est celle présentée en annexe 2. Le principal avantage du modèle SQL92 utilisant le type numérique est sa compatibilité avec l ensemble des SGBDR. Ainsi l ensemble des stratégies de stockages et d optimisation des données (répliquas, table partitionnée, base de données répartie) sont directement applicables sans modification du SGBD. Cependant l accès et la mise à jour des données restent lourds du fait de la structure de stockage à 5 tables. De plus, au niveau des fournisseurs de SGBD, le modèle relationnel ne fera l objet d aucune amélioration. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 17

1.1.3Stockage au format binaire propriétaire : «Well Known Binary Format» Le stockage des données géographiques selon le Well-Known Binary format (WKBF) permet l échange au format binaire entre un client ODBC et une base de données SQL. L encodage au format binaire des données de type numérique utilise les standards d encodage au format binaire (NDR et XDR). a.type de géométrie supporté Les types géométriques supportés sont les types primitifs présentés figure 3 et les collections d éléments. b.description du modèle de stockage pour la norme SQL 92 utilisant le format binaire La structure du modèle pour le format binaire (cf. annexe 3) est la même que pour le modèle relationnel. Seul change la manière de stocker les coordonnées. Les champs Xi et Yi de la table «Geometry column» sont remplacés par un champ WKB_GEOMETRY permettant le stockage des coordonnées au format binaire. Le stockage de l ensemble des coordonnées dans ce champ permet de stocker une géométrie par ligne et donc de simplifier l accès aux données. La structure des tables, stockant les géométries selon la norme SQL92 utilisant le format binaire, est représentée dans la figure ci-dessous. Elle regroupe : un identifiant (GID) les coordonnées du MBR Le champ contenant les géométries selon le WKBFormat (Source : OpenGIS Simple Featurres Specification For SQL Revision 1.1) Figure 6: Modèle pour le stockage des tables selon SQL92 utilisant le format binaire Stocker les coordonnées du rectangle englobant permet la création d index sans avoir à accéder à la structure même de la géométrie. Ainsi il est possible de réaliser un premier filtre basé sur l emprise de la géométrie à l aide du langage SQL. Cependant il n est pas possible d accéder aux valeurs des coordonnées de la géométrie via SQL. Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 18

c.exemple de stockage Figure 7: Représentation selon le Well-known Binary format selon le standard NDR (B=1) pour une géométrie de type polygone (T=3) ayant deux anneaux (NR=2) de trois points chacun (NP=3) La figure ci-dessus met en évidence la structure des données stockées au sein du format binaire. d.un format propriétaire exploité lors des débuts d ArcSDE d ESRI Ce format a été utilisé par ESRI lors d une liaison entre les SGBD et les différents produits ESRI (ArcInfo, ArcGIS, ArcIMS, ) via ArcSDE (Arc Spatial Da tabase Engine). ArcSDE réalise l ensemble des transferts de données géographique entre le SGBD et les applications SIG d ESRI. L ensemble des SGBD du marché sont utilisables avec ArcSDE (Oracle, Access, Informix, DB2 ). Cependant le format binaire empêche l exploitation de ces données par d autre application. Figure 8: Principe de fonctionnement d ArcSDE (source www.esri.com) Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 19

A l origine, le modèle de stockage selon le type binaire a été utilisé. Cependant la version actuelle d ArcSDE (v 8) est également capable d utiliser le modèle objet-relationnel au sein d Oracle Spatial présenté dans la section suivante. Ainsi, d autres applications capables de se connecter à Oracle Spatial peuvent exploiter le même jeu de données. Ce changement de politique vient du fait des meilleures performances du modèle objet-relationnel pour le stockage des données géographiques et de la plus grande interopérabilité vis à vis des multiples applications SIG. En effet aujourd hui de plus en plus de SIG sont capables de se connecter en natif aux serveurs spatiaux alors que pour réaliser la liaison entre un SIG ESRI et un SGBD, ArcSDE est nécessaire. Ce qui implique un coût supplémentaire. Cependant ArcSDE propose un certain nombre de fonctions qui ne sont pas encore intégrées dans l ensemble des serveurs spatiaux (gestion des version par exemple). La structure de stockage selon le Well-known Binary Format est une structure simple mais au format propriétaire. La création de lien entre les données sémantiques et spatiales est plus aisée que pour le modèle relationnel. Cependant la limitation du format binaire propriétaire rend l accès aux données par les applications plus difficiles De plus les SGBD n ont pas de fonctions SQL capable d analyser ces données directement. Il est donc nécessaire d avoir un intermédiaire comme ArcSDE pour assurer les échanges d informations. 1.1.4Le modèle objet-relationnel : Amélioration des performances et des structures de stockage Le modèle objet-relationnel rassemble les avantages du modèle relationnel et du modèle objet (héritage, encapsulation, ). Il a conduit à l apparition de Systèmes de Gestion de Base de Données Objet-Relationnel (SGBDOR). Actuellement, il a tendance à s imposer pour le stockage des données multimédia (image, son, vidéo et données géographiques). a.type de géométrie supporté Le modèle objet-relationnel supporte les types primitifs (cf. figure 3) supportés par les modèles précédemment étudiés et des types de géométrie complexes ci-dessous. Arcs Polygone d'arcs Polygone composé Ligne composée Cercle Rectangle Figure 9: Les différents types de géométrie complexe supportés Mise en place des serveurs spatiaux au sein des systèmes d information - Générale d infographie Août 2oo1 20