SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

1. SYS-866 Système d’information géographique et télédétection

2. Au menu - Cours 2 • Concepts de base

3. Définition • Un SIG est un Système informatique permettant, à partir de diverses sources, de rassembler et d’organiser, de gérer, d’analyser et de combiner, d’élaborer et de présenter des informations localisées géographiquement, contribuant notamment à la gestion de l’espace. Concepts

4. Le contenu des SIG • L’information géographique est : • géoréférée, c.-à-d. qu’elle possède une référence spatiale (coordonnées X,Y,Z) • numérique, même si certains auteurs considèrent qu’un système d’information peut très bien être non informatisé • visualisable : c’est l’idée de carte potentielle que l’on affiche, imprime sur demande Concepts

5. Le contenu des SIG • L’information géographique est constituée de couches d’information représentant les multiples faces de l’environnement social et physique, c’est l'image du millefeuille. Concepts

6. Le contenu des SIG Les SIG Source : Dao 2002

7. Le contenu des SIG • Les SIG sont des outils informatiques qui permettent de manipuler des données géoréférées. Les SIG comprennent 4 fonctionnalités de base: • la saisie - (numérisation des données). • le stockage (base de données graphiques et attributaires). • l’analyse (requête, modélisation, simulation). • la sortie (production de cartes, tableaux et graphiques, exportation et transfert de fichiers). Concepts

8. Terminologie • Des termes voisins sont également utilisés : • Géomatique • collecte de données, télédétection, mesures de terrain, relevé d’élévation, etc. • Système d'information à référence spatiale (SIRS) • terme en usage notamment au Canada • Système d'information du territoire (SIT) • cadastre, aménagement du territoire • Système d'information de l'environnement (SIE) Concepts

9. Disciplines reliée aux SIG Concepts Source : Dao 2002

10. Fonctions des SIG • Quelques questions auxquelles peuvent répondre les SIG : Concepts

11. Fonctions des SIG • COLLET & HUSSY (1995) établissent une distinction entre SIG de gestion et SIG d’exploitation • SIG de gestion : «… concernent les institutions publiques ou privées dont le rôle est de fournir une information à caractère spatial cohérente, fiable et actualisée ». • SIG d’exploitation : «… proposent un environnementde description (cartographie, animation, …) et d’analyse (interrogation, modélisation spatiale, simulation) ». Concepts

12. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

13. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection La réalité géographique est observée depuis l’Antiquité et mesurée depuis la période scientifique. Notre société dispose de moyens d’acquisition et donc d’un volume considérable de données descriptives. Il devient important de bien choisir et intégrer les données pertinentes. Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

14. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection La masse de données à traiter est si vaste qu’un humain ne peut la gérer. Il faut donc effectuer des synthèses pour dégager les faits significatifs et filtrer les interférences. La construction de modèles conceptuels peut permettre la représentation des faits. Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

15. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection Ces modèles permettent d’organiser la connaissance du monde réel, d’analyser les faits et de simuler le comportement des systèmes. La simulation permet de vérifier et de valider les hypothèses sous-jacentes. Les modèles perfectionnés fournissent des informations pertinentes et ciblées sur le système observé. Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

16. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection L’organisation structurée de ces informations peut ensuite être communiquée aux intéressés. Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

17. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection Cette démarche analytique est le propre de l’ensemble des disciplines scientifiques! L’apport des SIG est d’utiliser ce formalisme pour construire des versions informatiques des modèles évoqués. Donc de prendre en charge la transformation et le traitement des données pour produire une information significative et ainsi faciliter la prise de décision. Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

18. Le paradigme des SIG Réalité Données Observation et mesure Intégration et sélection Modèles Concepts Analyse et synthèse Simulation Comparaison et évaluation Décision Information Communication

19. Les composantes d’un SIG Concepts

20. Les composantes d’un SIG • Deux types de données inter-reliés: • Données spatiales (géobase) • Comporte la description des points, des lignes et des polygones représentant les entités spatiales (objets). Représentation de la structure géométrique du territoire. • Données thématiques • Tableaux spécialisés reliés aux entités spatiales par un lien (physique ou relationnel). Peut être remplacés par l’usage de couches thématiques (layers). • Rapidité de recherche vs facilité d’entretien vs espace de stockage Concepts

21. Données spatiales (géobase) • Varies en fonction de l’échelle • Échelle de 1:50,000 • maison est un point. • route ou rivière sont une ligne • forêt est un polygone • Échelle de 1:2,000 • maison est un polygone. • route ou rivière sont deux lignes • forêt est un polygone dont les parties et sous-parties sont mieux définies Concepts

22. Les composantes d’un SIG • Système de gestion de base de données (SGDB) • Saisir et entretenir les tableaux de données thématiques • Sélection et/ou extraction d’objets en fonction d’attributs thématiques Concepts

23. Les composantes d’un SIG • Système de gestion de données localisées (SGDL) • Numérisation des documents analogiques (cartes, photos …) • Gestion des systèmes de coordonnées (projection, unités, …) • Édition cartographique • Sélection d’objets selon leurs localisation Concepts

24. Les composantes d’un SIG • Les systèmes de gestion de base de données (SGDB) et de données localisées (SGDL) sont parfois suffisant pour mettre en place un système d'information du territoire (SIT). Par contre un SIG doit nécessairement comprendre des fonctions d’analyse complémentaire. Concepts

25. Les composantes d’un SIG • Fonctions d’analyse complémentaire • Traitement et analyse d’images de télédétection. • Analyse spatiale (locale), filtrage, orientation, pentes, patrons, textures, rehaussement … • Analyse statistiques des données • Univariée, bivariée et multivariée ; paramétrique et non paramétrique • Synthèse des données thématiques, relations mathématiques fonctionnelles Concepts

26. Les composantes d’un SIG • Fonctions d’analyse complémentaire • Analyse spatiale • Dérivation de règles expliquant la distribution géographique des faits • Caractérisation de l’espace • Généralisation des données localisées • Modèles de distribution géographique • Techniques d’auto-corrélation spatiale, d’interpolation numérique Concepts

27. Les composantes d’un SIG • Fonctions d’analyse complémentaire • Modèles et simulation • Modélisation et simulation des processus et de leur comportement spatial • Rarement intégrés dans le SIG car trop variés et trop spécifiques • Le SIG doit être « ouvert » • Soit permettre d’intégrer ses propres modèles • Soit permettre de transiter les données (exporter et importer) pour ensuite faire l’analyse spatiale Concepts

28. Les types de décision • Pour solutionner un problème ou régler un litige, deux ingrédients sont requis: • Des faits • Connus, universellement admis • Inconnus ou contestés • Des valeurs, des principes ou des croyances • Partagés par tous les intervenants • Contestés Concepts

29. Les types de décision Admises Concepts Valeurs Contestées Faits Contestés Admis Adapté de Berry (1993)

30. La représentation informatique • Représentation de l’espace géométrique • Le mode d’encodage varie d’un logiciel à l’autre • Les modes de représentation sont matriciel (rastré, maillé) ou vectoriel • La qualité des résultats, la précision de la localisation et la nature des traitements possibles varient aussi selon le mode de représentation Concepts

31. La représentation informatique • Représentation de l’espace géométrique • En y regardant de plus près, on discerne de plus en plus de détails, et ceci presque sans limite d’échelle • Représenter le territoire de façon très précise nécessiterait une base de données infiniment grande • Les données sont donc réduites à une quantité finie et manipulable Concepts

32. La représentation informatique • Réduction des données • Les variations géographique sont représentées par des éléments discrets ou des objets pouvant être traités par des moyens informatiques • Cette « conversion » se fait selon certaines lignes directrices Concepts

33. La représentation informatique • Le mode matriciel • Divise l’ensemble du territoire en une grille régulière de cellules (pixel) • Image formée de lignes et de colonnes • L’espace continu est donc partitionné en unités indépendantes qui ne contiennent qu’un seule valeur • Une image par thématique, donc beaucoup d’espace mémoire Concepts

34. Formats matriciel Concepts Source : Thériault 1996

35. La représentation informatique • Le mode vectoriel • Utile les concepts géométriques de points, de lignes, de polygones et de polyèdres (objets 3D) • Ne remplis pas nécessairement tout l’espace • Se concentre sur où il y a quelques chose • Discontinuité intrinsèque Concepts

36. Formats vectoriel Concepts Source : Thériault 1996

37. La représentation informatique • Modes matriciel vs vectoriel • Conceptuellement, le matriciel est plus simple • Analytiquement, le vectoriel est plus puissant • Le vectoriel permet de conserver précisément la localisation des objets • Partition fine de l’espace vs coordonnées réelles Concepts

38. La représentation informatique • Le matriciel simple (rastré) • Le format le plus élémentaire • Chaque cellule est codée avec une valeur numérique ou nominale (catégories) représentant le type dominant pour cet espace • Principale contrainte • Taille fixe des cellules • Trop petites = trop d’espace mémoire • Trop grandes = perte d’information • Trop grandes = masquage des particularités Concepts

39. La représentation informatique • Le matriciel simple (rastré) Concepts Source : Martin 1996

40. La représentation informatique • Le matriciel séquentiel (run-length) • Plus efficace lorsque plusieurs cellules voisines partagent la même valeur • Résultat de l’auto corrélation spatiale • Moins d’espace mémoire que le rastré Concepts

41. La représentation informatique • Le matriciel séquentiel (run-length) Concepts Source : Martin 1996

42. La représentation informatique • Le matriciel arborescent (quad-tree) • Subdivision « hiérarchique » du territoire • arbre quaternaire ou tétrarbre (3D) • Sépare en 4 sections et conserve les quadrants uniformes • Itérations jusqu’à l’obtention d’uniformité complète ? • Limité par la précision spatiale recherché • Stockage définitivement plus compact Concepts

43. La représentation informatique • Le matriciel arborescent (quad-tree) Concepts Source : Martin 1996

44. La représentation informatique • Les formats matriciels Concepts Source : Martin 1996

45. La représentation informatique • Attributs en mode matriciel Concepts Source : Dao 2002

46. La représentation informatique • Le mode vectoriel • Ensemble d’objets dotés de caractéristiques géométriques et thématiques • Trois types d’objets • Le point (sans dimension) • La ligne • Une ligne sinueuse est représentée par une série de lignes droites • La zone (surface) • Peut être représentée par l’ensemble des points la formant ou par un chaînage de segments Concepts

47. La représentation informatique • Le mode vectoriel Concepts Source : Dao 2002

48. La représentation informatique • Le mode vectoriel Concepts Source : Thériault 1996

49. La représentation informatique Concepts Source : Thériault 1996

50. La représentation informatique Concepts Source : Thériault 1996