Systèmes d'informations géographiques/Concepts

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Un système d'information géographique regroupe cinq composants majeurs :

• le réseaux informatique ; les SIG fonctionnent aujourd’hui sur une très large gamme d’ordinateurs des serveurs de données aux ordinateurs de bureaux connectés en réseau ou utilisés de façon autonome.
• Les logiciels de traitements ; les logiciels de SIG offrent les outils et les fonctions pour stocker, analyser et afficher toutes les informations. Principaux composants logiciel d’un SIG :
  • Outils pour saisir et manipuler les informations géographiques.
  • Système de gestion de base de données.
  • Outils géographiques de requête, analyse et visualisation.
  • Interface graphique utilisateur pour une utilisation facile.
• Les acteurs ; les acteurs sont d’abord un ensemble de professionnels veillant à la création, l'alimentation, la maintenance du SIG et le respect des règles d'utilisation(Géomaticiens, informaticiens, géographes...). Mais ces acteurs sont aussi et surtout tous les utilisateurs. Un Système d’Information Géographique (SIG) étant avant tout un outil, c’est son utilisation (et donc, son ou ses utilisateurs) qui permet d’en exploiter la quintessence. Les SIG s’adressent à une très grande communauté d’utilisateurs depuis ceux qui créent et maintiennent les systèmes, jusqu’aux personnes utilisant dans leur travail quotidien la dimension géographique. Avec l’avènement des SIG sur Internet, la communauté des utilisateurs de SIG s’agrandit de façon importante chaque jour et il est raisonnable de penser qu’à brève échéance, nous serons tous à des niveaux différents des utilisateurs de SIG.
• Les données locales (informations sur les objets et l’environnement)
• Les données spatiales (informations géographiques des objets) ; les données sont certainement les composantes les plus importantes des SIG. Les données géographiques et les données tabulaires associées peuvent, soit être constituées en interne, soit acquises auprès de producteurs de données.

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• Composants du concept

Fonctionnement du concept

Les cinq composants s'articulent de la façon suivante :

1. conception du système ; de façon à ce qu’il permet d'organiser les données par composants géométriques et par attributs descriptifs ainsi que d’établir des relations entre les objets ;
2. acquisition ; saisie des informations géographiques sous forme numérique ;
3. stockage ; archivage des données géographiques ;
4. interrogation des données ; manipulation, traitement des données géographiques afin de répondre aux questions posées ;
5. mise en forme ; visualisation des données, cartographie, représentations virtuelles ;
6. prospective ; anticipation des phénomènes.

Conception du système

Il est avant tout essentiel de bien définir les besoins et d’en déduire les objectifs du projets et ses applications et de choisir les outils adéquats en tenant compte du contexte et de ses contraintes.

La conception du système passe ensuite par la définition des fonctions du produit ou du procédé, les normes de qualité, les procédures de contrôle et l’ensemble des fonctionnalités qui correspondent aux besoins.

La troisième étape vise à préciser quels seront les outils, techniques, logiciels, matériels, formations, normes et tests qui permettront d'assurer les fonctions définies dans l'étape précédente. Le projet peut enfin être réaliser et mit à disposition du client.

Acquisition des données

Un SIG ne peut fonctionner que s'il contient des données. À partir du moment où l’on a défini les informations nécessaires à notre besoin, il reste à régler la question du choix du mode d'acquisition des données : si les données existent déjà, les importer ou dans le cas contraire, les saisir.

L’acquisition des données est la phase la plus coûteuse dans la mise en place d’un projet SIG. Il y a donc tout intérêt à bien définir ses besoins et à comparer l’ensemble des données disponibles.

Importation des données

L'importation de données est la première manière d'acquérir des données. Les SIG offrent généralement trois types de moyens d'importer des données :

• importer une base de données structurée dans un format interne à un SIG. Ce moyen convient entre les SIG d'un même type mais est plus délicat entre des SIG de types ou de versions différentes.
• Importer un fichier « à plat », simple fichier textes contenant toutes les informations structurées de façon simple. Néanmoins un important travail de structuration des données est nécessaire pour coïncider avec la structure interne du SIG.
• Passer par une des normes d'échange disponible sur le marché. Ce troisième moyen est le plus économique à long terme.

Échange des données géographiques et normalisation

La normalisation dans le domaine de l'information géographique numérique a été justifiée par le besoin de partager et d'échanger des informations entre un émetteur et un récepteur.

La multiplication des formats de constructeurs a conduit le Conseil national de l'information géographique (CNIG) à mettre au point la norme EDIGEO. Cette norme française permet de transférer des données en mode vecteur, topologique ou maillé et de décrire la qualité des informations géographiques. Au niveau européen, il y a le CEN (Comité européen de normalisation). Au niveau international, la norme ISO vise aussi à faciliter les échanges de données. Une autre structure, l'Open GIS Consortium est chargée d'harmoniser les nomenclatures.

Création d'une base de données

La géométrie des objets provient essentiellement de vectorisation d'images existantes : fonds de carte, photos ou images satellites redressées. Mises comme fond d'écran en mode raster les objets peuvent être saisis à la souris ou bien installés sur une table à digitaliser, ils sont saisis avec un curseur. Pour passer une carte ou une photo en mode raster, on utilise un scanneur.

La numérisation consiste à suivre avec le curseur le contour d'un objet sur le document à numériser (carte sur table ou image à l'écran), en enregistrant les points caractéristiques (début, points intermédiaires, fin). Elle peut être issue de relevés GPS ou de la photogrammétrie. Le géocodage est une façon de créer des objets géométriques très utilisée en géomarketing. À partir de données sémantiques (n° de commune, adresse, etc.) associées à un enregistrement, le logiciel va rechercher dans une base de données existante la commune, la rue…noter les coordonnées géométriques (X, Y ou latitude, longitude) et positionner ainsi un nouvel objet géométrique. Un client est ainsi correctement positionné dans la bonne rue de sa commune. Après avoir numérisé la géométrie des objets, l'opérateur remplira selon ses besoins une fiche attributaire pour chaque objet, il entrera alors les données alphanumériques dites sémantiques.

Interrogation des données

Il existe un grand nombre de fonctions qui permettent d'analyser un ensemble de données géographiques. Peu de logiciels SIG les contiennent toutes. Par contre, des modules spécifiques, selon les besoins, peuvent compléter les logiciels généralistes.

L’analyse des données a pour but de les interpréter pour élaborer de nouvelles informations sur la zone traitée. Elle met en œuvre des méthodes quantitatives, souvent statistiques, d'interprétation des données. Les logiciels peuvent utiliser le langage SQL (Structured Query Language) qui est un langage de requête permettant de rechercher dans une base de données des informations répondant à des critères spécifiques. L’analyse thématique aboutit souvent à de la cartographie thématique.

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L’analyse des objets géométriques sert à mettre en évidence des propriétés liées à la géométrie des objets. On y retrouve les requêtes topologiques qui ont trait à la proximité, au rapport des objets avec leurs voisins : intersection, inclusion et « buffer » (opération qui consiste à évaluer la proximité entre plusieurs objets).

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Il est fréquent de passer par des étapes de modification des données d'origine, de découpage ou de regroupement des objets de même type avant d’avoir une image correcte des phénomènes à étudier. Dans la plupart des cas, des développements informatiques ou bien des modules complémentaires permettent d'effectuer des analyses complexes. Elles s'appuient alors sur des bases de données spécifiques. Ce type d'analyse donne toute son utilité au système d'information géographique. Le calcul d'itinéraire est un exemple d'analyse qui s'appuie sur la géométrie du réseau et sur les informations descriptives : sens de circulation, nom de rue, adressage… permettant de déterminer le trajet entre une adresse de départ et une adresse d'arrivée.

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Mise en forme : Cartographie

Afin de créer des cartes, les données sont ensuite organisées de la façon suivante:

Un affichage sous forme de couches d'information

Un SIG contient généralement plusieurs sortes d'objets géographiques qui sont organisés en thèmes que l’on affiche souvent sous forme de couches. Chaque couche contient des objets de même type (routes, bâtiments, cours d'eau, limites de communes, entreprises,...). Chaque objet est constitué d'une forme (géométrie de l'objet) et d'une description, appelé aussi sémantique.

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L'affichage des objets

Les systèmes d’information géographique exploitent deux différents types de modèles géographiques :

• Le modèle vecteur (ou vectoriel). Dans le modèle vecteur, les informations sont regroupées sous la forme de coordonnées x, y. Les objets de type ponctuel sont dans ce cas représentés par un simple point. Les objets linéaires (routes, fleuves…) sont eux représentés par une succession de coordonnées x,y. Les objets polygonaux (territoire géographique, parcelle…) sont, quant à eux, représentés par une succession de coordonnées délimitant une surface fermée. Le modèle vectoriel est particulièrement utilisé pour représenter des données discrètes.
• Le modèle raster. Le modèle raster, quant à lui, est constitué d’une matrice de points pouvant tous être différents les uns des autres.

Il s’adapte parfaitement à la représentation de données variables continues telles que la nature d’un sol… Chacun de ces deux modèles de données dispose de ses avantages. Un SIG moderne se doit d’exploiter simultanément ces deux types de représentation.

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La description des objets sémantiques

À chaque objet est attribuée une fiche contenant des informations de type alphanumérique. Ces informations décrivent l’objet (nom de la ville, numéro INSEE de la commune, type de l'occupation du sol,...). Ces fiches permettent de stocker des informations qui décrivent les objets : le contenu dépend des besoins du projet.

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L'organisation des données descriptives et géométriques sous GéoConcept : http://seig.ensg.ign.fr/IMAGES/FP15/FP15_4.gif

Aspects économiques et juridiques

Aspect économique

La particularité des SIG est que la diversité des coûts est très importante: étude des besoins, le matériel (hardware), les logiciels (software), la maintenance, la constitution ou la mise à jour de bases de données, la formation du personnel,… Les données constituent l'élément central d'un SIG et leur coût est très variable d'un SIG à l'autre compte tenu de l'étendue du territoire concerné et de la diversité des applications. Le coût d'acquisition des données peut représenter jusqu'à 60 % du coût total du SIG.

Aspect juridique

La législation en vigueur est en pleine évolution, tant au point de niveau français qu'européen. Les éléments ci-dessous ne sont donnés qu’à titre indicatif. Les données géographiques, les cartes et les bases de données sont protégées par :

• le droit de la propriété intellectuelle (droit d'auteur), la mise en forme des données (structure) doit présenter un caractère d'originalité. Le chef de projet devra s'assurer auprès de l'auteur qu’il est autorisé à reproduire tout ou partie de l'œuvre de celui-ci.
• le droit économique (droit sui generis) permet de protéger les données en raison de l'investissement substantiel qui a permis de les produire. Le droit sui generis permet de protéger le contenu de la base et non plus sa seule structure. Ces deux protections sont cumulables ou peuvent être indépendamment invoquées.

Toute concession de droits d'utilisation de données géographiques accordées par un fournisseur à un tiers doit faire l’objet d'un écrit (contrat ou licence) et ce quel que soit le mode de protection s'appliquant aux données. Le contrat ou la licence doit prévoir la nature des droits cédés (exemple: possibilité de traitement des données), l'étendue des droits (exemple : la zone géographique), la destination des données (exemple : interne, externe, sur serveur, etc.), la durée de la concession et la rémunération de l'auteur.

Notes et références

• http://seig.ensg.ign.fr/