Sig chap-3-2010 2011

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Systèmes d’Information à Référence Spatiale Dorra Ben Ayed & Sami MEZGHANI

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Systèmes d’Information à Référence Spatiale

Dorra Ben Ayed & Sami MEZGHANI

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Chapitre 3Les fonctionnalités du système

d’information à référence spatiale(les 5 A)

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Sommaire

IntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’Analyse L’Affichage

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Introduction (1)

En informatique, une chaîne de traitements est définie comme «« un ensemble de travaux «enchaînés» exécutés à la suite les uns des autres et considérés comme une partie d'une application »»

En géomatique, on peut décrire ces travaux «enchaînés» par cinq étapes essentielles que l’on surnomme les cinq « A »:

Abstraction, Acquisition, Archivage, Analyse et Affichage

Ces termes résument les fonctionnalités que tous les systèmes doivent assurer mais cachent leur diversité : différents modèles mis en oeuvre, nombreuses applications, présentations multiples des données, variété des informations et capacités de stockage.

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Introduction (2)

Cette chaîne de traitements doit être réalisée dans l’ordre pour amener les données spatiales àproduire une information répondant à un besoin.

Cette chaîne de traitements est néanmoins un processus itératif puisqu’il est possible qu’au cours de la réalisation d’une étape, qu’il soit nécessaire de reprendre en totalité ou en partie une étape antérieure pour permettre une bonne continuité de la chaîne.

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Sommaire

Introduction

L’AbstractionL’AcquisitionL’ArchivageL’Analyse L’Affichage

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L’Abstraction (1)

En philosophie, l’abstraction est définie comme : la démarche de l'esprit qui consiste, au cours d'un raisonnement, àéliminer les aspects les moins pertinents de la réflexion pour ne considérer que ceux qui sont essentiels.

L’abstraction permet de définir le modèle qui servira à représenter le plus fidèlement possible le territoire en définissant les caractéristiques et les relations des objets le composant.

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L’Abstraction (2)

La figure suivante illustre bien la complexité de l’étape de l’abstraction à définir les relations entre les objets du monde réel

Si la personne illustrée souffrait de diarrhées

fréquentes

un autre spécialiste peut voir d’autres facteurs comme:

• la météo des derniers jours,• la proximité de l’usine,• la consommation hebdomadaire de poissons nageant dans une rivière contaminée

un expert en eau potable pourrait vouloir effectuer :• des analyses de l’eau du puits

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L’Abstraction (3)

Pour effectuer l’abstraction, ces spécialistes créeront chacun un modèle de la réalité en fonction de leurs besoins, qui ne sont pas les mêmes.

chacun définira ou modélisera des objets du monde réel d’une façon différente et avec un niveau d’abstraction différent

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L’Abstraction (4)

Les points importants pour l’élaboration d’un modèle abstrait :

identifier de manière la plus exhaustive possible les éléments du monde réel devant être étudiés;

caractériser pleinement les données à acquérir(données descriptives);

déterminer les relations d’interdépendance(spatiale ou non) entre les éléments du monde réel;

impliquer dès le début du processus de modélisation tous les intervenants et utiliser un langage commun connu et reconnu par tous.

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L’Abstraction (5)

Ces choix sont effectués:En fonction d’objectifs à atteindre ou plus généralement En fonction des problématiques à résoudre.

Le monde réel est ainsi modélisé en fonction des besoins, ce qui permet de définir précisément le contenu du système.

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L’Abstraction (6)

La modélisation doit prendre en compte les objectifs attendus du système d’information.

Pour cela les méthodes utilisées pour la réalisation des systèmes d’information « classiques » sont valables.

Un exemple de modèle d’abstraction est celui utilisé par les modèles conceptuels de données (MCD), qui permettent de représenter graphiquement les objets, leurs caractéristiques et leurs relations.

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Les voies de communicationd’un territoire

moyens de communication terrestre existants entre deux lieux quelconque du territoire,

Cas 1

Cas 2

peuvent aussi exprimer simplement que l’on peut aller d’un point à un autre

Exemple d’une abstraction

L’Abstraction (7)

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Les voies de communicationd’un territoire

moyens de communication terrestre existants entre deux lieux quelconque du territoire,

Cas 1

Cas 2peuvent aussi exprimer simplement que l’on peut aller d’un point à un autre

L’Abstraction (8)

Exemple d’une abstraction

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Les voies de communicationd’un territoire

Dans ce cas il sera important de connaître:•les différents tronçons de route,•leurs caractéristiques physiquespermettant d’estimer leur capacitéde trafic

Cas 1 Cas 2

alors que dans ce second cas il faut mettre l’accent sur l’existence même de la voie de communicationindépendamment de sa nature(chemin sentier voies ferrées ou autres)

moyens de communication aller d’un point à un autre

L’Abstraction (9)

Exemple d’une abstraction

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Les voies de communicationd’un territoire

Dans la première approche, chaque route sera décrite par plusieurs tronçons jointifs. Un tronçon correspondra à une partie de la route le long duquel les renseignements attributaires sont constants.

Un nouveau tronçon devra être créé chaque fois que l’une descaractéristiques changera.

Cas 1 Cas 2

Dans la deuxième approche seule l’information sur l’existence d’uneroute entre deux lieux est importante.

On aura donc un tronçon chaque fois que deux points du territoire seront reliés par une route directe.

moyens de communication aller d’un point à un autre

L’Abstraction (10)

Exemple d’une abstraction

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Les voies de communicationd’un territoire

Cas 1moyens de communication

Cas 2aller d’un point à un autre

la gestion du réseau calcul d’itinéraire

Le choix d’une des deux modélisations est intimement liéaux objectifs assignés au système d’information.

L’Abstraction (11)

Exemple d’une abstraction

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L’Abstraction (12)

Exemple d’une abstraction

Prenons l’exemple de la mise en place d’un circuit touristique lié au patrimoine historique d’un pays :

des bornes interactives situées dans les gares et syndicats d’initiatives permettent de constituer un circuit selon un thème et son moyen de locomotion.

On représente tous les lieux pouvant accueillir des touristes, reliés par des axes de communication afin que le voyageur puisse choisir son mode de transport en fonction du temps dont il dispose

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Sommaire

IntroductionL’Abstraction

L’Acquisition L’ArchivageL’Analyse L’Affichage

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Acquisitiondes données géographiques

Un SIG ne peut fonctionner que s'il contient des données.

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 àcomparer l'ensemble des données disponibles.

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Définition :L’acquisition des données géographiques consiste au regroupement de diverses sources permettant la saisie des données géographiques dans le but de leurs intégration dans un système à référence spatiale.

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Acquisitiondes données géographiques

A 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 importerou dans le cas contraire, les saisir.ou les acquérir auprès des organismes nationaux et internationaux

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Il existe des organismes nationaux ou internationaux producteurs ou revendeurs :

de données de références : IGN (Institut Géographique National), INSEE (Institut National de la Statistique et des Études Économiques), DGI (Direction Générale des Impôts) MEGRIN (Multipurpose European Ground Related Information Network) TéléAtlas, Spot Image, Michelin, …

de données thématiques : INSEE, SHOM (Service Hydrographique et Océanographique de la Marine), IFEN (Institut Français de l’Environnement), Météo France, Médiapost, concessionnaires de réseaux, IGN, observatoires régionaux (Système d’Information Régional) …

Il existe des producteurs locaux, cabinet de géomètres, sociétés de services, service de l’Etat, collectivités territoriales, concessionnaires de réseaux, SIR …

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Mode d’Acquisitiondes données géographiques

Les SIG offrent généralement trois types de moyens d'importer des données :

importer une base de données structurée dans un format interne àun 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.

Si les données existent déjà, les importer :Import de fichiers

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Si les données n’existent pas:il faut créer une base de données

Numérisation de nouvelles couches de données

Mode d’Acquisitiondes données géographiques

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Levés topographiquesPhotos aériennesImages satellitairesGPSDigitalisationScannage de plans

Mode Mode dd’’acquisition acquisition ( Par Numérisation de nouvelles couches de données)

Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Levés topographiques :Théodolite

Cet appareil permet d’obtenir le tracé de proche en proche à partir d’un point de référence

Mode d’acquisitiondes données géographiques

Un théodolite est un instrument de géodésie complété d’un instrument d’optique, mesurant des angles dans les deux plans horizontal et vertical afin de déterminer une direction. Il est utilisé pour réaliser les mesures d’une triangulation ( mesure des angles d’un triangle).

fonctionnalités offertes pour ajuster et régler les mesures

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Utilisation sur terrain

Levés topographiques

Les géomètres vont sur le terrain et utilise la lunette visée permettant de mesurer des distances et des angles horizontaux et verticaux.

Mode d’acquisitiondes données géographiques

L'appareil peut enregistrer un code en plus de la position d'un point. Le code permet d'identifier le point relevé, ce qui facilite le travail de dessin à l'ordinateur.

Toutes sortes d'objets peuvent avoir leur code (coins, portes de bâtiments, trottoirs, tampons, fossés, etc.)

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Ensemble de clichés effectués à plusieurs kilomètres d’altitude

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Photos aériennes

Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Photos aériennesExemple de canevasde photos aériennes

L’ensemble de clichés fusionnés permet d’obtenir une photo complète d’une zone

Les clichés photographiques obtenus nous permettent de déterminer les coordonnées et l’altimétrie des points

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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exemple de cliché

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

Photos aériennes Laser range scanning

Laser scanningde la ville de Lyon

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Images satellites

Les satellites d’observation de la terre, fournissent des données transmises sous forme d’images numériques en mode raster.

Les données doivent subir certains traitements rectificatifs avant de les intégrer dans un SIG

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

Images satellites Ikonos

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Global Positioning System : GPS

Le système GPS permet le calcul àl’aide des stellites la position (coordonnées avec une précision de quelques centimètres voire même quelques millimètres )

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Nombreuses application (ex : navigation routière assistée)

Objectif initial militaire mais ouverture civile en 1993

Qui indique à un utilisateur :

24h/24 et partout dans le monde

sa position précise en 3D (latitude, longitude et altitude)

l’ heure universelle UTC avec une très grande précision

sa direction et sa vitesse

GPS: système de positionnement global par satellite

Global Positioning System (GPS)

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Digitalisation•La digitalisation est adaptée à la représentation vectorielle.

•Ce mode de saisie permet de conserver la précision des informations présentes dans le document de base.

•La digitalisation est un travail long et coûteux.

•De plus un traitement préalable sur les document de base peuvent s’avérer nécessaire si ceux ci sont trop chargés

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Scannage de plans

• Convient parfaitement à la représentation raster.

• Ce mode de saisie est rapide et peu coûteux L’inconvénient de cette méthode est la retranscription des erreurs dues au support d’origine (déformation du papier, épaisseur du trait, …)Si la donnée est scannée et géo-référencée c’est de la donnée «raster »

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Mode d’acquisitiondes données géographiques

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Sommaire

IntroductionL’AbstractionL’Acquisition

L’Archivage ou AssemblageL’AnalyseL’Affichage

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L’Archivage ou L’Assemblage (1)

Le SIG sert à stocker les données et à les mettre à la disposition des utilisateurs du système

Serveur

Système de sauvegarde

BDBDConsultationet mise à jour

utilisateurs

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L’Archivage ou L’Assemblage (2)

Objectifs :Centraliser les données de manière norméeRelier ces données les unes aux autresPermettre leur diffusion

Intérêts :assurer la cohérence et l’intégrité des donnéespartager les basessimplifier leur mise à jour

Dépend:

de l’architecture du logiciel avec la présence intégrée ou non d’un Système de Gestion de Base de Données (SGBD)

relationnel ou orienté objet.41

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Sommaire

IntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’Archivage

L’AnalyseL’Affichage

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L’Analyse (1)

Importance de l’intégration de différentes données dans un système d’informationDe la simple superposition de couches ‐ sans qu’elles entrent en interaction …

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au croisement des couches ‐ avec création de nouvelles informations

L’Analyse (2)

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Principales méthodes d’analyse

a) Requête sémantiqueb) Requête géométrique et analyse spatialec) Analyse thématique et statistique

L’Analyse (3)

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Principales méthodes d’analyse :a) Requête sémantique

Les requêtes sémantiques travaillent sur la composante descriptive de l’information géographique. Elles interrogent les données attributaires en utilisant le langage SQL commun aux SGBD.Sélection d’objets en fonction d’un ou plusieurs attributs au sein d’une même couche de données : Opérateurs : >, <, ≤, ≥, =, ≠ ; and, or

L’Analyse (4)

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a) Requête sémantiqueExemples :

Création de nouveaux attributs en fonction des attributs existants. Ces requêtes permettent de répondre à des questions du type :

Quelles sont les communes dont la population ≥ 2 000 hab. ?Quelles sont les communes appartenant à cette structure intercommunale et dont la population est ≤500 hab. ?Quelles sont les parcelles qui sont occupées par du bâti ou des infrastructures routières ?Calculer la densité de population des communes en fonction des attributs existants (population et surface)

L’Analyse (5)

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a) Requête sémantiqueExemples : Utilisation d’opérateurs relationnels

Sélection d’objets en fonction d’un ou plusieurs attributs et àpartir de 2 couches de données

Jointure de tables en fonction d’un attributCes requêtes permettent de répondre à des questions du type :

Quels sont les espaces verts (I couche) dont la surface est supérieure à 2 ha dans les communes (II couche) dont la population et supérieure à 50 000 ? (attribut commun aux 2 couches : nom de commune)

L’Analyse (6)

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Principales méthodes d’analyse :b) Requête spatiale

On distinguera des outils géométriques simples et des outils d’analyse spatiale

Calculs de distanceCaractéristiques géométriques des objets (mode vecteur uniquement)

Ils permettent de répondre à des questions du type :Quelle est la longueur de cette rivière ?Quelle est la distance entre un arrêt de bus et une école ou entre la rue et un bâtiment ?

L’Analyse (7)

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Principales méthodes d’analyse :b) requête spatiale

Algèbre de cartes : opérateurs algébrique réservé au mode raster fonctions locales

Utilisation d’opérateurs topologiques :mode vecteur

et vecteur + raster

L’Analyse (8)

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b) requête spatialePrise en compte d’un environnement réduit

Fonctions zonales :opérations effectuées sur une zone irrégulièreExemple: Classification; calcul de la surface ou de périmètre d’une classe

Fonctions focales : opérations effectuées sur une cellule d’une couche raster en utilisant les valeurs du voisinageExemple : Filtres spatiaux en télédétection; calcul des pentes ou d’exposition sur un MNT (modèle numérique de terrain)

L’Analyse (9)

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méthodes d’analyse : b) requête spatiale

Prise en compte d’un environnement généralFonction d’optimisation ex le plus court cheminSimulation de propagation d’un phénomène

exemple écoulement Interpolation

L’Analyse (10)

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Algèbre de cartesUtilisation d’opérateurs algébrique :

Arithmétiques : +, ‐, *, /Logiques : and, orRelationnels : >, <, ≤, ≥, =, ≠

Réservé au mode rasterFonctions locales : de pixel àpixelMais aussi plus complexes : trigonométrique, statistiques, exponentiels…

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L’Analyse (11)

b) requête spatiale

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Principales méthodes d’analyse : b) requête spatialeModèle Numérique de Terrain

Représentation numérique des variations continues du reliefTrès souvent en mode rasterIl existe une gamme de fonctions intégrées dans certains logiciels SIG qui permettent de dériver du MNT(modèle numérique de terrain) certaines caractéristiques du terrain comme la Altitude Pente Exposition Ombrage pente, l’exposition, la visibilité, la rugosité du terrain, les directions d’écoulements etc.

L’Analyse (12)

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Principales méthodes d’analyse : b) requête spatialePermet de résoudre des problèmes du type :

Quels sont les espaces dotés d’une pente entre 10° et 15°, et urbanisés ?Overlay entre la couche pente et occupation des sols

Déterminer les classes d’altitudes : Reclassification d’un MNT

Réaliser un modèle d’érosion : Suite de reclassifications et d’overlay entre les couches « géologie » et « pentes » et aussi« végétation » et « précipitations » avec prise en compte des paramètres du modèle

L’Analyse (14)

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Principales méthodes d’analyse : b) requête spatiale

Fonctions topologiquesUtilisation d’opérateurs de génération de nouveaux objets (ou géotraitements):

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L’Analyse (15)

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L’Analyse (16)

Principales méthodes d’analyse : b) requête spatiale

Géotraitements sur des vecteurs

On distingue essentiellementL’agrégationLe regroupementLe découpageL’intersectionL’unionLa jointure spatiale

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L’Analyse (18)

L’agrégation (Dissolve) (fusion)

Permet d’assembler des entités d’un thème, si la valeur du champ servant à l’agrégation est la même pour les entités.Le nouveau thème ainsi créé possédera les attributs du premier thème.

Le regroupement (Merge)

Permet de combiner les entités de 2 ou plusieurs thèmes.Les thèmes doivent être de même type de fichier de forme.

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Géotraitements sur des vecteurs

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Exemple Agrégation

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L’Analyse (19)

Le découpage (Clip)

Permet de découper une partie d’un thème d’entités ponctuels, linéaires ou surfacique en se basant sur l’extension spatiale d’un thème de polygones.

60

Géotraitements sur des vecteurs

L’intersection (Intersect)

Permet de créer un thème intégrant les objets de 2 thèmes, en ne conservantque les objets compris dans l’extension spatiale commune au 2 thèmes.Les attributs des objets du thème crééseront ceuxdes 2 thèmes intersectés.

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L’Analyse (20)

L’union (Union)

Permet de créer un nouveau thème contenant les entités de 2 thèmes de polygones ainsi que leurs attributs.

La jointure spatiale (Assign data by location)

Permet d’attribuer les données d’un thème àla table d’un autre thème, lorsque les entités partagent la même extension spatiale.

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Géotraitements sur des vecteurs

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Les buffers permettent de résoudre des problèmes du type :Quelles sont les bâtiments résidentiels exposées aux nuisances sonores importantes – ceux situés à 200 m de l’autoroute (à l’intérieur du buffer) ?Quelle est la population résidente dans la zone d’influence de mon magasin définie comme la zone située dans un rayon de 5 km autour du magasin ?

Buffers ou zones tamponsCréation d’objets en fonction de la distance.

Ils définissent des zones de proximité, de sensibilitéIls servent d’outils de sélection en

analyse spatiale avec d’autres opérateurs

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b) requête spatiale

L’Analyse (21)

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Principales méthodes d’analyse : c) Analyse thématique et statistiqueAnalyse statistique permet de caractériser les variables (moyenne, variance etc.)Analyse thématique utilise la composante graphique pour exprimer cartographiquement une caractéristique descriptive simple ou calculée.

Fonctionnalités de catégorisation et d’analyse de variableDébouchent directement sur une représentation graphique

Analyse thématique établie le lien entre l’information géographique et la représentation graphique

Au croisent entre les outils d’analyse et d’affichage

L’Analyse (22)

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Les outils d’analyse thématique permettent de résoudre des problèmes du type :

Représenter les tronçons de routes en fonction des traficsReprésenter la répartition de la population …

L’Analyse (23)

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Principales méthodes d’analyse : c) Analyse thématique et statistique

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L’Analyse (24)

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Principales méthodes d’analyse : c) Analyse thématique tabulaire et statistique

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Sommaire

IntroductionL’AbstractionL’AcquisitionL’AssemblageL’Analyse

L’Affichage

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L’Affichage (1)

Les systèmes d’information géographique sont utilisés pour restituer les données sous différentes formes :

• Cartes,• Graphiques,• Tables statistiques,• Ou tout autre fichier informatique exportable vers d'autres applications.

Affichage et restitution

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L’Affichage (2)

Carte de localisation

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L’Affichage (3)

Carte thématique

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L’Affichage (4)

Image

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L’Affichage (5)

Tableau

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L’Affichage (6)

Graphiques

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L’Affichage (7)

L’affichage (visuel) n’est pas la seule possibilité de communication offerte par les SIG.

Par extension on peut considérer les possibilités d’échangesentre systèmes différents comme une possibilité nouvelle d’affichage au sens communication d’information.

Différents SIG peuvent en effet utiliser des bases de données relatives au même territoire, et ainsi peuvent nécessiter des échanges de renseignements.

Cela nécessite des transformations de format prenant en compte les spécificités de chaque logiciel.

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