Organisé en deux parties, ce cours présente les bases théoriques et pratiques des systèmes d’information géographique. - Il propose une introduction aux systèmes d’information géographique qui ne requiert pas de connaissances préalables en informatique - Il donne la possibilité d’acquérir rapidement les notions de base qui vous permettent de créer des bases de données spatiales et de fabriquer des cartes géographiques - Il s’agit d’un cours pratique qui repose sur l’utilisation de logiciels libres, notamment QGIS En somme, si vos études ou votre profession comprennent des activités liées à la gestion de territoires, à l’analyse d’objets distribués dans l’espace géographique (aménagement du territoire, biologie, santé publique, écologie, énergie, etc.), ce cours est fait pour vous! En suivant cette première partie du cours, vous explorerez les principes de base de la numérisation du territoire et du stockage des géodonnées. Vous apprendrez notamment à : - Caractériser des objets et/ou phénomènes spatiaux (modélisation du territoire) du point de vue de leur positionnement dans l’espace (systèmes de coordonnées et projections, relations spatiales) et en fonction de leur nature intrinsèque (mode objet ou vecteur vs. mode image ou raster), - Utiliser les diverses méthodes d’acquisition de données (mesure directe, géoréférencement d’images, digitalisation, source de données existantes, etc.) - Utiliser les divers modes de stockage des géodonnées – Fichiers simples et/ou bases de données relationnelles - Utiliser des outils de modélisation des données pour décrire et implémenter une base de données - Créer des requêtes dans le langage d’interrogation et de manipulation des données La seconde partie du cours portera sur les méthodes d'analyse spatiale et les techniques de représentation des géo-données. Vous apprendrez notamment à: - Analyser les propriétés spatiales de variables discrètes, par exemple en quantifiant l’autocorrélation spatiale - Travailler avec les variables continues (échantillonnage, construction de courbes d’isovaleurs, méthodes d’interpolation) - Utiliser les modèles numériques d'altitude et leurs dérivées (pente, orientation, etc.) - Utiliser les techniques de superposition de géodonnées et d'interaction entre elles - Produire des documents cartographiques selon les règles de la sémiologie graphique - Explorer d’autres formes de représentation spatiale (cartographie interactive sur internet, représentations 3D, etc.) La page https://www.facebook.com/moocsig fournit un forum interactif pour les participants à ce cours.
Mode vecteur et mode image
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En provenance du cours de École Polytechnique Fédérale de Lausanne
Systèmes d’Information Géographique - Partie 1
101 notes
À partir de la leçon
Numérisation - Modélisation du territoire: les éléments spatiaux et leurs caractéristiques
Cette première semaine traite du premier pas qu’implique la numérisation du territoire, à savoir la modélisation de ce territoire : quels sont les objets et/ou les phénomènes spatiaux à inclure dans le modèle en fonction des thématiques, des échelles, etc. Comment caractériser ces éléments, du point de vue de leur positionnement spatial (systèmes de coordonnées et projections, relations spatiales) et en fonction de leur nature intrinsèque (mode objet ou vecteur vs. mode image ou raster).
Rencontrer les enseignants
Stéphane Joost
Laboratoire de systèmes d'information géographique
Marc Soutter
Laboratoire de Systèmes d'Information Géographique
Fernand Koffi KouaméProfesseur
Centre Universitaire de Recherche et d'Application en Télédétection (CURAT) - Université Félix HOUPHOUET-BOIGNY d'Abidjan-Cocody (Côte d'Ivoire)
Amadou Sall
Département de Géomatique - Centre de Suivi Ecologique (CSE), Sénégal
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Bienvenue
à ce cours qui porte sur le mode vecteur et le mode raster qui
sont les deux grandes familles de représentation de la réalité géographique.
Lors de la première leçon de ce cours consacré aux principes généraux de la
modélisation du territoire, nous avions vu que l'espace géographique peut être perçu
sous la forme de phénomènes discrets décrits par des objets spatiaux ou
sous la forme de phénomènes continus décrits par une image ou par une grille.
Après un petit détour dans les deux dernières leçons par les éléments de
positionnement et de topologie,
nous allons dans la présente leçon revenir à ces deux modes de description
de la réalité géographique que sont le mode vecteur et le mode image ou raster.
L'objectif de cette leçon consiste donc à traiter la question de la
décomposition de l'espace géographique ou du territoire en objets élémentaires
dénommés unités d'observation qui peuvent être de nature irrégulière ou régulière.
Cette leçon doit nous permettre de caractériser les deux grands modes de
description du réel qui sont le mode vecteur et le mode image
et d'expliquer en quoi ils se différencient.
Dans cette leçon, nous allons aborder successivement le thème
des entités spatiales ou unités d'observation, la manière dont ces entités
sont utilisées dans une approche objet puis dans une approche image.
Nous parlerons ensuite des différentes dimensions des entités spatiales
avant de rebondir sur le thème de l'information spatiale.
[MUSIQUE] L'unité
d'observation est le support géométrique élémentaire de l'information géographique
ou la portion de l'espace géographique observée.
Cette unité d'observation est donc décrite par sa géométrie,
par exemple dans le cas d'un polygone par les coordonnées de ses sommets
et par une ou des propriétés thématiques.
L'unité d'observation a pour propriété majeure d'être indivisible,
ce qui signifie qu'elle ne peut se décomposer en sous-unités, pas plus qu'une
unité supérieure puisse être la somme d'unités qui la composeraient.
L'unité d'observation étant un élément du modèle de la réalité, son existence est
totalement définie par les propriétés que nous avons choisies pour la décrire.
Par quoi l'on veut dire que c'est le choix d'une propriété thématique, par exemple le
type de zone à bâtir ou la valeur du risque d'érosion qui va définir les unités
d'observation, avec comme conséquence importante que les unités d'observations
sont homogènes sur l'ensemble de l'unité et ce pour toutes leurs propriétés.
En effet, dans le cas de propriétés multiples, la superposition de formes
différentes de découpage du réel par exemple ici pour identifier des unités
d'observation qui seraient homogènes à la fois du point de vue typologie des zones à
bâtir et risque d'érosion, conduit à rechercher le plus petit dénominateur
commun et à démultiplier le nombre des unités d'observation.
Ces notions de dénominateur commun et de morcellement
sont particulièrement mises en évidence par l'exemple d'un réseau routier
dont les tronçons peuvent être décrits sur la base du volume de trafic, de la vitesse
autorisée ou de la largeur de voies avec dans chaque cas un découpage différent.
La définition des unités d'observation pour ces trois thématiques simultanément
conduit donc pour que chaque unité d'observation ou élément soit homogène
dans toutes ses propriétés à décomposer le réseau routier en créant une nouvelle
unité d'observation à chaque changement de l'un de ces paramètres thématiques.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Il est naturel de modéliser
en premier lieu et spontanément la forme d'un objet spatial par une représentation
géométrique en général simple de type ponctuel, linéaire ou zonal.
Ces géométries étant décrites par les coordonnées de leurs sommets dans un
système de référence.
Bien évidemment, selon l'échelle de représentation, les nuances de formes
peuvent perdre toute signification, si bien qu'un objet linéaire ou zonal
peut se réduire à un point et vice-versa lorsque l'échelle augmente à nouveau.
Ce type de description des entités spatiales correspond donc à une approche
objet et l'on parle d'unités d'observation
irrégulières car elles prennent toutes des formes différentes.
Le mode objet comprend implicitement une définition a priori d'entités spatiales
dont les limites ou les contours ont une réalité physique, comme les bâtiments,
une ligne de chemin de fer, le réseau routier ou les zones à bâtir.
L'agrégation spatiale d'unités d'observation de même nature comme ici
l'agrégation de zones à bâtir pour décrire l'affectation du sol correspond
à une définition a posteriori de régions possédant une même propriété thématique.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Les unités d'observation régulières résultent de la
décomposition de l'espace géographique ou du territoire selon une grille régulière.
Chaque élément constituant une maille ou cellule ou pixel, et l'on parle alors par
analogie avec la structure d'une image numérique d'approche image ou raster.
Pour chaque thématique, on affecte un attribut unique à chaque cellule.
Il y a donc autant de grilles appliquées que de thématiques à décrire.
Souvent, le contenu d'une unité d'observation régulière ou cellule n'est
pas vraiment homogène.
Par exemple dans le cas de l'occupation du sol.
La valeur prise alors par la valeur thématique correspond en principe à la
valeur dominante du pixel.
Mais cela n'est pas forcément le cas.
On voit par exemple qu'une telle approche ne permettrait pas dans l'image qui
est ici de rendre compte de la présence d'une ligne de chemin de fer.
Et l'on pourrait vouloir donner un poids plus grand à cette forme d'occupation du
sol pour faire ressortir cette infrastructure
même pour une grille relativement grossière, eu égard au phénomène étudié.
En mode image,
évidemment pas de définition d'objets a priori puisqu'il serait assez singulier
que des limites physiques d'objets s'alignent sur une grille régulière.
Par contre, on retrouve la notion de région définie
a posteriori par l'agrégation spatiale d'unités d'observation
de propriétés thématiques communes.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] Quel que soit le mode de discrétisation de l'espace géographique
adopté, les unités d'observation possèdent trois dimensions fondamentales qui sont
la dimension géométrique, la dimension thématique et la dimension temporelle.
La dimension géométrique recouvre les propriétés de position
et de voisinage des entités spatiales, c'est-à-dire la localisation,
la forme, la taille et la proximité.
En mode objet, l'unité d'observation est définie et localisée par les coordonnées
des points de son modèle géométrique.
Les autres informations sont pour la plupart extraites de celui-ci.
En mode image, les propriétés géométriques se réduisent à la résolution de la maille,
la localisation étant déduite du géoréférencement de la grille.
La dimension thématique englobe toutes les informations caractérisant la nature,
les propriétés ou l'état, et les fonctions de l'entité spatiale.
En mode objet, les attributs peuvent être multiples comme par exemple
l'état des constructions des parcelles, la nature de la toiture des maisons,
le taux de connexion à l'électricité, la densité de population,
le taux de motorisation aussi pour les motocyclettes, pour les voitures,
pour les charrettes, ou encore comme ici le plan de charge de circulation.
En mode image, l'attribut est unique et constitue la thématique de la grille comme
par exemple la densité de population, l'occupation du sol,
la photographie aérienne bêtement ou la carte nationale ou encore la géologie.
L'exemple qui est ici montre un plan d'ensemble,
donc une image à l'échelle du 5 000 avec différents bâtiments, routes, etc.
et une couche vectorielle de ces mêmes bâtiments.
L'outil d'interrogation de données lorsqu'il est utilisé pour cliquer sur un
de ces objets permet de constater que dans le cas du plan d'ensemble de l'image,
la seule information que l'on a, c'est les coordonnées du point cliqué alors que pour
la couche des bâtiments, on a des informations concernant la géométrie,
périmètre, surface, et le bâtiment, numéro et la désignation ici, un parking couvert.
Un autre exemple ici d'une barre d'immeubles ou pareillement,
pour le plan image, on a juste la coordonnée cliquée alors que pour la
couche vectorielle, une richesse d'informations beaucoup plus grande.
[AUDIO_VIDE] Nous avons donc traité successivement les trois
dimensions fondamentales caractérisant les entités spatiales, à savoir la
dimension géométrique, la dimension thématique, la dimension temporelle.
Ces dimensions peuvent être combinées entre elles.
Lorsque l'on associe dimension géométrique et dimension thématique,
on parle de dimension spatiale.
Et avec la dimension temporelle en plus, on parlera de dimension spatio-temporelle.
Comme exemple de cette dimension spatio-temporelle,
nous avons ici l'évolution de la densité de population dans
les différentes communes du canton de Vaux en Suisse au cours des années.
[MUSIQUE]
[MUSIQUE] La notion d'information spatiale
peut être vue comme l'élément constitutif des systèmes d'information géographique.
En effet, elle décrit une réalité localisée dans l'espace.
Elle exprime des propriétés géométriques et les propriétés thématiques et
temporelles associées, et finalement, elle caractérise une unité d'observation.
L'information spatiale peut être catégorisée selon
l'échelle de mesure et selon son origine.
Elle peut être nominale, ce qui permet d'identifier
et de différencier les unités d'observation, comme ici
différencier les différents districts des Seychelles sur la base de leurs noms.
Elle peut être ordinale, donc permettre un ordonnancement hiérarchique,
comme ici la série des districts des Seychelles classés par ordre alphabétique.
Et finalement, elle peut être cardinale, donc comporter une métrique associée,
comme ici les districts classés par ordre de superficies croissantes.
Sur le plan de l'origine, l'information spatiale peut être soit mesurée,
donc acquise par un instrument ou par une observation, elle peut être dérivée,
donc issue d'un calcul par combinaison d'informations primaires,
ou encore interprété, cas de l'information non mesurable estimée par un expert.
[MUSIQUE] [MUSIQUE]
Nous avons abordé dans cette leçon le thème des entités spatiales
et celui de la décomposition de l'espace géographique en objets élémentaires
qui sont des unités d'observation soit régulières, soit irrégulières,
elles-mêmes rattachées au monde vecteur ou au monde raster.
Nous avons vu que le monde vecteur permettait une plus grande richesse
thématique et finalement, nous avons vu que la notion d'information
spatiale qui est au coeur des systèmes d'information géographique
peut être caractérisée par son origine et par son échelle de
mesure qui peut être de type nominal,
ordinal ou cardinal.
[MUSIQUE] [MUSIQUE]
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