Système d'information géographique
Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Un système d'information géographique (SIG) est un outil informatique permettant d'organiser et présenter des données alphanumériques spatialement référencées, ainsi que de produire des plans et cartes. Ses usages couvrent les activités géomatiques de traitement et diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition » (diffusion d'un produit, d'une information), voire de...) de l'information géographique. La représentation est généralement en deux dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une...), mais un rendu (Le rendu est un processus informatique calculant l'image 2D (équivalent d'une photographie) d'une scène créée dans un logiciel de modélisation 3D comportant à la fois des objets et des sources...) 3D ou une animation (L'animation consiste à donner l'illusion du mouvement à l'aide d'une suite d'images. Ces images peuvent être dessinées, peintes, photographiées, numériques, etc.) présentant des variations temporelles sur un territoire (La notion de territoire a pris une importance croissante en géographie et notamment en géographie humaine et politique, même si ce concept est utilisé par d'autres sciences humaines. Dans le...) sont possibles.

Le rôle du système d'information est de proposer une représentation plus ou moins réaliste de l'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et artificiels au sein duquel se déroule la vie humaine. Avec les...) spatial en se basant sur des primitives graphiques telles que des points, des vecteurs (arcs), des polygones ou des maillages (raster). À ces primitives sont associées des informations qualitatives telles que la nature (route, voie ferrée (Une voie ferrée est un chemin de roulement pour les convois ferroviaires, constitué d'une ou plusieurs files de rails dont l'écartement est maintenu par une fixation...), forêt (Une forêt ou un massif forestier est une étendue boisée, relativement dense, constituée d'un ou plusieurs peuplements d'arbres et...), etc.) ou toute autre information contextuelle (nombre d'habitants, type ou superficie (L'aire ou la superficie est une mesure d'une surface. Par métonymie, on désigne souvent cette mesure par le terme « surface » lui-même...) d'une commune par ex.).

L'information géographique peut être définie comme l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une multitude qui peut être comprise comme un tout », comme...) de la description d'un objet (De manière générale, le mot objet (du latin objectum, 1361) désigne une entité définie dans un espace à trois dimensions, qui a une fonction précise, et qui peut être désigné par une étiquette verbale. Il est...) et de sa position géographique à la surface (Une surface désigne généralement la couche superficielle d'un objet. Le terme a plusieurs acceptions, parfois objet géométrique, parfois frontière physique, et est souvent abusivement confondu avec sa...) de la Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance croissante au Soleil, et la quatrième par taille et par masse croissantes. C'est la plus grande et la plus massive des...).

En France, dans son acception courante, le terme fait référence aux outils logiciels. Cependant, le concept englobe l'ensemble constitué par les logiciels, les données, le matériel et les savoir-faire liés à l'utilisation de ces derniers. On peut aussi parler de système d'information à référence spatiale (SIRS) pour les données et leur structuration. L'acronyme SIT (système d'information sur le territoire) est aussi utilisé dans quelques pays (Pays vient du latin pagus qui désignait une subdivision territoriale et tribale d'étendue restreinte (de l'ordre de quelques centaines de km²), subdivision de la civitas gallo-romaine. Comme la civitas...) francophones. Enfin, les sigles BDU (banque de données urbaine), voire BDT (banque de données sur le territoire), plus anciens, peuvent se rencontrer ici et là.

Historique

Le développement des SIG dans la science (La science (latin scientia, « connaissance ») est, d'après le dictionnaire Le Robert, « Ce que l'on sait pour l'avoir appris, ce que l'on tient pour vrai au sens large. L'ensemble de connaissances,...) et l’aménagement du territoire a été permis par l'avancée de la technologie (Le mot technologie possède deux acceptions de fait :) informatique (L´informatique - contraction d´information et automatique - est le domaine d'activité scientifique, technique et industriel en rapport avec le traitement automatique de l'information par des machines...), et encouragé par prise de conscience environnementale et de nouvelles approches scientifiques transdisciplinaires, intégratrices. Depuis les années 1970, notamment depuis le sommet de la Terre à Rio de Janeiro (Rio de Janeiro est une mégapole située dans le sud-est du Brésil. C'est également la capitale de l'État de Rio de Janeiro. Avec ses 6,1 millions d'habitants intra-muros...) en 1992 qui a généré une demande croissante de cartes présentant l'état de l'environnement et utiles pour mesurer les impacts du développement.

Maguire et al. (1991) distinguent trois périodes principales dans l'évolution des SIG :

  • fin des années 1950 – milieu des années 1970 : début de l’informatique, premières cartographies automatiques ;
  • milieu des années 1970 - début des années 1980 : diffusion des outils de cartographie (La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes géographiques. Le principe majeur de la cartographie est la représentation de données sur un support réduit représentant un espace...) automatique/SIG dans les organismes d’État (armée, cadastre (Le terme cadastre (terme provençal venant du grec κατ?στιχον), ou un mot apparenté étymologiquement, se retrouve dans de nombreuses langues. Bien...), services topographiques, ...) ;
  • depuis les années 1980 : croissance du marché des logiciels, développements des applications sur PC, mise en réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets »,...) (bases de données distribuées, avec depuis les années 1990, des applications sur Internet) et une banalisation de l'usage (L’usage est l'action de se servir de quelque chose.) de l'information géographique (cartographie sur Internet (Internet est le réseau informatique mondial qui rend accessibles au public des services variés comme le courrier électronique, la...), calcul d'itinéraires routiers, utilisation de solutions embarquées liées au GPS... ).

Quelques concepts

Les composantes du SIG

Un SIG est constitué de cinq composants majeurs :

Les logiciels

Ils assurent les 5 fonctions suivantes (parfois regroupées sous le terme des ‘5A’):

  • saisie des informations géographiques sous forme numérique (Une information numérique (en anglais « digital ») est une information ayant été quantifiée et...) (Acquisition)
  • gestion de base de données (En informatique, une base de données (Abr. : « BD » ou « BDD ») est un lot d'informations stockées dans un dispositif informatique. Les technologies existantes permettent...) (Archivage)
  • manipulation et interrogation des données géographiques (Analyse)
  • mise en forme et visualisation (Affichage)
  • représentation du monde (Le mot monde peut désigner :) réel (Abstraction).

Les données

Elles sont la base des SIG. Les données géographiques sont importées à partir de fichiers ou saisies par un opérateur (Le mot opérateur est employé dans les domaines :). Voir le paragraphe suivant.

Les matériels informatiques

Le traitement des données se fait à l'aide des logiciels sur un ordinateur (Un ordinateur est une machine dotée d'une unité de traitement lui permettant d'exécuter des programmes enregistrés. C'est un ensemble de circuits électroniques permettant de manipuler des données sous...). Des systèmes client-serveur (L'architecture client/serveur désigne un mode de communication entre plusieurs ordinateurs d'un réseau qui distingue un ou plusieurs postes clients du serveur : chaque logiciel...) en intranet, extranet (Utilisation du "net" dans laquelle une organisation structure le réseau pour s'interconnecter avec ses partenaires commerciaux ou ses parties prenantes.) voire via Internet facilitant ensuite et de plus en plus la diffusion des résultats.

Les savoir-faire

Un SIG fait appel à à une connaissance technique et à divers savoir-faire et donc divers métiers qui peuvent être effectués par une ou plusieurs personnes. Le " sigiste " doit mobiliser des compétences en géodésie (connaissance des concepts de système de référence et de système de projection), en analyse des données (L’analyse des données est un sous domaine des statistiques qui se préoccupe de la description de données conjointes. On cherche par ces méthodes à donner les...), des processus et de modélisation (analyse Merise, langage UML par exemple), en traitement statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de l'application d'une méthode statistique à un ensemble de...), en sémiologie graphique et cartographique, en traitement graphique. Il doit savoir traduire en requêtes informatiques les questions qu'on lui pose.

Les utilisateurs

Comme tous les utilisateurs de SIG ne sont pas forcément des spécialistes, un SIG propose une série de boîtes à outils que l’utilisateur assemble pour réaliser son projet (Un projet est un engagement irréversible de résultat incertain, non reproductible a priori à l’identique, nécessitant le concours et l’intégration d’une...). N’importe qui peut, un jour (Le jour ou la journée est l'intervalle qui sépare le lever du coucher du Soleil ; c'est la période entre deux nuits, pendant laquelle les rayons du Soleil éclairent le...) ou l’autre, être amené à utiliser un SIG. Cela dit, on ne s'improvise pas géomaticien : une bonne connaissance des données manipulées et de la nature des traitements effectués par les logiciels permet seule d'interpréter convenablement la qualité des résultats obtenus.

Questions auxquelles peuvent répondre les SIG, et limites

Un SIG doit répondre à cinq questions, quel que soit le domaine d’application :

  • Où : où se situe le domaine d’étude et quelle est son étendue géographique ?
  • Quoi : quels objets peut-on trouver sur l’espace étudié ?
  • Comment : comment les objets sont-ils répartis dans l’espace étudié, et quelles sont leurs relations ? C’est l’analyse spatiale.
  • Quand : quel est l’âge d’un objet ou d’un phénomène ? C’est l’analyse temporelle.
  • Et si : que se passerait-il s’il se produisait tel événement ?

Les SIG ont comme limites la pertinence, la richesse, et l'occurence de mise à jour (Une mise à jour, souvent abrégé en MAJ ou MàJ, est l'action qui consiste à mettre « à jour », ou bien « à niveau »,...) de leurs bases de données, mais aussi parfois les restrictions d'accessibilité ainsi que les droits d'auteur sur certaines données et informations qui peuvent empêcher la diffusion de cartes, ou empêcher leur réalisation pour les travaux partageant les données de plusieurs SIG. L'accessibilité peut également soufrir de mesures prises pour protéger des entités particulières lorsque la taille de l'échantillon (De manière générale, un échantillon est une petite quantité d'une matière, d'information, ou d'une solution. Le mot est utilisé dans différents domaines :) est trop petite (secret statistique), ou par la présence sur une couche de données d'informations stratégiques et/ou protégées. Enfin certaines requêtes demandent un temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) ou une puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :) de calcul non disponibles.

Les données du SIG

Les données géographiques possèdent quatre composantes :

  • les données géométriques renvoient à la forme et à la localisation des objets ou phénomènes ;
  • les données descriptives (qui font partie des données attributaires) renvoient à l'ensemble des attributs descriptifs des objets et phénomènes à l'exception de la forme et de la localisation ;
  • les données graphiques renvoient aux paramètres d'affichage des objets (type de trait, couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes lumineuses, avec une (ou des) amplitude(s) donnée(s).)...) ;
  • les métadonnées associées, c’est-à-dire les données sur les données (date d'acquisition, nom du propriétaire, méthodes d'acquisition...).

Les données attributaires

Il s'agit de données associées à un objet ou une localisation géographique, soit pour décrire un objet géographique, soit pour localiser des informations : nom d'une route (Le mot « route » dérive du latin (via) rupta, littéralement « voie brisée », c'est-à-dire creusée dans la roche, pour...), type d'un bâtiment localisé par son adresse (Les adresses forment une notion importante en communication, elles permettent à une entité de s'adresser à une autre parmi un ensemble d'entités. Pour qu'il n'y ait pas d'ambiguïté, chaque adresse doit correspondre à une unique...), nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) d'habitants d'un immeuble localisé par ses coordonnées Lambert, débit (Un débit permet de mesurer le flux d'une quantité relative à une unité de temps au travers d'une surface quelconque.) d'un cours d'eau (L’eau est un composé chimique ubiquitaire sur la Terre, essentiel pour tous les organismes vivants connus.), tension (La tension est une force d'extension.) d'une ligne de transport (Le transport est le fait de porter quelque chose, ou quelqu'un, d'un lieu à un autre, le plus souvent en utilisant des véhicules et des voies de communications (la route, le canal ..). Par...) d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.), type d'arbres dans un verger localisé par sa parcelle, etc. Les données attributaires sont reliées à la géométrie (La géométrie est la partie des mathématiques qui étudie les figures de l'espace de dimension 3 (géométrie euclidienne) et, depuis le XVIIIe siècle, les figures d'autres types d'espaces (géométrie...) de l'objet.

Les objets géographiques

Trois types d’entités géographiques peuvent être représentés :

  • le point (Graphie) (x,y) ou ponctuel ;
  • la ligne ((x1,y1), ..., (xn, yn)) ou linéaire ;
  • le polygone (En géométrie euclidienne, un polygone (du grec polus, nombreux, et gônia, angle) est une figure géométrique plane, formée d'une suite cyclique de segments consécutifs et...) ou surfacique.

À l'heure (L’heure est une unité de mesure du temps. Le mot désigne aussi la grandeur elle-même, l'instant (l'« heure qu'il est »), y compris en sciences (« heure solaire »...) actuelle, aucun SIG ne gère complètement (Le complètement ou complètement automatique, ou encore par anglicisme complétion ou autocomplétion, est une fonctionnalité informatique...) les polyèdres, ou volumiques. Dans le meilleur des cas, celui des logiciels dits 2D½, à un point (x,y) peut être associé une cote (z) et une seule.

Deux modes de représentations sont possibles :

  • vectoriel (format vecteur) : les objets sont représentés par des points, des lignes, des polygones ou des polygones à trous ;
  • matriciel (format raster) : il s’agit d’une image, d’un plan ou d’une photo numérisés et affichés dans le SIG en tant qu'image.

Un système de coordonnées terrestres (sphérique ou projectif) permet de référencer les objets dans l'espace et de positionner l'ensemble des objets les uns par rapport aux autres. Les objets sont généralement organisés en couches, chaque couche rassemblant l'ensemble des objets homogènes (bâti, rivières, voirie (La voirie désigne à la fois :), parcelles, etc.).

==> Montrer un exemple d'organisation en couches.

Exemples de données " raster " :

  • Une orthophotographie (Les orthophotographies ou orthoimages sont des images aériennes ou satellitales de la surface terrestre rectifiées géométriquement et égalisées radiométriquement. Ces images se présentant sous forme de dalles couvrant...) est une image obtenue par numérisation (La numérisation est le procédé permettant la construction d'une représentation discrète d'un objet du monde réel.) d’un cliché aérien argentique (ou, maintenant, prise de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) numérique) que l’on a corrigée des déformations dues :
    • au relief (Le relief est la différence de hauteur entre deux points. Néanmoins, ce mot est souvent employé pour caractériser la forme de la surface de la Terre.) du terrain photographié,
    • à la distorsion de l’appareil photographique,
    • à l’inclinaison de la prise de vue.
  • Un scan était une image scannée à partir d'une carte papier (Le papier (du latin papyrus) est une matière fabriquée à partir de fibres cellulosiques végétales et animales. Il se présente sous forme de feuilles minces et est...). Les plus connus sont la série des Scan 25, 100 et 250 issus des cartes 1:25000, 1:100000 et 1:250000 de l'IGN.

Topologie (La topologie est une branche des mathématiques concernant l'étude des déformations spatiales par des transformations continues (sans arrachages ni...)

Un des avantages des SIG est que les relations entre les objets peuvent être calculées et donner naissance à des points d'intersection. C'est la topologie. Ceci permet d'éviter la répétition d'objets superposés. Une parcelle bordant une route aura les mêmes sommets que ceux définis pour la route.

Relation Objets/Données attributaires

Le géo-référencement est la technique de mise en relation organisée des objets géographiques et des données attributaires. Il suppose la mise en place dans le SIG d'un système de repérants normés, dont le rôle est l'équivalent des dépendances fonctionnelles dans les bases de données relationnelles. Ainsi des données alphanumériques, issues de fichiers externes au SIG lui-même, pourront être croisées avec les informations géographiques du SIG, donnant lieu à des usages de géoanalyse.

Les métadonnées

Les données manipulées par un SIG viennent de sources et bases de données diverses. Une organisation qui se dote d'un tel système doit avoir à cœur de maîtriser ces sources, de façon à s'assurer :

  • qu'elle est bien au fait de l'ensemble des couches de données disponibles dans l'organisation,
  • qu'elle peut se fier aux résultats obtenus lors de leur utilisation,
  • qu'elle en maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à...) la gestion interne (En France, ce nom désigne un médecin, un pharmacien ou un chirurgien-dentiste, à la fois en activité et en formation à l'hôpital ou en cabinet pendant une durée variable...),
  • qu'elle en maîtrise les coûts d'acquisition et de mise à jour,
  • qu'elle est en mesure, le cas échéant, de fournir tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) ou partie de ses données à des tiers, en donnant une visibilité (En météorologie, la visibilité est la distance à laquelle il est possible de distinguer clairement un objet, quelle que soit...) suffisante sur la qualité de la fourniture.

C'est pourquoi toute source de données géographiques ne se limite pas à son contenu attributaire et géographique, mais est accompagnée d'informations caractérisant la source elle-même, c'et à dire de données sur les données (on les appelle métadonnées).

Quelques exemples de métadonnées (parmi beaucoup d'autres) :

  • Description générale
    • description et nature des données
    • système de projection (La projection cartographique est un ensemble de techniques permettant de représenter la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface...) et étendue géographique
    • organisme producteur
  • Qualité des données :
    • date de saisie ou de validité - si une donnée (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent codée, d'une chose, d'une transaction d'affaire, d'un événement, etc.) est ancienne par rapport aux évolutions des entités qu'elle représente, on peut toujours la faire intervenir dans des calculs, mais les résultats seront à interpréter avec prudence ;
    • précision de la saisie - croiser des données de qualité centimétrique avec des données de qualité hectométrique ne donne jamais que des résultats d'une précision hectométrique !
  • Gestion interne
    • Responsable et localisation
    • date d'acquisition
    • Fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un phénomène périodique se reproduit par unité de temps. Ainsi lorsqu'on emploie le mot fréquence sans...) de mise à jour
    • date de dernière mise à jour

L'ensemble de ces informations doit pouvoir être facilement accessible et partageable par tous les acteurs intervenant à quelque niveau que ce soit dans le cycle de vie (La vie est le nom donné :) des données au sein de l'organisation. La définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la division entre les définitions réelles et les définitions nominales.) d'un porte-feuille de métadonnées (registre de métadonnées) reste un enjeu pour toute organisation qui fait de son SIG une pièce importante de son activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.), et ce qu'elle soit fournisseur de données ou simple utilisatrice.

Afin de faciliter les échanges de métadonnées, elles peuvent être structurées en fonction de la norme (Une norme, du latin norma (« équerre, règle ») désigne un état habituellement répandu ou moyen considéré le plus souvent comme une règle à suivre. Ce terme...) ISO 19115. Ce travail de normalisation devrait permettre la constitution de grands annuaires de données géographiques, qui permettront une utilisation optimale de ces dernières.

Quelques logiciels SIG

Exemple de bases de données / référentiels

  • Corine Land Cover (La Corine Land Cover est une base de données qui représente l'occupation du sol européen. Tous les éléments géographiques de plus de 25 ha...) (occupation du sol)
  • Plan Cadastral Informatisé "PCI-vecteur" (propriété de la DGI)
  • BD CARTO : Première base de données vectorielles produite par IGN à partir de ses cartes au 1/50 000. La BD Carto propose une dizaine de couches d'informations allant de l'occupation du sol au réseau routier et à la toponynie.
  • BD TOPO : Composante topographique du Référentiel à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et qui...) (RGE). Base de données de précision métrique et 3D , elle précise les données disponibles sur BD Carto. Elle sera la base de référence des cartes IGN au 1/25 000.
  • BD ALTI : Base de données des courbes de niveaux. On parle également de MNT ou modèle numérique de terrain (Un modèle numérique de terrain (MNT) est une représentation de la topographie (altimétrie et/ou bathymétrie) d'une zone terrestre (ou d'une planète tellurique) sous une forme adaptée à son utilisation par un...).
  • BD ORTHO : Composante orthophotographique du RGE. La couverture nationale est maintenant terminée avec un pixel (Le pixel, souvent abrégé px, est une unité de surface permettant de mesurer une image numérique. Son nom provient de la locution anglaise picture element,...) de 50 cm.
  • BD NYME. La BD Nyme est la base de données des toponymes (nom des lieux-dits) gérée par IGN (intégrée dans la BD Topo)
  • BD Adresse : Troisième composante du RGE, cette base de données géoréférence les adresses postales et fiscales.
  • BD Parcellaire : Dernière composante du RGE, la BD Parcellaire assure le continuum spatial entre les différents planches cadastrales scannées ou vectorisées.
  • GTopo 30
  • Cartes géologiques au 1/50 000 produites par le BRGM
  • Données et référentiels sur l'eau (Stations de mesure, Ouvrages liés à l'eau, Cours d'eau BDCarthage, Entités hydrogéologiques BDRHF, ...) produits par le Système d'Information sur l'Eau (SIE) et publiés par le Service d'Administration National des Données et Référentiels sur l'Eau (SANDRE)
  • Etc.

Utilisation

  • Analyses spatiales ;
  • Aide à la décision, notamment pour l'aménagement du territoire ;
  • Définition de zone de chalandise, implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) de points de vente, aide au mediaplanning notamment en affichage, optimisation de la distribution d'I.S.A. (imprimés sans adresses).
  • Cartographie.

Perspectives

Les applications SIG / SIRS se développent rapidement surtout ces dernières années avec l'évolution des performances de l'informatique. Aujourd'hui, l'évolution des SIG tend vers une accessibilité pour le Web avec :

  • Serveurs cartographiques,
  • SIRS partagés sur le Web.

De plus, des outils SIG/SIRS nomades apparaissent grâce au PDA dans le monde de l'agriculture de précision.

Cependant, il manque toujours une composante au SIG qui est le " temps ", encore difficile à gérer.

Dans l'Union européenne, la directive INSPIRE vise à harmoniser les informations géographiques entre les États membres, notamment par l'emploi de métadonnées.

Page générée en 0.337 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique