Système d'information géographique - Geographic information system

Concept SIG de base

Un système d'information géographique ( SIG ) est un cadre conceptualisé qui permet de saisir et d'analyser des données spatiales et géographiques . Les applications SIG (ou applications SIG) sont des outils informatiques qui permettent à l'utilisateur de créer des requêtes interactives (recherches créées par l'utilisateur), de stocker et de modifier des données spatiales et non spatiales, d'analyser la sortie d'informations spatiales et de partager visuellement les résultats de ces opérations. en les présentant sous forme de cartes.

La science de l'information géographique (ou GIScience) - l'étude scientifique des concepts, des applications et des systèmes géographiques - est également généralement initialisée en tant que SIG.

Les systèmes d'information géographique sont utilisés dans de multiples technologies, processus, techniques et méthodes. Ils sont rattachés à diverses opérations et à de nombreuses applications, qui concernent : l'ingénierie, la planification, la gestion, le transport/logistique, l'assurance, les télécommunications et l'entreprise. Pour cette raison, les applications SIG et de localisation sont à la base des services de localisation, qui reposent sur l'analyse et la visualisation géographiques.

Le SIG offre la possibilité de relier des informations auparavant sans rapport, grâce à l'utilisation de l'emplacement en tant que "variable d'indexation clé". Les emplacements et les étendues que l' on trouve dans de la terre de l' espace - temps , sont aptes à être enregistrés par la date et l' heure de l' événement, ainsi que x, y et z des coordonnées ; représentant, la longitude ( x ), la latitude ( y ) et l' altitude ( z ). Toutes les références d'emplacement et d'étendue basées sur la Terre, spatio-temporelles, devraient être liées les unes aux autres et, en fin de compte, à un emplacement ou une étendue physique « réelle ». Cette caractéristique clé des SIG a commencé à ouvrir de nouvelles voies d'enquête et d'études scientifiques.

Histoire et développement

L'expression « système d'information géographique » a été inventée par Roger Tomlinson en 1963, lorsqu'il a publié l'article scientifique « Un système d'information géographique pour la planification régionale ». Tomlinson, reconnu comme le « père du SIG », est reconnu pour avoir permis la création du premier SIG informatisé grâce à son travail sur le Système d'information géographique du Canada en 1963. En fin de compte, Tomlinson a créé un cadre pour une base de données capable de stocker et analyser d'énormes quantités de données; ce qui a permis au gouvernement canadien de mettre en œuvre son programme national de gestion de l'utilisation des terres.

Version de EW Gilbert (1958) de la carte de 1855 de John Snow de l' épidémie de choléra de Soho montrant les grappes de cas de choléra dans l' épidémie de Londres de 1854

L'un des premiers exemples connus d'utilisation de l'analyse spatiale est venu du domaine de l' épidémiologie dans le « Rapport sur la marche et les effets du choléra dans Paris et le département de la Seine » (1832). Géographe français et cartographe , Charles Picquet , a créé une carte indiquant les quarante-huit districts de Paris , en utilisant tramé des dégradés de couleurs, pour fournir une représentation visuelle du nombre de décès déclarés dus à choléra , par 1.000 habitants.

En 1854, John Snow , épidémiologiste et médecin, a pu déterminer la source d'une épidémie de choléra à Londres grâce à l'analyse spatiale. Snow y est parvenu en traçant la résidence de chaque victime sur une carte de la région, ainsi que les sources d'eau à proximité. Une fois ces points marqués, il a pu identifier la source d'eau au sein du cluster qui était responsable de l'épidémie. Ce fut l'une des premières utilisations réussies d'une méthodologie géographique pour localiser la source d'une épidémie en épidémiologie. Alors que les éléments de base de la topographie et du thème existaient auparavant dans la cartographie , la carte de Snow était unique en raison de son utilisation de méthodes cartographiques, non seulement pour représenter, mais aussi pour analyser des groupes de phénomènes géographiquement dépendants.

Le début du 20ème siècle a vu le développement de la photozincographie , qui a permis de diviser les cartes en couches, par exemple une couche pour la végétation et une autre pour l'eau. Cela a été particulièrement utilisé pour l'impression des contours - les dessiner était une tâche laborieuse, mais les avoir sur un calque séparé signifiait qu'ils pouvaient être travaillés sans les autres calques pour confondre le dessinateur . Cette œuvre était à l'origine dessinée sur des plaques de verre, mais plus tard, un film plastique a été introduit, avec les avantages d'être plus léger, d'utiliser moins d'espace de stockage et d'être moins cassant, entre autres. Lorsque toutes les couches ont été terminées, elles ont été combinées en une seule image à l'aide d'une grande caméra de traitement. Une fois l'impression couleur arrivée, l'idée des couches a également été utilisée pour créer des plaques d'impression séparées pour chaque couleur. Alors que l'utilisation de couches est devenue beaucoup plus tard l'une des principales caractéristiques typiques d'un SIG contemporain, le processus photographique qui vient d'être décrit n'est pas considéré comme un SIG en soi - car les cartes n'étaient que des images sans base de données à laquelle les lier.

Deux développements supplémentaires sont notables dans les premiers jours du SIG : la publication de Ian McHarg « Design with Nature » et sa méthode de superposition de cartes et l'introduction d'un réseau routier dans le système DIME (Dual Independent Map Encoding) du US Census Bureau.

Le développement du matériel informatique stimulé par la recherche sur les armes nucléaires a conduit au début des années 1960 à des applications de « cartographie » informatique à usage général.

En 1960, le premier véritable SIG opérationnel au monde a été développé à Ottawa, Ontario , Canada, par le ministère fédéral des Forêts et du Développement rural. Développé par le Dr Roger Tomlinson , il s'appelait le Système d'information géographique du Canada  (CGIS) et était utilisé pour stocker, analyser et manipuler les données recueillies pour l' Inventaire des terres du Canada  - un effort pour déterminer la capacité des terres du Canada rural en cartographiant les informations sur les sols , l'agriculture, les loisirs, la faune, la sauvagine , la foresterie et l'utilisation des terres à une échelle de 1:50 000. Un facteur de classification des cotes a également été ajouté pour permettre l'analyse.

CGIS était une amélioration par rapport aux applications de « cartographie informatique » car il offrait des capacités de superposition, de mesure et de numérisation /numérisation. Il prenait en charge un système de coordonnées national qui couvrait le continent, des lignes codées sous forme d' arcs ayant une véritable topologie intégrée et il stockait les attributs et les informations de localisation dans des fichiers séparés. À la suite de cela, Tomlinson est devenu connu comme le « père du SIG », en particulier pour son utilisation de superpositions dans la promotion de l'analyse spatiale des données géographiques convergentes.

Le CGIS a duré dans les années 1990 et a construit une grande base de données numérique sur les ressources foncières au Canada. Il a été développé comme un ordinateur central à base du système à l' appui de la planification et la gestion des ressources fédérales et provinciales. Sa force était l'analyse à l'échelle du continent d'ensembles de données complexes . Le CGIS n'a jamais été disponible dans le commerce.

En 1964, Howard T. Fisher a créé le Laboratoire d'infographie et d'analyse spatiale à la Harvard Graduate School of Design (LCGSA 1965-1991), où un certain nombre de concepts théoriques importants dans le traitement des données spatiales ont été développés et qui, dans les années 1970, avaient distribué le code et les systèmes logiciels fondateurs, tels que SYMAP, GRID et ODYSSEY - qui ont servi de sources pour le développement commercial ultérieur - aux universités, centres de recherche et entreprises du monde entier.

À la fin des années 1970, deux systèmes SIG du domaine public ( MOSS et GRASS GIS ) étaient en cours de développement, et au début des années 1980, M&S Computing (plus tard Intergraph ) avec Bentley Systems Incorporated pour la  plate-forme CAD , Environmental Systems Research Institute ( ESRI ), CARIS  (Computer Aided Resource Information System), MapInfo Corporation et ERDAS (Earth Resource Data Analysis System) ont émergé en tant que fournisseurs commerciaux de logiciels SIG, intégrant avec succès de nombreuses fonctionnalités CGIS, combinant l'approche de première génération de la séparation des informations spatiales et attributaires avec une seconde approche de génération pour organiser les données d'attributs dans des structures de base de données.

En 1986, Mapping Display and Analysis System (MIDAS), le premier produit SIG de bureau a été lancé pour le système d'exploitation DOS . Celui-ci a été renommé en 1990 en MapInfo for Windows lorsqu'il a été porté sur la plate-forme Microsoft Windows . Cela a commencé le processus de déplacement du SIG du département de recherche vers l'environnement commercial.

À la fin du 20e siècle, la croissance rapide de divers systèmes avait été consolidée et standardisée sur relativement peu de plates-formes et les utilisateurs commençaient à explorer la visualisation des données SIG sur Internet , nécessitant un format de données et des normes de transfert. Plus récemment, un nombre croissant de packages SIG gratuits et open source s'exécutent sur une gamme de systèmes d'exploitation et peuvent être personnalisés pour effectuer des tâches spécifiques. De plus en plus de données géospatiales et d' applications cartographiques sont mises à disposition via le World Wide Web (voir Liste des logiciels SIG § SIG en tant que service ).

Technique et technologie

Les technologies SIG modernes utilisent des informations numériques, pour lesquelles diverses méthodes de création de données numérisées sont utilisées. La méthode la plus courante de création de données est la numérisation , où une carte papier ou un plan d'arpentage est transféré sur un support numérique à l'aide d'un programme de CAO et de capacités de géoréférencement. Avec la large disponibilité d' images orthorectifiées (provenant de satellites, d'avions, d'hélicoptères et de drones), la numérisation tête haute devient la principale voie d'extraction des données géographiques. La numérisation tête haute implique le traçage des données géographiques directement au-dessus de l'imagerie aérienne au lieu de suivre la méthode traditionnelle de traçage de la forme géographique sur une tablette de numérisation séparée ( numérisation tête en bas). La numérisation tête en bas, ou la numérisation manuelle, utilise un stylo magnétique spécial, ou stylet, qui transmet des informations à un ordinateur pour créer une carte numérique identique. Certaines tablettes utilisent un outil semblable à une souris, appelé rondelle, au lieu d'un stylet. La rondelle a une petite fenêtre avec des réticules qui permet une plus grande précision et une localisation des caractéristiques de la carte. Bien que la numérisation tête haute soit plus couramment utilisée, la numérisation tête basse est toujours utile pour numériser des cartes de mauvaise qualité.

Le géotraitement est une opération SIG utilisée pour manipuler des données spatiales. Une opération de géotraitement classique prend un jeu de données en entrée , effectue une opération sur ce jeu de données et renvoie le résultat de l'opération en tant que jeu de données en sortie. Les opérations de géotraitement courantes incluent la superposition d'entités géographiques, la sélection et l'analyse d' entités, le traitement de la topologie, le traitement raster et la conversion des données. Le géotraitement permet la définition, la gestion et l'analyse des informations utilisées pour prendre des décisions.

Relation d'informations provenant de différentes sources

Le SIG utilise la localisation spatio-temporelle ( espace-temps ) comme variable d'index clé pour toutes les autres informations. Tout comme une base de données relationnelle contenant du texte ou des nombres peut relier de nombreuses tables différentes à l'aide de variables d'index de clé communes, le SIG peut relier des informations par ailleurs non liées en utilisant l'emplacement comme variable d'index de clé. La clé est l'emplacement et/ou l'étendue dans l'espace-temps.

Toute variable repérable spatialement, et de plus en plus temporellement, peut être référencée à l'aide d'un SIG. Emplacements ou étendues dans l' espace-temps de la Terre peut être enregistré en tant que dates / heures d'occurrence, et x, y et z des coordonnées représentant, longitude , latitude et altitude , respectivement. Ces coordonnées SIG peuvent représenter d'autres systèmes quantifiés de référence temporo-spatiale (par exemple, numéro d'image de film, station de mesure de flux, borne kilométrique d'autoroute, repère d'arpenteur, adresse de bâtiment, intersection de rue, porte d'entrée, sondage de profondeur d'eau, POS ou dessin CAO origine/unités). Les unités appliquées aux données spatio-temporelles enregistrées peuvent varier considérablement (même en utilisant exactement les mêmes données, voir les projections cartographiques ), mais toutes les références d'emplacement et d'étendue spatio-temporelles basées sur la Terre devraient, idéalement, être liées les unes aux autres et finalement à un emplacement physique "réel" ou étendue dans l'espace-temps.

Reliées par des informations spatiales précises, une incroyable variété de données passées ou futures du monde réel et projetées peuvent être analysées, interprétées et représentées. Cette caractéristique clé du SIG a commencé à ouvrir de nouvelles voies d'enquête scientifique sur les comportements et les modèles d'informations du monde réel qui n'avaient pas été systématiquement corrélés auparavant .

Incertitudes SIG

La précision du SIG dépend des données sources et de la manière dont elles sont codées pour être référencées. Les arpenteurs-géomètres ont été en mesure de fournir un haut niveau de précision de positionnement en utilisant les positions dérivées du GPS . L'imagerie numérique haute résolution du terrain et des images aériennes, les ordinateurs puissants et la technologie Web modifient la qualité, l'utilité et les attentes du SIG pour servir la société à grande échelle, mais il existe néanmoins d'autres données sources qui affectent la précision globale du SIG, comme les cartes papier. ceux-ci peuvent être d'une utilité limitée pour atteindre la précision souhaitée.

Lors du développement d'une base de données topographique numérique pour un SIG, les cartes topographiques sont la principale source, et la photographie aérienne et l'imagerie satellitaire sont des sources supplémentaires pour collecter des données et identifier des attributs qui peuvent être cartographiés en couches sur un fac-similé de localisation à l'échelle. L'échelle d'une carte et le type de représentation de la zone de rendu géographique, ou projection cartographique , sont des aspects très importants car le contenu de l'information dépend principalement de l'ensemble d'échelle et de la localisation résultante des représentations de la carte. Afin de numériser une carte, la carte doit être vérifiée dans les dimensions théoriques, puis numérisée dans un format raster, et les données raster résultantes doivent recevoir une dimension théorique par un processus de technologie de revêtement/gauchissement en caoutchouc connu sous le nom de géoréférencement .

Une analyse quantitative des cartes met en évidence les problèmes de précision. L'équipement électronique et autre utilisé pour effectuer des mesures pour les SIG est beaucoup plus précis que les machines d'analyse cartographique conventionnelles. Toutes les données géographiques sont intrinsèquement inexactes, et ces inexactitudes se propageront à travers les opérations SIG d'une manière difficile à prévoir.

Représentation des données

Les données SIG représentent des objets réels (tels que les routes, l'utilisation des terres, l'altitude, les arbres, les cours d'eau, etc.) avec des données numériques déterminant le mélange. Les objets réels peuvent être divisés en deux abstractions : les objets discrets (par exemple, une maison) et les champs continus (tels que la quantité de pluie ou les altitudes). Traditionnellement, il existe deux grandes méthodes utilisées pour stocker des données dans un SIG pour les deux types de références cartographiques d'abstractions : images raster et vector . Les points, les lignes et les polygones représentent les données vectorielles des références d'attributs d'emplacement mappés.

Une nouvelle méthode hybride de stockage de données est celle d'identifier des nuages ​​de points, qui combinent des points tridimensionnels avec des informations RVB à chaque point, renvoyant une « image couleur 3D ». Les cartes thématiques SIG deviennent alors de plus en plus visuellement descriptives de manière plus réaliste de ce qu'elles se proposent de montrer ou de déterminer.

Pour obtenir une liste des formats de fichiers SIG courants, tels que les fichiers de formes , consultez Formats de fichiers SIG § Formats de fichiers SIG courants .

Capture de données

Exemple de matériel pour la cartographie ( GPS et télémètre laser ) et la collecte de données ( ordinateur durci ). La tendance actuelle pour le système d'information géographique (SIG) est que la cartographie précise et l'analyse des données sont effectuées sur le terrain. Le matériel représenté ( technologie des cartes de terrain ) est principalement utilisé pour les inventaires forestiers , la surveillance et la cartographie.

La saisie des données, c'est-à-dire la saisie des informations dans le système, prend une grande partie du temps des praticiens du SIG. Il existe une variété de méthodes utilisées pour entrer des données dans un SIG où elles sont stockées dans un format numérique.

Les données existantes imprimées sur des cartes papier ou sur film PET peuvent être numérisées ou numérisées pour produire des données numériques. Un numériseur produit des données vectorielles en tant qu'opérateur trace des points, des lignes et des limites de polygones à partir d'une carte. La numérisation d' une carte génère des données raster qui pourraient être traitées ultérieurement pour produire des données vectorielles.

Les données d' arpentage peuvent être directement saisies dans un SIG à partir de systèmes de collecte de données numériques sur des instruments d'arpentage en utilisant une technique appelée géométrie de coordonnées (COGO) . Les positions d'un système mondial de navigation par satellite ( GNSS ) comme le système de positionnement global peuvent également être collectées puis importées dans un SIG. Une tendance actuelle dans la collecte de données donne aux utilisateurs la possibilité d'utiliser des ordinateurs de terrain avec la possibilité d'éditer des données en direct à l'aide de connexions sans fil ou de sessions d'édition déconnectées. Cela a été amélioré par la disponibilité d'unités GPS de qualité cartographique à faible coût avec une précision décimétrique en temps réel. Cela élimine le besoin de post-traiter, d'importer et de mettre à jour les données dans le bureau après la collecte du travail sur le terrain. Cela inclut la possibilité d'intégrer les positions collectées à l'aide d'un télémètre laser . Les nouvelles technologies permettent également aux utilisateurs de créer des cartes ainsi que des analyses directement sur le terrain, rendant les projets plus efficaces et la cartographie plus précise.

Les données de télédétection jouent également un rôle important dans la collecte de données et consistent en des capteurs attachés à une plate-forme. Les capteurs comprennent des caméras, des scanners numériques et des lidar , tandis que les plates-formes se composent généralement d'avions et de satellites . En Angleterre, au milieu des années 1990, des cerfs-volants/ballons hybrides appelés hélikites ont été les premiers à utiliser des caméras numériques aéroportées compactes comme systèmes de géo-information aéroportés. Un logiciel de mesure de l'avion, précis à 0,4 mm a été utilisé pour relier les photographies et mesurer le sol. Les hélicoptères sont peu coûteux et recueillent des données plus précises que les avions. Les hélikites peuvent être utilisés sur les routes, les voies ferrées et les villes où les véhicules aériens sans pilote (UAV) sont interdits.

Récemment, la collecte de données aériennes est devenue plus accessible avec des drones et des drones miniatures . Par exemple, l' Aeryon Scout a été utilisé pour cartographier une zone de 50 acres avec une distance d'échantillonnage au sol de 1 pouce (2,54 cm) en seulement 12 minutes.

La majorité des données numériques proviennent actuellement de la photo-interprétation de photographies aériennes. Des postes de travail à copie électronique sont utilisés pour numériser des caractéristiques directement à partir de paires stéréo de photographies numériques. Ces systèmes permettent de capturer des données en deux et trois dimensions, avec des altitudes mesurées directement à partir d'une paire stéréo en utilisant les principes de la photogrammétrie . Les photos aériennes analogiques doivent être numérisées avant d'être entrées dans un système de copie électronique. Pour les appareils photo numériques de haute qualité, cette étape est ignorée.

La télédétection par satellite fournit une autre source importante de données spatiales. Ici, les satellites utilisent différents ensembles de capteurs pour mesurer passivement la réflectance de parties du spectre électromagnétique ou d'ondes radio qui ont été envoyées par un capteur actif tel qu'un radar. La télédétection collecte des données raster qui peuvent être traitées ultérieurement à l'aide de différentes bandes pour identifier des objets et des classes d'intérêt, telles que la couverture terrestre.

Le Web mining est une nouvelle méthode de collecte de données spatiales. Les chercheurs créent une application de robot d'indexation pour agréger les données spatiales requises à partir du Web . Par exemple, la géolocalisation exacte ou le quartier des appartements peuvent être collectés sur les sites d'annonces immobilières en ligne.

Lorsque les données sont capturées, l'utilisateur doit déterminer si les données doivent être capturées avec une précision relative ou une précision absolue, car cela pourrait non seulement influencer la façon dont les informations seront interprétées, mais également le coût de la capture des données.

Après avoir entré les données dans un SIG, les données nécessitent généralement une édition, pour supprimer les erreurs ou un traitement ultérieur. Pour les données vectorielles, elles doivent être rendues "topologiquement correctes" avant de pouvoir être utilisées pour une analyse avancée. Par exemple, dans un réseau routier, les lignes doivent se connecter à des nœuds à une intersection. Les erreurs telles que les dépassements et les dépassements doivent également être supprimées. Pour les cartes numérisées, les défauts sur la carte source peuvent devoir être supprimés du raster résultant . Par exemple, une tache de saleté peut relier deux lignes qui ne devraient pas être connectées.

Traduction raster en vecteur

La restructuration des données peut être effectuée par un SIG pour convertir les données dans différents formats. Par exemple, un SIG peut être utilisé pour convertir une carte d'image satellite en une structure vectorielle en générant des lignes autour de toutes les cellules avec la même classification, tout en déterminant les relations spatiales des cellules, telles que la contiguïté ou l'inclusion.

Un traitement de données plus avancé peut se produire avec le traitement d'images , une technique développée à la fin des années 1960 par la NASA et le secteur privé pour fournir une amélioration du contraste, un rendu des fausses couleurs et une variété d'autres techniques, y compris l'utilisation de transformées de Fourier bidimensionnelles . Étant donné que les données numériques sont collectées et stockées de diverses manières, les deux sources de données peuvent ne pas être entièrement compatibles. Un SIG doit donc être capable de convertir des données géographiques d'une structure à une autre. Ce faisant, les hypothèses implicites derrière les différentes ontologies et classifications nécessitent une analyse. Les ontologies d'objets ont gagné en importance grâce à la programmation orientée objet et au travail soutenu de Barry Smith et de ses collègues.

Projections, systèmes de coordonnées et enregistrement

La Terre peut être représentée par divers modèles, dont chacun peut fournir un ensemble différent de coordonnées (par exemple, latitude, longitude, élévation) pour un point donné sur la surface de la Terre. Le modèle le plus simple consiste à supposer que la Terre est une sphère parfaite. Au fur et à mesure que de plus en plus de mesures de la Terre se sont accumulées, les modèles de la Terre sont devenus plus sophistiqués et plus précis. En fait, il existe des modèles appelés datums qui s'appliquent à différentes zones de la terre pour fournir une précision accrue, comme le datum nord-américain de 1983 pour les mesures américaines et le système géodésique mondial pour les mesures mondiales.

La latitude et la longitude sur une carte établie par rapport à un système géodésique local peuvent ne pas être les mêmes que celles obtenues à partir d'un récepteur GPS . La conversion de coordonnées d'un datum à un autre nécessite une transformation de datum telle qu'une transformation Helmert , bien que dans certaines situations une simple traduction puisse être suffisante.

Dans les logiciels SIG courants, les données projetées en latitude/longitude sont souvent représentées sous la forme d'un système de coordonnées géographiques . Par exemple, les données en latitude/longitude si le datum est le « Datum nord-américain de 1983 » sont désignées par « GCS North American 1983 ».

Analyse spatiale avec SIG

L'analyse spatiale SIG est un domaine en évolution rapide, et les progiciels SIG incluent de plus en plus d'outils analytiques en tant qu'outils intégrés standard, en tant qu'ensembles d'outils facultatifs, en tant que compléments ou « analystes ». Dans de nombreux cas, ceux-ci sont fournis par les fournisseurs de logiciels d'origine (fournisseurs commerciaux ou équipes de développement collaboratives non commerciales), tandis que dans d'autres cas, les installations ont été développées et sont fournies par des tiers. En outre, de nombreux produits proposent des kits de développement logiciel (SDK), des langages de programmation et une prise en charge des langages, des fonctions de script et/ou des interfaces spéciales pour développer ses propres outils d'analyse ou variantes. La disponibilité accrue a créé une nouvelle dimension à l'intelligence d'affaires appelée « intelligence spatiale » qui, lorsqu'elle est ouvertement délivrée via l'intranet, démocratise l'accès aux données des réseaux géographiques et sociaux. L'intelligence géospatiale , basée sur l'analyse spatiale SIG, est également devenue un élément clé pour la sécurité. Le SIG dans son ensemble peut être décrit comme une conversion vers une représentation vectorielle ou vers tout autre processus de numérisation.

Pente et aspect

La pente peut être définie comme la pente ou la pente d'une unité de terrain, généralement mesurée sous forme d'angle en degrés ou en pourcentage. L'aspect peut être défini comme la direction dans laquelle une unité de terrain fait face. L'aspect est généralement exprimé en degrés par rapport au nord. La pente, l'aspect et la courbure de la surface dans l'analyse du terrain sont tous dérivés d'opérations de voisinage utilisant les valeurs d'altitude des voisins adjacents d'une cellule. La pente est une fonction de la résolution, et la résolution spatiale utilisée pour calculer la pente et l'aspect doit toujours être spécifiée. Divers auteurs ont comparé des techniques de calcul de pente et d'aspect.

La méthode suivante peut être utilisée pour dériver la pente et l'aspect :
L'altitude d'un point ou d'une unité de terrain aura des tangentes perpendiculaires (pente) passant par le point, dans une direction est-ouest et nord-sud. Ces deux tangentes donnent deux composantes, z/∂x et ∂z/∂y, qui seront ensuite utilisées pour déterminer la direction globale de la pente, et l'aspect de la pente. Le gradient est défini comme une quantité vectorielle avec des composantes égales aux dérivées partielles de la surface dans les directions x et y.

Le calcul de la pente globale de la grille 3×3 S et de l'aspect A pour les méthodes qui déterminent les composantes est-ouest et nord-sud utilisent respectivement les formules suivantes :

Zhou et Liu décrivent une autre formule pour calculer l'aspect, comme suit :

L'analyse des données

Il est difficile de relier les cartes des zones humides aux quantités de précipitations enregistrées à différents points tels que les aéroports, les stations de télévision et les écoles. Un SIG, cependant, peut être utilisé pour décrire les caractéristiques bidimensionnelles et tridimensionnelles de la surface, du sous-sol et de l'atmosphère de la Terre à partir de points d'information. Par exemple, un SIG peut générer rapidement une carte avec des isoplèthes ou des courbes de niveau qui indiquent différentes quantités de précipitations. Une telle carte peut être considérée comme une carte de contour des précipitations. De nombreuses méthodes sophistiquées peuvent estimer les caractéristiques des surfaces à partir d'un nombre limité de mesures ponctuelles. Une carte de contour bidimensionnelle créée à partir de la modélisation de surface de mesures ponctuelles de précipitations peut être superposée et analysée avec n'importe quelle autre carte dans un SIG couvrant la même zone. Cette carte dérivée du SIG peut alors fournir des informations supplémentaires - telles que la viabilité du potentiel de l'énergie hydraulique en tant que source d' énergie renouvelable . De même, le SIG peut être utilisé pour comparer d'autres ressources énergétiques renouvelables afin de trouver le meilleur potentiel géographique pour une région.

De plus, à partir d'une série de points tridimensionnels ou d' un modèle d'élévation numérique , des lignes isoplèthes représentant des contours d'élévation peuvent être générées, ainsi qu'une analyse de pente, un relief ombré et d'autres produits d'élévation. Les bassins versants peuvent être facilement définis pour un tronçon donné, en calculant toutes les zones contiguës et en amont de tout point d'intérêt donné. De même, un thalweg prévu de l'endroit où l'eau de surface voudrait se déplacer dans les cours d'eau intermittents et permanents peut être calculé à partir des données d'altitude dans le SIG.

Modélisation topologique

Un SIG peut reconnaître et analyser les relations spatiales qui existent dans les données spatiales stockées numériquement. Ces relations topologiques permettent d'effectuer une modélisation et une analyse spatiales complexes. Les relations topologiques entre les entités géométriques incluent traditionnellement l'adjacence (ce qui rejoint quoi), le confinement (ce qui entoure quoi) et la proximité (à quel point quelque chose est proche de quelque chose d'autre).

Réseaux géométriques

Villes importantes d'Iran selon la centralité des transports.

Les réseaux géométriques sont des réseaux linéaires d'objets qui peuvent être utilisés pour représenter des entités interconnectées et pour effectuer une analyse spatiale spéciale sur celles-ci. Un réseau géométrique est composé d'arêtes, qui sont connectées à des points de jonction, similaires aux graphiques en mathématiques et en informatique. Tout comme les graphiques, les réseaux peuvent avoir un poids et un flux attribués à leurs bords, qui peuvent être utilisés pour représenter plus précisément diverses caractéristiques interconnectées. Les réseaux géométriques sont souvent utilisés pour modéliser les réseaux routiers et les réseaux de services publics , tels que les réseaux électriques, de gaz et d'eau. La modélisation de réseau est également couramment utilisée dans la planification des transports , la modélisation hydrologique et la modélisation des infrastructures .

Modélisation hydrologique

Les modèles hydrologiques SIG peuvent fournir un élément spatial qui manque aux autres modèles hydrologiques, avec l'analyse de variables telles que la pente, l'aspect et le bassin versant ou le bassin versant . L'analyse du terrain est fondamentale pour l'hydrologie, car l'eau s'écoule toujours le long d'une pente. Comme l'analyse de base du terrain d'un modèle numérique d'élévation (MNE) implique le calcul de la pente et de l'aspect, les MNT sont très utiles pour l'analyse hydrologique. La pente et l'aspect peuvent ensuite être utilisés pour déterminer la direction du ruissellement de surface, et donc l'accumulation de débit pour la formation de ruisseaux, de rivières et de lacs. Les zones d'écoulement divergent peuvent également donner une indication claire des limites d'un bassin versant. Une fois qu'une direction d'écoulement et une matrice d'accumulation ont été créées, des requêtes peuvent être effectuées pour montrer les zones de contribution ou de dispersion à un certain point. Plus de détails peuvent être ajoutés au modèle, tels que la rugosité du terrain, les types de végétation et les types de sol, qui peuvent influencer les taux d'infiltration et d'évapotranspiration, et donc influencer l'écoulement de surface. L'une des principales utilisations de la modélisation hydrologique est la recherche sur la contamination de l'environnement . D'autres applications de la modélisation hydrologique comprennent la cartographie des eaux souterraines et des eaux de surface , ainsi que les cartes des risques d'inondation.

Modélisation cartographique

Un exemple d'utilisation de couches dans une application SIG. Dans cet exemple, la couche de couverture forestière (vert clair) forme la couche inférieure, avec la couche topographique (lignes de contour) au-dessus. Vient ensuite une couche d'eau stagnante (étang, lac), puis une couche d'eau courante (ruisseau, rivière), suivie de la couche limite et enfin de la couche de route au-dessus. L'ordre est très important afin d'afficher correctement le résultat final. Notez que les étangs sont superposés sous les ruisseaux, de sorte qu'une ligne de ruisseau peut être vue recouvrant l'un des étangs.

Dana Tomlin a probablement inventé le terme « modélisation cartographique » dans sa thèse de doctorat (1983); il l'a utilisé plus tard dans le titre de son livre, Systèmes d'information géographique et modélisation cartographique (1990). La modélisation cartographique fait référence à un processus où plusieurs couches thématiques d'une même zone sont produites, traitées et analysées. Tomlin a utilisé des couches raster, mais la méthode de superposition (voir ci-dessous) peut être utilisée de manière plus générale. Les opérations sur les couches cartographiques peuvent être combinées dans des algorithmes, et éventuellement dans des modèles de simulation ou d'optimisation.

Superposition de carte

La combinaison de plusieurs jeux de données spatiales (points, lignes ou polygones ) crée un nouveau jeu de données vectorielles en sortie, visuellement similaire à l'empilement de plusieurs cartes de la même région. Ces superpositions sont similaires aux superpositions mathématiques du diagramme de Venn . Une superposition d' union combine les caractéristiques géographiques et les tables attributaires des deux entrées en une seule nouvelle sortie. Une superposition d' intersection définit la zone où les deux entrées se chevauchent et conserve un ensemble de champs attributaires pour chacune. Une superposition de différence symétrique définit une zone de sortie qui comprend la zone totale des deux entrées, à l'exception de la zone de chevauchement.

L'extraction de données est un processus SIG similaire à la superposition vectorielle, bien qu'il puisse être utilisé dans l'analyse de données vectorielles ou raster. Plutôt que de combiner les propriétés et les caractéristiques des deux ensembles de données, l'extraction de données implique l'utilisation d'un « clip » ou d'un « masque » pour extraire les caractéristiques d'un ensemble de données qui se trouvent dans l'étendue spatiale d'un autre ensemble de données.

Dans l'analyse de données raster, la superposition de jeux de données est accomplie grâce à un processus appelé « opération locale sur plusieurs rasters » ou « algèbre de carte », grâce à une fonction qui combine les valeurs de la matrice de chaque raster . Cette fonction peut peser certaines entrées plus que d'autres grâce à l'utilisation d'un « modèle d'indice » qui reflète l'influence de divers facteurs sur un phénomène géographique.

Géostatistique

La géostatistique est une branche de la statistique qui traite des données de terrain, des données spatiales avec un indice continu. Il fournit des méthodes pour modéliser la corrélation spatiale et prédire des valeurs à des emplacements arbitraires (interpolation).

Lorsque des phénomènes sont mesurés, les méthodes d'observation dictent la précision de toute analyse ultérieure. En raison de la nature des données (par exemple, les modèles de trafic dans un environnement urbain, les conditions météorologiques au-dessus de l' océan Pacifique ), un degré de précision constant ou dynamique est toujours perdu dans la mesure. Cette perte de précision est déterminée à partir de l'échelle et de la distribution de la collecte de données.

Pour déterminer la pertinence statistique de l'analyse, une moyenne est déterminée afin que des points (gradients) en dehors de toute mesure immédiate puissent être inclus pour déterminer leur comportement prévu. Cela est dû aux limites des méthodes de collecte de statistiques et de données appliquées, et l'interpolation est nécessaire pour prédire le comportement des particules, des points et des emplacements qui ne sont pas directement mesurables.

Modèle d'ombrage dérivé d'un modèle numérique d'élévation de la région de Valestra dans le nord des Apennins (Italie)

L'interpolation est le processus par lequel une surface est créée, généralement un jeu de données raster, grâce à l'entrée de données collectées à un certain nombre de points d'échantillonnage. Il existe plusieurs formes d'interpolation, chacune traitant les données différemment, selon les propriétés de l'ensemble de données. En comparant les méthodes d'interpolation, la première considération devrait être de savoir si les données sources changeront ou non (exactes ou approximatives). Vient ensuite la question de savoir si la méthode est subjective, une interprétation humaine ou objective. Ensuite, il y a la nature des transitions entre les points : sont-elles abruptes ou graduelles. Enfin, il s'agit de savoir si une méthode est globale (elle utilise l'ensemble des données pour former le modèle) ou locale où un algorithme est répété pour une petite section de terrain.

L'interpolation est une mesure justifiée en raison d'un principe d'autocorrélation spatiale qui reconnaît que les données collectées à n'importe quelle position auront une grande similitude ou une grande influence de ces emplacements dans son voisinage immédiat.

Les modèles d'altitude numériques , les réseaux irréguliers triangulés , les algorithmes de recherche de contours, les polygones de Thiessen , l'analyse de Fourier , les moyennes mobiles (pondérées) , la pondération de distance inverse , le krigeage , la spline et l' analyse de surface de tendance sont toutes des méthodes mathématiques permettant de produire des données interpolées.

Géocodage d'adresse

Le géocodage consiste à interpoler les emplacements spatiaux (coordonnées X, Y) à partir des adresses postales ou de toute autre donnée référencée dans l'espace, telles que les codes postaux , les lots de parcelles et les emplacements d'adresses. Un thème de référence est requis pour géocoder des adresses individuelles, comme un fichier d'axe de route avec des plages d'adresses. Les emplacements d'adresses individuelles ont été historiquement interpolés, ou estimés, en examinant des plages d'adresses le long d'un segment de route. Ceux-ci sont généralement fournis sous la forme d'une table ou d'une base de données. Le logiciel placera alors un point approximativement à l'endroit où cette adresse appartient le long du segment de la ligne médiane. Par exemple, un point d'adresse de 500 sera au milieu d'un segment de ligne qui commence par l'adresse 1 et se termine par l'adresse 1 000. Le géocodage peut également être appliqué à des données parcellaires réelles, généralement à partir de cartes fiscales municipales. Dans ce cas, le résultat du géocodage sera un espace réellement positionné par opposition à un point interpolé. Cette approche est de plus en plus utilisée pour fournir des informations de localisation plus précises.

Géocodage inversé

Le géocodage inversé est le processus consistant à renvoyer un numéro d' adresse postale estimé en rapport avec une coordonnée donnée. Par exemple, un utilisateur peut cliquer sur un thème d'axe de route (fournissant ainsi une coordonnée) et obtenir des informations renvoyées qui reflètent le numéro de maison estimé. Ce numéro de maison est interpolé à partir d'une plage attribuée à ce segment de route. Si l'utilisateur clique au milieu d'un segment qui commence par l'adresse 1 et se termine par 100, la valeur renvoyée sera quelque part proche de 50. Notez que le géocodage inversé ne renvoie pas les adresses réelles, seulement des estimations de ce qui devrait être là en fonction de la valeur prédéterminée. gamme.

Analyse décisionnelle multicritères

Couplées au SIG, les méthodes d' analyse décisionnelle multicritères aident les décideurs à analyser un ensemble de solutions spatiales alternatives, telles que l'habitat écologique le plus probable pour la restauration, par rapport à de multiples critères, tels que la couverture végétale ou les routes. MCDA utilise des règles de décision pour agréger les critères, ce qui permet de classer ou de hiérarchiser les solutions alternatives. Le SIG MCDA peut réduire les coûts et le temps nécessaires à l'identification des sites de restauration potentiels.

Sortie de données et cartographie

La cartographie est la conception et la production de cartes ou de représentations visuelles de données spatiales. La grande majorité de la cartographie moderne est réalisée à l'aide d'ordinateurs, généralement à l'aide de SIG, mais la production d'une cartographie de qualité est également réalisée en important des couches dans un programme de conception pour l'affiner. La plupart des logiciels SIG donnent à l'utilisateur un contrôle substantiel sur l'apparence des données.

Le travail cartographique remplit deux fonctions principales :

Premièrement, il produit des graphiques à l'écran ou sur papier qui transmettent les résultats de l'analyse aux personnes qui prennent les décisions concernant les ressources. Des cartes murales et d'autres graphiques peuvent être générés, permettant au spectateur de visualiser et donc de comprendre les résultats d'analyses ou de simulations d'événements potentiels. Les serveurs de cartes Web facilitent la distribution des cartes générées via des navigateurs Web à l'aide de diverses implémentations d'interfaces de programmation d'applications Web ( AJAX , Java , Flash , etc.).

Deuxièmement, d'autres informations de base de données peuvent être générées pour une analyse ou une utilisation ultérieure. Un exemple serait une liste de toutes les adresses à moins d'un mile (1,6 km) d'un déversement toxique.

Techniques d'affichage graphique

Une carte topographique traditionnelle rendue en 3D

Les cartes traditionnelles sont des abstractions du monde réel, un échantillon d'éléments importants représentés sur une feuille de papier avec des symboles pour représenter des objets physiques. Les personnes qui utilisent des cartes doivent interpréter ces symboles. Les cartes topographiques montrent la forme de la surface terrestre avec des courbes de niveau ou avec un relief ombré .

Aujourd'hui, les techniques d'affichage graphique telles que l' ombrage basé sur l' altitude dans un SIG peuvent rendre visibles les relations entre les éléments de la carte, augmentant ainsi la capacité d'une personne à extraire et à analyser des informations. Par exemple, deux types de données ont été combinés dans un SIG pour produire une vue en perspective d'une partie du comté de San Mateo , en Californie .

  • Le modèle numérique d'élévation , composé d'élévations de surface enregistrées sur une grille horizontale de 30 mètres, montre les hautes élévations en blanc et les basses élévations en noir.
  • L' image Landsat Thematic Mapper qui l' accompagne montre une image infrarouge en fausses couleurs regardant la même zone en pixels de 30 mètres, ou éléments d'image, pour les mêmes points de coordonnées, pixel par pixel, que les informations d'altitude.

Un SIG a été utilisé pour enregistrer et combiner les deux images pour restituer la vue en perspective tridimensionnelle regardant la faille de San Andreas , en utilisant les pixels de l'image Thematic Mapper, mais ombrée en utilisant l'élévation des reliefs . L'affichage SIG dépend du point de vue de l' observateur et de l'heure de la journée de l'affichage, pour rendre correctement les ombres créées par les rayons du soleil à cette latitude, longitude et heure de la journée.

Un archéochrome est une nouvelle façon d'afficher des données spatiales. C'est une thématique sur une carte 3D qui est appliquée à un bâtiment spécifique ou à une partie d'un bâtiment. Il est adapté à l'affichage visuel des données de déperdition thermique.

ETL spatial

Les outils ETL spatiaux fournissent la fonctionnalité de traitement des données des logiciels traditionnels d' extraction, de transformation et de chargement  (ETL), mais en mettant l'accent sur la capacité de gérer les données spatiales. Ils offrent aux utilisateurs de SIG la possibilité de traduire des données entre différentes normes et formats propriétaires, tout en transformant géométriquement les données en cours de route. Ces outils peuvent se présenter sous la forme de compléments à des logiciels existants à plus grande échelle tels que des feuilles de calcul .

Exploration de données SIG

Le SIG ou l' exploration de données spatiales est l'application de méthodes d'exploration de données aux données spatiales. L'exploration de données, qui est la recherche partiellement automatisée de modèles cachés dans de grandes bases de données, offre de grands avantages potentiels pour la prise de décision appliquée basée sur les SIG. Les applications typiques incluent la surveillance environnementale. Une caractéristique de ces applications est que la corrélation spatiale entre les mesures de données nécessite l'utilisation d'algorithmes spécialisés pour une analyse plus efficace des données.

Applications

Depuis son origine dans les années 1960, le SIG a été utilisé dans une gamme toujours croissante d'applications, corroborant l'importance généralisée de la localisation et aidé par la réduction continue des obstacles à l'adoption de la technologie géospatiale. Les centaines d'utilisations différentes du SIG peuvent être classées de plusieurs manières :

  • Objectif : l' objectif d' une application peut être globalement classé comme la recherche scientifique ou la gestion des ressources . Le but de la recherche , défini le plus largement possible, est de découvrir de nouvelles connaissances ; cela peut être effectué par quelqu'un qui se considère comme un scientifique, mais peut également être fait par quiconque essaie d'apprendre pourquoi le monde semble fonctionner comme il le fait. Une étude aussi pratique que de déchiffrer pourquoi un site commercial a échoué serait une recherche dans ce sens. La gestion (parfois appelée applications opérationnelles), également définie de manière aussi large que possible, est l'application des connaissances pour prendre des décisions pratiques sur la façon d'utiliser les ressources sur lesquelles on a le contrôle pour atteindre ses objectifs. Ces ressources peuvent être le temps, le capital, la main-d'œuvre, l'équipement, la terre, les gisements minéraux, la faune, etc.
    • Niveau décisionnel : Les applications de gestion ont été en outre classées comme stratégiques , tactiques , opérationnelles , une classification courante dans la gestion d'entreprise . Les tâches stratégiques sont des décisions visionnaires à long terme sur les objectifs à atteindre, par exemple si une entreprise doit se développer ou non. Les tâches tactiques sont des décisions à moyen terme sur la façon d'atteindre des objectifs stratégiques, comme une forêt nationale créant un plan de gestion des pâturages. Les décisions opérationnelles concernent les tâches quotidiennes, telles qu'une personne trouvant le chemin le plus court vers une pizzeria.
  • Sujet : les domaines dans lesquels les SIG sont appliqués relèvent en grande partie de ceux concernés par le monde humain (par exemple, économie , politique , transport , éducation , architecture de paysage , archéologie , urbanisme , immobilier , santé publique , cartographie de la criminalité , défense nationale ), et ceux concernés par le monde naturel (par exemple, la géologie , la biologie , l' océanographie , le climat ). Cela dit, l'une des puissantes capacités des SIG et de la perspective spatiale de la géographie est leur capacité d'intégration à comparer des sujets disparates, et de nombreuses applications concernent de multiples domaines. Des exemples de domaines d'application humains-naturels intégrés incluent l' atténuation des risques naturels , la gestion de la faune , le développement durable , les ressources naturelles et la réponse au changement climatique .
  • Institution : Le SIG a été mis en œuvre dans différents types d'institutions : gouvernement (à tous les niveaux, du municipal à l'international), entreprises (de tous types et de toutes tailles), organisations à but non lucratif (même des églises), ainsi qu'à des fins personnelles . Ce dernier est devenu de plus en plus important avec la montée en puissance des smartphones compatibles avec la localisation.
  • Durée de vie : les implémentations SIG peuvent être centrées sur un projet ou une entreprise . Un SIG de projet est axé sur l'accomplissement d'une seule tâche : les données sont recueillies, l'analyse est effectuée et les résultats sont produits séparément de tout autre projet que la personne peut exécuter, et la mise en œuvre est essentiellement transitoire. Un SIG d'entreprise est destiné à être une institution permanente, comprenant une base de données soigneusement conçue pour être utile pour une variété de projets sur de nombreuses années, et est probablement utilisée par de nombreuses personnes dans une entreprise, certaines étant employées à temps plein uniquement pour maintenir ce.
  • Intégration : Traditionnellement, la plupart des applications SIG étaient autonomes , utilisant un logiciel SIG spécialisé, du matériel spécialisé, des données spécialisées et des professionnels spécialisés. Bien que celles-ci restent communes à nos jours, les applications intégrées ont considérablement augmenté, à mesure que la technologie géospatiale a été fusionnée dans des applications d'entreprise plus larges, partageant une infrastructure informatique, des bases de données et des logiciels, utilisant souvent des plates-formes d'intégration d'entreprise telles que SAP .

La mise en œuvre d'un SIG est souvent motivée par des exigences juridictionnelles (comme une ville), un objectif ou des exigences d'application. Généralement, une implémentation SIG peut être conçue sur mesure pour une organisation. Par conséquent, un déploiement SIG développé pour une application, une juridiction, une entreprise ou un objectif peut ne pas être nécessairement interopérable ou compatible avec un SIG qui a été développé pour une autre application, juridiction, entreprise ou objectif.

Le SIG s'oriente également vers les services basés sur la localisation , qui permettent aux appareils mobiles compatibles GPS d'afficher leur position par rapport à des objets fixes (restaurant le plus proche, station-service, bouche d'incendie) ou des objets mobiles (amis, enfants, voiture de police), ou à relayer leur position vers un serveur central pour affichage ou autre traitement.

Normes Open Geospatial Consortium

L' Open Geospatial Consortium (OGC) est un consortium industriel international de 384 entreprises, agences gouvernementales, universités et individus participant à un processus de consensus pour développer des spécifications de géotraitement accessibles au public. Les interfaces et protocoles ouverts définis par les spécifications OpenGIS prennent en charge des solutions interopérables qui « géo-activent » le Web, les services sans fil et basés sur la localisation, et l'informatique générale, et permettent aux développeurs de technologies de rendre les informations et services spatiaux complexes accessibles et utiles avec toutes sortes d'applications . Les protocoles Open Geospatial Consortium incluent le service de carte Web et le service d'entités Web .

Les produits SIG sont répartis par l'OGC en deux catégories, en fonction de la manière dont le logiciel respecte complètement et précisément les spécifications de l'OGC.

Les normes OGC aident les outils SIG à communiquer.

Les produits conformes sont des produits logiciels conformes aux spécifications OpenGIS de l'OGC. Lorsqu'un produit a été testé et certifié conforme via le programme de test OGC, le produit est automatiquement enregistré comme « conforme » sur ce site.

Les produits d'implémentation sont des produits logiciels qui implémentent les spécifications OpenGIS mais n'ont pas encore réussi un test de conformité. Les tests de conformité ne sont pas disponibles pour toutes les spécifications. Les développeurs peuvent enregistrer leurs produits comme appliquant des spécifications provisoires ou approuvées, bien que l'OGC se réserve le droit d'examiner et de vérifier chaque entrée.

Cartographie Web

Ces dernières années, il y a eu une prolifération de logiciels de cartographie gratuits et facilement accessibles, tels que les applications Web propriétaires Google Maps et Bing Maps , ainsi que l' alternative gratuite et open source OpenStreetMap . Ces services donnent au public accès à d'énormes quantités de données géographiques, perçues par de nombreux utilisateurs comme étant aussi fiables et utilisables que des informations professionnelles.

Certains d'entre eux, comme Google Maps et OpenLayers , exposent une interface de programmation d'applications (API) qui permet aux utilisateurs de créer des applications personnalisées. Ces boîtes à outils offrent généralement des cartes routières, des images aériennes/satellites, des fonctionnalités de géocodage, de recherche et de routage. La cartographie Web a également découvert le potentiel du crowdsourcing de géodonnées dans des projets comme OpenStreetMap , qui est un projet collaboratif pour créer une carte du monde modifiable gratuitement. Il a été prouvé que ces projets de mashup offrent un niveau élevé de valeur et d'avantages aux utilisateurs finaux en dehors de ceux possibles grâce à l'information géographique traditionnelle.

Ajouter la dimension du temps

L'état de la surface, de l'atmosphère et du sous-sol de la Terre peut être examiné en introduisant des données satellitaires dans un SIG. La technologie SIG donne aux chercheurs la possibilité d'examiner les variations des processus terrestres au fil des jours, des mois et des années. À titre d'exemple, les changements de vigueur de la végétation au cours d'une saison de croissance peuvent être animés pour déterminer quand la sécheresse a été la plus étendue dans une région particulière. Le graphique résultant représente une mesure approximative de la santé des plantes. Travailler avec deux variables au fil du temps permettrait alors aux chercheurs de détecter des différences régionales dans le décalage entre une baisse des précipitations et son effet sur la végétation.

La technologie SIG et la disponibilité de données numériques à l'échelle régionale et mondiale permettent de telles analyses. La sortie du capteur satellite utilisée pour générer un graphique de végétation est produite par exemple par le radiomètre avancé à très haute résolution (AVHRR). Ce système de capteurs détecte les quantités d'énergie réfléchies par la surface de la Terre à travers diverses bandes du spectre pour des surfaces d'environ 1 kilomètre carré. Le capteur satellite produit des images d'un endroit particulier sur la Terre deux fois par jour. AVHRR et plus récemment le spectroradiomètre imageur à résolution modérée (MODIS) ne sont que deux des nombreux systèmes de capteurs utilisés pour l'analyse de la surface de la Terre.

En plus de l'intégration du temps dans les études environnementales, le SIG est également exploré pour sa capacité à suivre et à modéliser les progrès des humains tout au long de leurs routines quotidiennes. Un exemple concret de progrès dans ce domaine est la publication récente de données démographiques temporelles par le US Census . Dans cet ensemble de données, les populations des villes sont présentées pour les heures diurnes et nocturnes, mettant en évidence le modèle de concentration et de dispersion généré par les modèles de navettage en Amérique du Nord. La manipulation et la génération de données requises pour produire ces données n'auraient pas été possibles sans le SIG.

L'utilisation de modèles pour projeter les données détenues par un SIG dans le temps a permis aux planificateurs de tester les décisions politiques à l'aide de systèmes d' aide à la décision spatiale .

Sémantique

Les outils et les nouvelles technologies du World Wide Web Consortium de Web sémantique se révèlent utiles pour l' intégration des données des problèmes dans les systèmes d'information. En conséquence, de telles technologies ont été proposées comme moyen de faciliter l' interopérabilité et la réutilisation des données entre les applications SIG. et aussi pour permettre de nouveaux mécanismes d'analyse.

Les ontologies sont un élément clé de cette approche sémantique car elles permettent une spécification formelle et lisible par machine des concepts et des relations dans un domaine donné. Cela permet à son tour à un SIG de se concentrer sur la signification voulue des données plutôt que sur leur syntaxe ou leur structure. Par exemple, le raisonnement selon lequel un type de couverture terrestre classé comme arbres à feuilles caduques dans un jeu de données est une spécialisation ou un sous-ensemble de forêt de type couverture terrestre dans un autre jeu de données classé plus grossièrement peut aider un SIG à fusionner automatiquement les deux jeux de données sous la classification plus générale de la couverture terrestre. Ontologies provisoires ont été mis au point dans les domaines liés aux applications SIG, par exemple l'ontologie de l' hydrologie développée par l' Ordnance Survey au Royaume-Uni et la douce ontologies développé par la NASA du Jet Propulsion Laboratory . En outre, des ontologies plus simples et des normes de métadonnées sémantiques sont proposées par le groupe W3C Geo Incubator pour représenter les données géospatiales sur le Web. GeoSPARQL est une norme développée par l'Ordnance Survey, le United States Geological Survey , Natural Resources Canada , l' Organisation australienne de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth et d'autres pour soutenir la création et le raisonnement d'ontologies à l'aide de littéraux OGC bien compris (GML, WKT), de relations topologiques (Simple Fonctionnalités, RCC8, DE-9IM), RDF et les protocoles de requête de base de données SPARQL .

Les résultats de la recherche récente dans ce domaine peuvent être consultés dans la Conférence internationale sur la sémantique géospatiale et l'atelier Terra Cognita - Directions to the Geospatial Semantic Web à la Conférence internationale sur le Web sémantique.

Implications des SIG sur la société

Avec la vulgarisation des SIG dans la prise de décision, les chercheurs ont commencé à scruter les implications sociales et politiques des SIG. Le SIG peut également être utilisé à mauvais escient pour déformer la réalité à des fins individuelles et politiques. Il a été avancé que la production, la distribution, l'utilisation et la représentation de l'information géographique sont en grande partie liées au contexte social et ont le potentiel d'accroître la confiance des citoyens dans le gouvernement. D'autres sujets connexes incluent des discussions sur le droit d' auteur , la confidentialité et la censure . Une approche sociale plus optimiste de l'adoption du SIG consiste à l'utiliser comme un outil de participation du public.

Dans l'éducation

À la fin du 20e siècle, les SIG ont commencé à être reconnus comme des outils pouvant être utilisés en classe. Les avantages des SIG dans l'éducation semblent axés sur le développement de la pensée spatiale , mais il n'y a pas assez de bibliographie ou de données statistiques pour montrer la portée concrète de l'utilisation des SIG dans l'éducation dans le monde, bien que l'expansion ait été plus rapide dans les pays où le programme d'études les mentionne.

Les SIG semblent apporter de nombreux avantages dans l'enseignement de la géographie car ils permettent des analyses basées sur des données géographiques réelles et aident également à soulever de nombreuses questions de recherche des enseignants et des élèves dans les salles de classe, ainsi qu'ils contribuent à l'amélioration des apprentissages en développant la pensée spatiale et géographique et, dans de nombreux cas, la motivation des étudiants.

Dans le gouvernement local

Le SIG a fait ses preuves en tant que technologie d'entreprise, durable et à l'échelle de l'organisation qui continue de changer la façon dont le gouvernement local fonctionne. Les agences gouvernementales ont adopté la technologie SIG comme méthode pour mieux gérer les domaines suivants de l'organisation gouvernementale :

  • Les services de développement économique utilisent des outils de cartographie SIG interactifs, agrégés avec d'autres données (démographie, main-d'œuvre, entreprise, industrie, talents) ainsi qu'une base de données des sites et bâtiments commerciaux disponibles afin d'attirer les investissements et de soutenir les entreprises existantes. Les entreprises qui prennent des décisions d'emplacement peuvent utiliser les outils pour choisir les communautés et les sites qui correspondent le mieux à leurs critères de réussite. GIS Planning est le principal fournisseur de l'industrie d'outils Web de données SIG pour le développement économique et l'attraction d'investissements. Un service du Financial Times , les logiciels ZoomProspector Enterprise et Intelligence Components de GIS Planning sont utilisés dans le monde entier. Cela comprend 30 organisations de développement économique à l'échelle de l'État américain, la majorité des 100 premières régions métropolitaines d'Amérique du Nord et un certain nombre d'agences d'attraction d'investissements en Europe et en Amérique latine.
  • Opérations de sécurité publique telles que les centres d'opérations d'urgence, la prévention des incendies, la technologie mobile et la répartition de la police et du shérif, et la cartographie des risques météorologiques.
  • Les services des parcs et loisirs et leurs fonctions dans l'inventaire des actifs, la conservation des terres, la gestion des terres et la gestion des cimetières.
  • Travaux publics et services publics, suivi du drainage des eaux et des eaux pluviales, des actifs électriques, des projets d'ingénierie et des actifs et tendances des transports publics.
  • Fibre Network Management pour les actifs de réseau interministériel
  • Données analytiques et démographiques de l'école, gestion des actifs et planification de l'amélioration/de l'expansion
  • Administration publique pour les données électorales, les registres de propriété et le zonage/la gestion.

L'initiative Open Data pousse le gouvernement local à tirer parti de la technologie telle que la technologie SIG, car elle englobe les exigences pour s'adapter au modèle de transparence Open Data/Open Government. Avec Open Data, les organisations gouvernementales locales peuvent mettre en œuvre des applications d'engagement citoyen et des portails en ligne, permettant aux citoyens de voir des informations sur les terres, de signaler les nids-de-poule et les problèmes de signalisation, de visualiser et de trier les parcs par actifs, de visualiser les taux de criminalité en temps réel et les réparations des services publics, et bien plus encore. La poussée des données ouvertes au sein des organisations gouvernementales entraîne la croissance des dépenses en technologie SIG des gouvernements locaux et de la gestion des bases de données.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes