Introduction aux Systèmes d'Information Géographique (SIG)

• Ce module présente les bases des sciences géospatiales et définit les composantes essentielles des Systèmes d'Information Géographique (SIG).
• Le module traite également des avantages, des applications, des systèmes de coordonnées, des projections cartographiques, des modèles de données (vectoriels et raster), et des sources de données des SIG.
• À la fin de ce module, les étudiants pourront expliquer les concepts de base d'un SIG, décrire ses avantages, choisir une projection adaptée, comparer les modèles de données, et identifier les sources de données pertinentes.

Qu'est-ce qu'un SIG

• Un SIG est un Système d’Information Géographique.
• C'est un système informatique qui facilite la collecte, la maintenance, le stockage, l'analyse, la production et la distribution de données spatiales et non spatiales.
• Les principales fonctions d'un SIG incluent la collecte de données, la maintenance, le stockage, l'analyse, la production de cartes/rapports/statistiques et la diffusion d'informations spatiales/non spatiales.

Composantes d'un SIG

• Un SIG est composé de six parties : le matériel, le logiciel, les données, les méthodes, le réseau et les personnes.
• La partie humaine d'un SIG est celle qui opère et maintient le système.
• Auparavant, les SIG ne comportaient que cinq composantes, mais le réseau a été ajouté avec l'essor d'Internet.

Matériel SIG

• Ordinateurs avec CPU puissants et mémoire vive importante (12-16 GB).
• Écrans de grande taille
• Infrastructure réseau rapide
• Grand espace disque/serveurs.

Logiciel SIG

• Les logiciels SIG permettent la manipulation, le stockage, l'interrogation et l'analyse de données spatiales et non spatiales.
• Exemples de logiciels : Qgis (gratuit) et ArcGIS(commercial).

Données SIG

• Les SIG traitent des informations spatiales et non spatiales stockées numériquement.
• Les informations spatiales sont géoréférencées avec des coordonnées géographiques ou des projections.
• Les informations non spatiales décrivent les caractéristiques des objets géographiques.
• Les SIG peuvent traiter de nombreux types de données.
• Un SIG donne la possibilité de visualiser les données, ce qui permet aux humains de comprendre et de trier les grandes quantités de données.

Méthodes SIG

• Les méthodes SIG incluent des formules, statistiques, analyses et algorithmes pour transformer les données en informations exploitables.
• Les SIG utilisent différentes méthodes pour gérer et analyser les données spatiales.
• L'acquisition de données permet d'intégrer les informations issues de relevés GPS, d'images satellitaires ou de bases de données.
• La modélisation spatiale permet de représenter les informations spatiales.
• L'analyse spatiale permet d'extraire les relations entre les objets.
• La cartographie et la visualisation permettent de communiquer les résultats.
• L'automatisation des traitements améliore l'efficacité des analyses et la prise de décision.

Personnes et Réseau

• La composante humaine des SIG implique tous les utilisateurs, du grand public aux professionnels qualifiés qui développent de nouvelles fonctionnalités.
• La composante réseau désigne l'infrastructure informatique et les réseaux sociaux; les deux réseaux contribuent à la diffusion des données
• Un SIG permet de stocker tous les types d'informations qui permet son utilisation dans divers domaines

Applications des SIG

• Les SIG stockent l'information cadastrale afin de déterminer l'évaluation foncière et les taxes.
• Dans la logistique, les SIG permettent d'optimiser les tournées en tenant comptes des conditions de circulation
• Ils peuvent être utilisés pour la planification stratégique en domaine militaire en cartographiant des zones de conflit et en optimisant les itinéraires
• Les SIG sont utilisés le suivi des cultures, la gestion des sols et l'optimisation des rendements,
• Les SIG facilitent l'étude et la protection de la biodiversité en permettant le suivi des espèces animales
• Les SIG servent aussi dans la gestion des catastrophes pour cartographier les zones à risque, d'anticiper les catastrophes
• Les SIG aident à la gestion des infrastructures, à l'aide à la décision, à l'analyse 3D, la cartographie, le redécoupage électoral, la santé, et l'exploration des données.
• Ils servent également à la gestion des ressources naturelles, la communication et les médias.

Systèmes de coordonnées et projections cartographiques

• En cartographie, les systèmes de coordonnées et les projections cartographiques sont essentiels,.
• Un datum est une surface de référence pour mesurer les emplacements sur la surface terrestre.
• Un datum a deux composantes : la spécification d'un ellipsoïde et l'orientation des latitudes et des longitudes.
• Le référentiel commun le plus utilisé est le Système géodésique mondial de 1984 (WGS 84).
• Le système GPS utilise le système de référence WGS 84.

Systèmes de coordonnées

• Les systèmes de coordonnées sont utilisés pour stocker et manipuler l'espace numériquement.
• Les systèmes de coordonnées 3D représentent la courbure terrestre.
• Ils définissent un emplacement à l'aide de la latitude, de la longitude et d'un rayon.
• La longitude est langle de rotation mesuré d'est en ouest(méridien)
• Les parallèles mesurent l'axe nord-sud sur le globe (latitude)
• Il existe deux formats courants d'affichage : degrés, minutes, secondes et degrés décimaux.

Systèmes de coordonnées 2D

• Systèmes de coordonnées cartésiennes
• Ils ignorent la courbure de la terre et utilisent la hauteur au dessus d'un plan plat.
• La représentation commune est le système de coordonnées transverse de Mercator (UTM) qui divise le monde en 60 zones mesurées en mètres.

Projections cartographiques

• Une projection cartographique est un rendu systématique d'emplacements de la surface terrestre sur une surface plane.
• Elles servent à aplatir la surface courbe de la Terre pour créer des cartes.
• La projection de Mercator est une projection cartographique conforme qui préserve la forme.

TP1 : Exploration des systèmes de coordonnées et des projections cartographiques dans QGIS

• Dans cet exercice, les étudiants apprendront à comprendre et à appliquer les systèmes de coordonnées et projections cartographiques et à explorer les projections cartographiques dans QGIS.
• QGIS (la version la plus récente) et les données shp du monde sont nécessaires.

Modèles de données

• Les modèles de données géospatiales servent à représenter des informations à référence spatiale de manière formelle.
• Ils simplifient les entités physiques et conceptualisent la réalité.
• Les modèles de données se composent d'objets et d'attributs.

Modèle de données géospatiales ?

• Un modèle de données géospatiales est un moyen formel de représenter des informations à référence spatiale.

Types de phénomènes spatiaux

• Discret : tout ce qui peut être distingué individuellement.
• Continu : existe entre les observations.

Organiser les modèles de données géospatiales

• En règle générale, les phénomènes sont organisés par thème dans des modèles de données distincts.
• On peut regrouper les choses qui se ressemblent dans notre esprit et dans nos modèles de données.

Modèle de données vectorielles

• Objets discrets
• Composé de points, de lignes et de polygones constitués de coordonnées et d'attributs

Modèles de données matricielles

• Objets continus (température, altitude...)
• Ensemble régulier de cellules (pixels), grille, matrice
• Chaque cellule contient une seule valeur et la coordonnée de la cellule se réfère au centre de la cellule.
• Résolution spatiale : taille de chaque cellule.

Attributs

• Caractéristiques non spatiales décrivant les entités spatiales
• Disposés dans des tableaux(Les lignes = entités ; les colonnes = attributs)
• Différentes catégories : nominaux, ordinaux, intervalles et ratios.
• Les entiers, les flottants/réels, les textes/chaînes de caractères et les dates sont les différents types de données typiques..

Sources de données

• Les SIG rassemblent des informations géographiques et attributaires.
• Les deux types principaux de données d'un SIG sont : Données spatiales et attributaires
• Lesdonnées peuvent être : préexistantes, collectées sur le terrain ou générées à partir.

Sources de données préexistantes

• Il existent des données disponibles auprès de différentes institutions :
• Cartes : topographiques et thématiques
• Télédétection : Images satellites et photos aériennes
• Bases de données ouvertes : OpenStreetMap, Google earth ou google map
• Administratives : informations sur les limites territoriales et les infrastructures.

Types de relevés sur le terrain

• Relevés GPS avec coordonnées précises
• Enquêtes de terrain par observations et interviews avec Kobotoolbox.
• Drones pour carturer les images haute résolution et produire des modèles 3D.
• Données temps réel collectées par capteurs loT, flux de trafic et météorologie

Données générées

• Données géospatiales créées à partir de combinaisons de techniques (digitalisation, analyse etc.)
• Modèles numériques de terrain (MNT)
• Simulations pour la prédiction des phénomènes
• Digitalisation de supports physiques en données numériques exploitables.
• Traitement de données télédétection pour extraire des informations
• Combinaison et fusion de différentes sources de données

Qualité des Données

• Pour garantir des analyses fiables, les données doivent respecter des critères de qualité :
• Précision spatiale : Les données doivent représenter fidèlement la localisation et la forme des objets
• Actualité : Les données doivent être récentes pour refléter la situation actuelle
• Complétude : Les données couvrir l'ensemble du domaine d'étude sans lacunes significatives
• Consistance et cohérence : Les données doivent être harmonieuses entre elles
• Accessibilité : Les données doivent être facilement accessibles
• Sources fiables : Les données provenant d'institutions reconnues