Étude bibliographie autour des méthodes et formalismes pour la conception

méthodes et formalismes pour la conception

des systèmes d’information géographique :

Comparaison avec le Métamodèle SIG

Avertissement : Les entités référencées et leurs propriétés de spatialité et de temporalité sont au cœur de

l’étude bibliographique du présent chapitre. Pour ne pas alourdir ce dernier, nous avons volontairement consacré la Partie C à une formalisation des concepts liés aux langages SIG et pictogrammiques. Il est donc conseillé de s'approprier cette formalisation au préalable car la comparaison des méthodes et des formalismes présentée dans ce chapitre repose essentiellement sur cette formalisation.

Afin d’atteindre notre objectif élémentaire de réaliser d’un outil d’aide à la conception de Systèmes d’Information Géographique, une première étape a consisté à s’approprier les méthodes et les formalismes déjà existants qui permettent de concevoir et de réaliser des Systèmes d’Information Géographique.

Le but final de cette appropriation était d’adopter une méthode ou un formalisme afin de l’intégrer dans notre outil d’aide à la conception de Systèmes d’Information Géographique.

Ainsi, le paragraphe I reprend un extrait du texte de présentation du Système européen de navigation par satellite GALILEO pour montrer l’importance stratégique prise par l’Information Géographique. Il présente aussi les spécificités propres à cette typologie d’information et donne un aperçu du nombre de méthodes et de formalismes créés au cours de la dernière décennie.

Le nom d’un même concept étant différent d’une méthode ou formalisme à l’autre, nous avons ressenti le besoin d’effectuer une étude autour de la terminologie utilisée pour désigner les propriétés spatiales et temporelles des concepts étudiés.

Le langage pictogrammique de l’atelier de génie logiciel Perceptory nous paraissant au premier abord le plus « riche » en termes de capacité d’expression des propriétés spatiales et temporelles, l’étude terminologique a été mené sur ce langage. Elle a permis de construire trois taxinomies terminologiques (cf. Chapitre 7) desquelles un métamodèle du langage pictogrammique a été dérivé.

Ce métamodèle a été ensuite utilisé comme instrument de comparaison de la capacité d’expression des méthodes ou des formalismes.

Au paragraphe II, nous proposons des définitions du vocabulaire utilisé pour désigner certains concepts clés évoqués et manipulés tout au long du présent document.

Le paragraphe III replace les langages SIG et pictogrammique issus de l’étude terminologique du Chapitre 7 dans le contexte de l’atelier de génie logiciel Perceptory.

Au paragraphe IV, nous avons comparé la capacité d’expression d’un certain nombre de méthodes et formalismes soit parce qu’ils sont reconnus internationalement soit parce qu’ils présentent des caractéristiques techniques ou scientifiques intéressantes. La nature internationale et le caractère consensuel des normes du domaine de l’Information Géographique ont conduit à les inclure dans cette étude comparative.

Outre la capacité d’expression, ces méthodes, formalismes et normes ont été analysés en portant une attention toute particulière sur les points suivants : existence ou non de pictogrammes associés, prise en compte ou non de la dimension du système de coordonnées, génération d’un Patron de conception SIG au sens de la définition 81 et enfin l’implémentation ou non de la méthode ou du formalisme dans un outil informatique.

Sommaire détaillé

I Généralités et spécificités du domaine l’information géographique... 24

II Définitions générales ... 25

III Le langage pictogrammique de l’atelier de génie logiciel Perceptory ... 26

IV Concepts SIG mis en œuvre par différents formalismes et méthodes de modélisation

de système d’information géographique ... 27

IV.1 CONGOO (CONception Géographique Orientée Objet) ... 27 IV.2 GeoFrame... 28 IV.3 MADS (Modeling of Application Data with Spatio-temporal features) ... 30 IV.4 La Normalisation relative aux concepts de spatialité et de temporalité ... 32 IV.4.1 Normes ISO 19107, ISO 19108 et ISO 19109 ... 32 IV.4.2 Spécifications OGC ... 33 IV.5 POLLEN (Procédure d’Observation et de Lecture de L’ENvironnement) ... 34 IV.6 STER (Spatio-Temporal Entity/Relation)... 36

V Conclusion... 38

I

GENERALITES ET SPECIFICITES DU DOMAINE L’INFORMATION

GEOGRAPHIQUE

Ces dernières années, l’Information Géographique dans sa forme numérique est devenue une information stratégique aussi bien pour les organismes ou les sociétés qui produisent cette information ou la commercialisent que pour les états qui la destinent à une multitude d’applications tels que le transport (localisation de véhicules, recherche d’itinéraire, contrôle de la vitesse, systèmes de guidage, etc.), les services sociaux (par exemple aide aux handicapés ou aux personnes âgées), la justice et les douanes (contrôles frontaliers), les travaux publics (Systèmes d'Information Géographique), le sauvetage de personnes en détresse ou les loisirs (orientation en mer et en montagne, etc.) (Commission Européenne, Site Web non daté).

De fait, l’Information Géographique manipule des concepts du domaine étudié qui ont la particularité d’être décrit de manière unique et générique (Claramunt et al., 1997 ; Gayte et al., 1997) par :

Des propriétés8 thématiques qui décrivent le domaine modélisé, par exemple l’occupation du sol, le réseau hydrologique d’un territoire, etc.

Des propriétés spatiales qui précisent la nature géométrique du concept thématique étudié. Par exemple, Polygone.

Des propriétés temporelles qui rendent compte de l’existence et/ou de l'évolution de l’entité modélisée. Par exemple,

Instant

Les propriétés temporelles ont un statut particulier dans la mesure où elles peuvent s'appliquer, indépendamment ou simultanément, sur le concept lui-même ou sur la propriété spatiale. Lorsqu’elles s’appliquent sur la propriété thématique, elles rendent compte de l’évolution du concept thématique alors que lorsqu’elles s'appliquent sur la propriété spatiale, elles renseignent l’évolution de la propriété spatiale dans le temps.

Cette dernière typologie concerne un très grand nombre d’objets : ceux qui sont en mouvement (

Véhicule

en déplacement par exemple), ceux dont la géométrie change au cours de leur vie (évolution de la surface d’un

Lac

) et bien d’autres objets dont l’énumération exhaustive serait impossible.

La typologie d’objets possédant les propriétés listées ci-dessus sont dits Entités géographiques (Claramunt et al., 1997 ; Gayte et al., 1997).

L’importance stratégique et l’usage généralisé de l’Information Géographique ont donné lieu d’une part, à de nombreux travaux de recherche afin de faciliter la modélisation et la conception des Systèmes d’Information Géographique et, d’autre part, à des travaux de normalisation.

Un nombre important de méthodes et de formalismes ont été conçus depuis une vingtaine d’années (Bédard et al., 1989) mais, au cours de la dernière décennie, le nombre de méthodes et de formalismes a littéralement explosé :

Aigle et T-Aigle (Lbath, 1997 ; Lbath et al., 2000),

CONGOO (Pantazis et al., 1996),

Extent UML (Price et al., 1999),

ERT (Renolen, 1997),

GeoFrame (Filho et al., 1999a ; Rocha et al., 2001),

GeoOOA (Kösters et al., 1997), Geo-OM (Tryfona et al., 1997),

GISER (Shekhar et al., 1997),

MADS (Parent et al., 1997b ; Vangenot, 2001),

OMT-G (Borges et al., 2001),

Perceptory (Bédard, 1999a ; Larrivée et al., 2005 ; Proulx et al., 2002),

POLLEN (Gayte et al., 1997),

STER (Tryfona et al., 1998a, 1998b ; Tryfona et al., 1999).

La liste présentée par ordre alphabétique est loin d’être exhaustive d’autant plus que de nombreux travaux de recherche ne donnent pas de nom au langage issu de ces travaux, au framework, à la méthode, etc. La plupart de ces méthodes et formalismes étendent soit le formalisme entité/relation soit le formalisme objet.

Aux méthodes et formalismes listés ci-dessus, il faut ajouter les normes produites par l’Organisation Internationale de Standardisation (ISO) et les contributions de l’Open Geospatial Consortium (OGC). Les textes publiés par ces deux instances internationales ne peuvent pas être ignorés car ils résultent d’un consensus entre experts du domaine de l’Information Géographique au niveau international.

Actuellement, les travaux de ces deux instances sont essentiellement axés vers la définition des spécifications permettant d’échanger de l’information géographique. À ce titre, ces travaux contribuent à l’interopérabilité des systèmes.

II

DEFINITIONS GENERALES

Le balayage rapide des méthodes, formalismes, normes, etc. du paragraphe précédent a permis de constater la diversité des noms utilisés pour désigner les propriétés spatiales et temporelles d’une entité géographique. Ces propriétés peuvent être simples ou issues d’une combinaison d’entre-elles. Face à ce constat, nous avons posé les définitions suivantes :

Définition 1 La spatialité désigne, si elle existe, la propriété géométrique d’un concept.

Par exemple, la spatialité du concept thématique

Bâtiment

peut être le polygone de son emprise au sol, le volume du bâtiment, etc. On dit que le concept

Bâtiment

a une spatialité polygonale ou une spatialité

volumique.

Définition 2 La temporalité désigne, si elle existe, la propriété temporelle d’un concept.

Par exemple, la date à laquelle a eu lieu une avalanche est une information indispensable pour la gestion des risques. On dit que le concept thématique

Avalanche

a une temporalité

Instant

Dans notre contexte de travail, le concept d’entité géographique proposé par (Claramunt et al., 1997) et (Gayte et al., 1997) ne correspondant pas exactement à notre perception, nous avons défini le concept d’entité référencée :

Définition 3 Une entité référencée est un concept qui a au moins une spatialité ou au moins une

temporalité. La propriété de temporalité peut renseigner l’entité référencée ou la spatialité.

Le modèle ci-dessous découle de la définition 3 :

Spatialité Entité Référencée 0..1 0..1 {OU} 0..1 Temporalité Spatialité Entité Référencée Entité Référencée 0..1 0..1 {OU} 0..1 Temporalité

Figure 5Modèle d’une entité référencée9.

L’opérateur OU impliqué dans la contrainte est la loi, dite parfois de disjonction inclusive, de l’Algèbre de Boole dont la table de vérité est donnée sur le site http://fr.wikipedia.org/wiki/Algèbre_de_Boole_(logique).

Il faut signaler qu’un concept n’acquiert le statut d’entité référencée que s’il a une propriété spatiale ou

une propriété temporelle. Cette dernière remarque est importante car, dans le processus de modélisation mis en

œuvre dans le cadre de cette recherche, la saisie d’une entité référencée s’effectue en deux temps : d’abord le concept thématique étudié est saisi en utilisant le langage UML et ensuite la spatialité et/ou la temporalité du concept sont ajoutées via le langage pictogrammique.

III

LE LANGAGE PICTOGRAMMIQUE DE L’ATELIER DE GENIE LOGICIEL

PERCEPTORY

Nous ne nous attarderons pas ici sur le langage pictogrammique déployé par l’équipe d’Yvan Bédard dans l’atelier de génie logiciel Perceptory puisque les langages SIG et pictogrammique du Chapitre 7 en sont issus. Ces langages résultent d’une accumulation d’expérience longue de plus de seize ans (Bédard et al., 2004) puisque les travaux de cette équipe ont été les premiers du genre et ont fortement influencé la plupart des méthodes et des formalismes créés par la suite. Cette influence a porté aussi bien sur la sémantique des concepts de spatialité et de temporalité que sur les pictogrammes utilisés pour annoter les concepts thématiques.

Ils font suite aux travaux de recherche en modélisation de bases de données spatio-temporelles (Bédard et al., 1989) qui ont permis de concevoir le formalisme MODUL-R (Bédard et al., 1992 ; Bédard et al., 1996 ; Caron, 1991) comme une extension au formalisme Entité/Relation (Chen, 1976) pour renseigner la spatialité et/ou la temporalité des entités référencées.

Le formalisme MODUL-R a été implémenté dans Orion, premier atelier de génie logiciel incluant les pictogrammes spatiaux et la génération de code automatique (Bédard et al., 2004). MODUL-R et Orion préfiguraient le langage pictogrammique et l’atelier de génie logiciel Perceptory.

Après quelques années d’utilisation de MODUL-R et d’Orion dans différents projets de conception et de développement de bases de données spatio-temporelles, cette équipe a ressentie le besoin d’améliorer le langage pictogrammique. Aussi, en 1996-1997 un langage pictogrammique étendu a été implémenté dans la première version de l’atelier de génie logiciel Perceptory (Bédard et al., 2004). À cette occasion le formalisme Entité/Relation a été abandonné au profit du formalisme objet et du langage UML.

Dans sa version actuelle, Perceptory est un plug-in implémenté dans la plate-forme Visio10. Toutefois, il est en cours de redéveloppement en Java11 et sera intégré dans l’atelier de génie logiciel ArgoUML (ArgoUML, Site Web non daté) qui est un logiciel sous licence libre. L’utilisation de Perceptory sera alors totalement gratuite12.

Dans la version Java, le langage pictogrammique devrait être étendu à la représentation des spatialités dans un espace 3D puisque plusieurs publications (Bédard et al., 2004 ; Larrivée et al., 2005, 2006)) sont issues de cette équipe.

Perceptory a été conçu comme une alternative aux ateliers de génie logiciels professionnels car de nombreuses études montrent que ces derniers sont souvent utilisés comme outil de dessin et que la génération de code est peu exploitée. C’est ce constat qui a amené à n’implémenter dans Perceptory que les principaux concepts UML du diagramme de classes (paquetage, classe, attribut, association, généralisation/spécialisation et notes). Perceptory permet de générer le code SQL pour le SGBDR Oracle.

Dans son processus interne, Perceptory interprète l’information représentée par les pictogrammes pour générer le code SQL correspondant. De ce fait, la gestion des relations entre concepts SIG est déléguée au SGBDR cible, Oracle dans le cas présent. Perceptory utilise donc virtuellement le schéma d’Oracle.

Cet outil simple mais opérationnel donne entière satisfaction pour la modélisation des bases de données. Sur ce créneau, il a les qualités d’un produit industriel. Perceptory peut être mis en œuvre depuis la phase d’analyse jusqu’à la génération de code SQL permettant ainsi de créer des bases de données spatiales et spatio-temporelles. L’atelier de génie logiciel Perceptory est téléchargeable gratuitement sur le site (Bédard, 1998). Bien que téléchargé par les utilisateurs de plus de quarante pays (Bédard et al., 2004), la majorité d’entre eux réside dans les pays du G7. Une documentation et des tutoriaux facilitent la prise en main de cet atelier.

Le cadrage stratégique de Perceptory en fait un outil de modélisation particulièrement adapté à un public peu enclin à investir lourdement dans l’appropriation de langage UML et/ou des utilisateurs disposant de moyens financiers limités.

10_{Visio est un logiciel qu’il est possible d’étendre avec de nouveaux formalismes.} 11

La nouvelle version devrait être disponible fin 2006 (Bédard, 1998).

IV

CONCEPTS SIG MIS EN ŒUVRE PAR DIFFERENTS FORMALISMES ET

METHODES DE MODELISATION DE SYSTEME D’INFORMATION GEOGRAPHIQUE

Les méthodes, formalismes et normes analysés dans ce paragraphe sont présentés suivant un ordre alphabétique. Le lecteur intéressé par une vision historique des méthodes et formalismes dédiés à la conception de Systèmes d’Information Géographique pourra se reporter à la communication de (Filho et al., 1999b) et à celle de (Bédard et al., 2004). La comparaison de la capacité d’expression des méthodes, des formalismes et des normes a été effectuée en s’appuyant sur le Métamodèle SIG (cf. Chapitre 7). Pour ce faire, lorsqu’un concept de spatialité ou de temporalité de la méthode ou du formalisme analysé est sémantiquement identique à un concept du Métamodèle SIG, il est représenté coloré en jaune paille. Dans le cas contraire, il est représenté estompé en gris.

IV.1

CONGOO (CONception Géographique Orientée Objet)

Le formalisme CONGOO est issu des travaux de (Pantazis et al., 1996 ; Pantazis et al., 1997). C’est un formalisme mis en œuvre dans le cadre de la méthode de conduite de projet MECOSIG13 (Pantazis et al., 1996) qui propose une démarche au concepteur d’un Système d’Information Géographique pour réaliser son application. Ce formalisme distingue trois catégories d’objets géographiques : les objets géographiques simples (OGS), composés (OGC) et complexes (OGX).

La première catégorie est composée des entités référencées annotées des concepts de spatialité primitive de nature discrète Point, Ligne et Polygone auxquels il faut ajouter le concept de Surface dont la nature est continue. Le langage SIG défini au Chapitre 7 ne permet pas de modéliser les concepts de spatialité ou de la temporalité de nature continue.

La deuxième catégorie inclut d’une part, les objets géographiques homogènes14 (OGCH) qui correspondent aux entités référencées à multi-spatialité (cf. Chapitre 7-IV.4) et, d’autre part, les objets géographiques composés non homogènes (OGCNH) qui sont les macro-entités référencées d’agrégation (cf. Chapitre 7-IV.3).

La troisième catégorie inclut les objets géographiques complexes qui, comme pour la deuxième catégorie, distingue ceux qui sont homogènes (OGXH) de ceux qui sont non homogènes (OGXNH). Les premiers sont les entités référencées à spatialité multiple (cf. Chapitre 7-IV.2.1.1) et les seconds sont des entités macro-entités référencées d’agrégation composées d’entités référencées à spatialité multiple. Le formalisme CONGOO ne permet pas d’exprimer la spatialité alternative.

Une limite forte du formalisme CONGOO est qu’il ne s’intéresse qu’aux propriétés spatiales des entités référencées. De ce fait, la temporalité et les combinaisons de spatialité et de temporalité ne peuvent pas être exprimées avec ce formalisme. Les spatialités dérivées et temporalités dérivées n’existent pas dans ce formalisme. La figure 6 résume les concepts SIG couverts par le formalisme CONGOO.

Class 0..1 Cardinalité Exacte Cardinalité Optionnelle Cardinalité Intervalle

Cardinalité Concept SIG

0..1 Concept SIG Composite Concept SIG Primitif Concept de Spatialité/Temporalité Concept de Spatialité et Temporalité Conjointe Concept de Spatio-Temporalité 1 1 2 2 2 Concept de Spatialité Primitive Concept de Spatialité Alternative Concept de Spatialité Multiple Concept de Spatialité Complexe Concept de Spatialité Composite Concept de Spatialité Compliquée Concept de Spatialité Multiforme Concept de Spatialité Inconnue

Polygone Ligne Point

Polygone Dérivé Ligne Dérivée Point Dérivé

Cardinalité Concept SIG

Polygone Ligne Point

Polygone Dérivé Ligne Dérivée Point Dérivé

Concept de Spatialité Période Instant Période Dérivée Instant Dérivé 1 1 2 2 2 Concept de Temporalité Primitive Concept de Temporalité Alternative Concept de Temporalité Multiple Concept de Temporalité Complexe Concept de Temporalité Composite Concept de Temporalité Compliquée Concept de Temporalité Multiforme Concept de Temporalité Inconnue Concept de Temporalité 0..1 Cardinalité Exacte Cardinalité Optionnelle Cardinalité Intervalle Cardinalité 0..1 Cardinalité Exacte Cardinalité Optionnelle Cardinalité Intervalle Cardinalité Cardinalité Exacte Cardinalité Optionnelle Cardinalité Intervalle Cardinalité Exacte Cardinalité Exacte Cardinalité Optionnelle Cardinalité Optionnelle Cardinalité Intervalle Cardinalité Intervalle Cardinalité Cardinalité

Cardinalité Concept SIG

Polygone Ligne Point

Polygone Dérivé Ligne Dérivée Point Dérivé

Concept de Spatialité Période Instant Période Dérivée Instant Dérivé 1 1 2 2 2 Concept de Temporalité Primitive Concept de Temporalité Alternative Concept de Temporalité Multiple Concept de Temporalité Complexe Concept de Temporalité Composite Concept de Temporalité Compliquée Concept de Temporalité Multiforme Concept de Temporalité Inconnue Concept de Temporalité Concept SIG 0..1 Concept SIG Concept SIG Concept SIG 0..1 Concept SIG Composite Concept SIG Primitif Concept de Spatialité/Temporalité Concept de Spatialité et Temporalité Conjointe Concept de Spatio-Temporalité 1 1 2 2 2 Concept de Spatialité Primitive Concept de Spatialité Alternative Concept de Spatialité Multiple Concept de Spatialité Complexe Concept de Spatialité Composite Concept de Spatialité Compliquée Concept de Spatialité Multiforme Concept de Spatialité Inconnue

Polygone Ligne Point

Polygone Dérivé Ligne Dérivée Point Dérivé

Concept de Spatialité Période Instant Période Dérivée Instant Dérivé 1 1 2 2 2 Concept de Temporalité Primitive Concept de Temporalité Alternative Concept de Temporalité Multiple Concept de Temporalité Complexe Concept de Temporalité Composite Concept de Temporalité Compliquée Concept de Temporalité Multiforme Concept de Temporalité Inconnue Concept de Temporalité Concept SIG Composite Concept SIG Primitif Concept SIG Composite Concept SIG Composite Concept SIG Composite Concept SIG Primitif Concept SIG Primitif Concept SIG Primitif Concept de Spatialité/Temporalité Concept de Spatialité et Temporalité Conjointe Concept de Spatio-Temporalité 1 1 2 2 2 Concept de Spatialité Primitive Concept de Spatialité Alternative Concept de Spatialité Multiple Concept de Spatialité Complexe Concept de Spatialité Composite Concept de Spatialité Compliquée Concept de Spatialité Multiforme Concept de Spatialité Inconnue

Polygone Ligne Point

Polygone Dérivé Ligne Dérivée Point Dérivé

Dans le document Ingénierie des modèles pour les applications environnementales (Page 42-60)