République Algérienne Démocratique et Populaire
لياعلا ميـلعتلا ةرازو يملعلا ثحبلاو
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
ةـعماج ةبـيسح نب يلعوب فلـشلا
Université Hassiba Benbouali de Chlef
ةعيبطلا مولع ةيلك ةايلحاو
Faculté des Sciences de la Nature et de la Vie
ءالما مسق ةمادتسلما ةيمنتلاو ةئيبلاو
Département Eau, Environnement et Développement Durable
Domaine : Sciences de la nature et de la vie Filière : Ecologie & Environnement
Spécialité : M1 Agro-écologie
Systèmes d'Information Géographique
Par :
TOUBAL Abderrezak Kamel.
Maitre de Conférences Classe B
Année universitaire : 2020/2021
Chapitre I :
Systèmes d’Informations Géographique
« S.I.G »
1 I.1. Historique:
Le mot « géomatique » est un néologisme issu de la contraction des termes « géographie » et
«informatique ». Ce néologisme a été proposé, dans les années 1960 par Bernard Dubuisson. En effet, Bernard Dubuisson considérait que sa profession se renouvelait grâce à l'informatique.
Il eut alors l’idée de mettre en avant le rôle croissant de l’informatique en géographie par la création de ce néologisme. C’est tout d’abord au Québec que le terme de « géomatique » va se développer.
I.1.1. Définition de la géomatique:
La géomatique est une discipline ayant pour objet la gestion des données à référence spatiale par l’intégration des sciences et technologies reliées à leur acquisition, leur stockage, leur traitement et leur diffusion.
La géomatique comprend :
Les Systèmes d’Information Géographiques (SIG);
La télédétection;
L’arpentage par GPS.
I.2. Définition d’un Système d’Information Géographique « S.I.G »
-Un outil de stockage, de gestion et d’exploitation des informations spatialisées
-Un outil informatique permettant la production de cartographie à partir d’une base de données spatialisée
-Une approche intégrant un ensemble technologique (logiciel), informatif (données géographiques) et une méthodologie précise
I.2.1. principales fonctionnalités d’un SIG:
Saisie et stockage numérique de plans et de cartes
Schématisation, organisation et archivage de l’information géographique
Calculs métriques (distances, surfaces, périmètres, volumes), positionnement et projections géographiques
Calculs techniques et d’ingénierie (parcours optimaux, etc.)
Analyse spatiale, statistique et classifications, géostatistique
Télédétection
Géoréférencement, gestion et traitement d’images
Modèles numériques de terrain, géomorphologie, hydrologie, écoulements.
1.2.2. Domaines d’application des sig:
Gestion de l’environnement et du territoire
Cartographie
Gestion côtière
Océanographie
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Santé
Risques naturels
Etc..
I.3.1. géodésie
La géodésie est une science qui vise à déterminer la forme et les dimensions de la terre.
Elle consiste notamment à calculer les coordonnées précises d’un ensemble de points à la surface du globe terrestre.
I.3.1. ellipsoïde
L'ellipsoïde est un volume globalement sphérique présentant un aplatissement aux pôles et servant de référence pour la construction des projections cartographiques.
I.4.Coordonnées géographiques et cartographiques:
Pour se localiser sur l’ellipsoïde de référence, un quadrillage imaginaire a été défini sur sa surface. Ce quadrillage est constitué de méridiens et de parallèles.
Le positionnement d’un point est sphérique (trois dimensions).
Pour passer dans un positionnement planaire (deux dimensions), il est nécessaire de faire appel à une projection.
1.4.1. Définition d’une projection
La projection est donc une fonction mathématique qui permet de convertir la surface de la Terre dans son ensemble ou en partie sur la surface plane d'une carte. Il existe 3 types de projections cartographiques:
3 I.4.2. types de Projection:
Projection cylindrique: La surface de projection est un cylindre tangent ou sécant au modèle de la Terre. Les projections UTM, utilisent ce type de projection.
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Projection conique: La surface de projection est un cône tangent ou sécant. Les projections Lambert et Lambert-93 utilisent ce type de projection.
Projection azimutale équivalente de Lambert: est une manière de projeter une sphère sur un plan, et en particulier, une façon de représenter entièrement la surface de la Terre sous la forme d'un disque. C'est donc une projection cartographique azimutale conçue (parmi d'autres) en 1772 par le mathématicien alsacien Johann Heinrich Lambert.
I.5. Les données dans un SIG:
Deux modèles de données principaux:
Modèle raster (ou matriciel)
Matrice composée de cellules juxtaposées (pixels) correspondant chacune à une valeur.
Raster = Matrice de pixels correspondant chacun à une valeur.
Images
• Images aériennes
• Images satellites
• Cartes scannées
5 Données continues
• MNT (altitude)
• Données de température
• Nuisance d’un phénomène
• Indice de risque
Origine : numérisation (scanner), image numérique, calcul d’interpolation…
• Exactitude de la représentation dépend de la taille du pixel
• Éléments essentiels : pixels
• chaque pixel porteur d’une information unique (couleur, indicateur, ...)
Ortho-photographie Résolution de 25cm Modèle Vecteur
Informations sous forme de coordonnées
• Particulièrement utilisées pour des données discrètes On distingue trois grands type d’objets :
• Point : (X,Y)
• Ligne/polyligne : (X,Y) de chaque noeud
• Polygone : (X,Y) chaque sommet
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• Le point, avec ses coordonnées est porteur de l’information géométrique.
• Les données vectorielles sont la plupart du temps issues d’une numérisation.
• Les trois types de vecteurs (points, lignes et surfaces) sont représentées dans des couches différentes.
Polygone Polygone + Poly ligne
Polygone + Poly-ligne + Point
Raster + Polygone + Poly ligne + Point I.6. vecteur vs raster:
Conversion: Vecteur → Raster = Perte de précision
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Raster Vecteur
Avantages
• Qualité visuelle
• Rapidité de calcul sur de grandes surfaces
• Peu de mémoire
• Facilité de superposition des Couches
• Précision de la localisation Inconvénients • Demande beaucoup de
mémoire
• Difficultés de représentation des
linéaires
• Perte de précision quand on passe de vecteur à raster
• Difficulté de représentation des phénomènes continus
I.7. données non géométriques:
Une table attributaire contient les caractéristiques non spatiales, donc alphanumériques, des entités.
Une table est habituellement gérée par un type de programme appelé Système de Gestion de Base de Données (SGBD). Une table est formée de lignes et de colonnes.
Chapitre II :
La Troisième Dimension « 3D »
8 Notions de topographie
Altitude: la dénivelée (différence de niveau) entre un objectif et le niveau de la mer.
Hauteur: la dénivelée entre un objectif et la surface du sol.
II.2. Courbe de niveau
Les courbes de niveau, lignes fictives (inexistantes sur le terrain) relient tous les points de même altitude.
Equidistance: Elle représente la dénivelée (différence de niveau) entre deux courbes de niveaux successives.
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Pente du terrain: Le pourcentage de pente permet de décrire le relief en exprimant le rapport entre la dénivellation et la distance horizontale (mesure prise sur la carte).
Schéma en coupe longitudinale d'un tronçon routier rectiligne : d = distance horizontale
Δh = différence d'altitudes = dénivelée α = inclinaison, angle d'élévation pente = tg(α)=Δh/d
l = longueur suivant la pente.
II.4. Modèle Numérique de Terrain « MNT »
Il s'agit d'une représentation numérique du relief donc des valeurs d'altitude d'une zone donnée. Si l'on représente uniquement l'altitude du sol nu, on parle de MNT.
Si l'on prend en compte les hauteurs de tous les objets placés sur celui-ci comme les bâtiments et la végétation, ce que l'on appelle le « sursol », on parle alors de Modèle Numérique d'Altitude (MNA).
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Modèle Numérique de Terrain en 3D
Modèle Numérique d’Altitude en 3D II.5. Objectifs d’un MNT
Un MNT permet de :
reconstituer une vue en images de synthèse du terrain;
déterminer une trajectoire de survol du terrain;
calculer des surfaces ou des volumes;
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d'une manière générale, de manipuler de façon quantitative le terrain étudié.
tracer des profils topographiques;
II.6. Génération d’un MNT
La construction peut se faire de plusieurs manières par:
Acquisition directe par des méthodes de topométrie : Levés sur le terrain;
Restitution photogrammétrique de photographies aériennes : Stéréoscopie.
Numérisation (vectorisation) de courbes de niveaux provenant de cartes
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Images satellitaires
II.7. Types de MNT
On peut distinguer les MNT selon le type de maillage utilisé
Maillage régulier carré (raster) maillage triangulaire quelconque (TIN)
Chapitre III :
Systèmes de Positionnement
13 III.1. Système de positionnement global « GPS »
Système de Positionnement Global « GPS »: est un système de radionavigation spatial qui permet aux utilisateurs équipés de récepteurs convenables de déterminer sur terre, sur mer ou dans les airs, leur position, leur vitesse et l’heure à n’importe quel moment du jour ou de la nuit et ce, quelles que soient les conditions météorologiques.
III.2. Degré de précision du GPS :
Le GPS offre deux niveaux de service : un service de positionnement standard (SPS), accessible à tout utilisateur, et un système de positionnement précis (PPS) dont l’accès est réservé principalement aux militaires américains. Le SPS offre une précision de l’ordre de 20 mètres dans le plan horizontal.
III.3. Erreurs issues du satellite
La mesure de distance d’un satellite repose sur l’hypothèse fondamentale que la vitesse d’émission du signal du satellite est constante. Ce fait n’est vrai que dans l’espace libre car cette vitesse change avec le déplacement du signal à travers des particules électriquement chargées de l’ionosphère terrestre, et ensuite à travers la vapeur d’eau de la troposphère. Ce changement peut entraîner des erreurs dans la distance mesurée par rapport au satellite de l’ordre de 10 à 12 mètres.
III.4. Limites d’un GPS
Le GPS ne fonctionne qu’en des lieux découverts. Endroits à éviter : - l’intérieur de bâtiments ;
- forêts avec feuillage dense
Le GPS ne fonctionne pas toujours : il arrive parfois que les signaux soient trop perturbés lors de la traversée de l’atmosphère.
III.5. Eléments constitutifs d’un GPS:
Le système de positionnement global comporte trois éléments : le segment spatial, le segment contrôle et le segment utilisateur.
Segment spatial Segment de contrôle
14 III.6. Fonctionnement d’un GPS
Le récepteur GPS doit localiser deux paramètres:
Il doit déterminer où se trouvent les satellites (leur position) Données almanach.
quelle distance ils se trouvent.
Distance = Vitesse x Temps
Satellites à très haute altitude (20 200 km)
Précision centimétrique possible pour certaines applications civiles
24 satellites assurent la surveillance III.6. Fonctionnement d’un GPS
- le satellite émet une onde électromagnétique de vitesse connue ; - le récepteur calcule le temps mis par cette onde pour l’atteindre ;
- le récepteur sait alors qu’il se trouve sur une sphère centrée sur le satellite.
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Dans la pratique, le détecteur utilise entre 4 et 12 satellites pour calculer sa position. Plus il y en a, mieux sa position est précise.
III.7. Qu’est-ce que le GPS différentiel
Le GPS différentiel est une méthode d’amélioration considérable de la précision des positions qu’obtiennent les exploitants de petits bâtiments à partir de leurs récepteurs GPS.
III.8. Comment se fait la correction ?
III.9. GLONASS:
GLONASS « système global de navigation satellitaire » est un système de positionnement par satellites d'origine soviétique et géré par les forces spatiales de la Fédération de Russie. Le segment spatial utilise vingt-quatre satellites circulant sur une orbite moyenne. Le système devient opérationnel en 1996 mais la crise financière et économique qui frappe la Russie à la fin des années 1990 ne lui permet plus de maintenir un nombre de satellites suffisant. Le service complet n'est restauré qu'au cours des années 2010.
III.10. Galilée :
Galileo est un système de positionnement développé par l'Union européenne et incluant un segment spatial dont le déploiement doit s'achever vers 2020. Le segment spatial de Galileo sera constitué à terme de 30 satellites dont 6 de rechange. Chaque satellite, d'une masse d'environ 700 kg. Les satellites sont constitués par deux stations chargées également de surveiller l'orbite et l'état des satellites.
