cours outils géo-informatiques

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Université Hassan II - Mohammedia
Faculté des Sciences Ben M’Sik
Cours
« Outils Géo-informatiques »
Filière STU / Semestre 5
Pr. S EL MOUTAKI - 2011
CHAPITRE I
NOTIONS D’IMAGE NUMERIQUE :
COMPOSITION ET CARACTÉRISTIQUES
L'IMAGE NUMÉRIQUE
Une image numérique ou encore dite matricielle est
une image représentée par un nombre de points ou de
pixels collés les uns aux autres.
Plus il y a de points représentant (qui définissent)
l’image, plus l’image est précise.
I- Définition d’une image
Définition = le nombre de points (pixels) constituant l’image
numérique. C'est le nombre de colonnes de l'image que multiplie son
nombre de lignes.
Formule : Calcul du nombre total des pixels dans une image
Nombre total des pixels = colonnes x lignes.
Exemple : un appareil qui fournit 4000 x 3000 pixels a une résolution de 12 000 000
pixels (pour simplifier on parle de 12 mégapixels ou 12 Mpix).
- Les premiers appareils photo : 640 x 480 pixels = 300.000 pixels.
- Aujourd'hui: - 5 à 10 Mpix appareil à usage familial,
-10 à 20 mégapixels pour les appareils experts
II- La Résolution d’une image
Nombre de points contenus dans une longueur donnée (en pouce). Elle est exprimée en points
par pouce (PPP, en anglais: DPI pour Dots Per Inch).
Un pouce mesure 2.54 cm, c'est une unité de mesure britanique.
- La résolution permet ainsi d'établir le rapport entre la définition en pixels d'une image et la
dimension réelle de sa représentation sur un support physique (écran, papier...)
Formule : Calculer la résolution à partir de la définition et de la dimension
Résolution = définition / dimension
Question:
Quelle est la résolution d'une image de 300 x 300 pixels mesurant 2 pouces par côté ?
Réponse
:Résolution = 300 / 2 = 150dpi
III- Relation : définition, résolution et taille de l’image.
La taille d'une image numérique peut se définir par:
* sa définition en pixels (ex : 640x480 pixels)
* ses dimensions en pouces (ex : 12'')
* sa résolution en dpi ou ppp. (ex : 300dpi)
Ces 3 informations sont liées. Si vous en connaissez 2, vous pouvez toujours calculer la troisième.
Formules :
Résolution = définition / dimension
Définition = résolution x dimension
Dimension = résolution / définition
Question:
Quel serait la définition en pixel d'une feuille scannée d'une largeur de 8,5 pouces sur une hauteur de 11 pouces en 300dpi?
Réponse:
300 X 8,5 = 2550 pixels
300 X 11 = 3300 pixels
La définition de l'image serait donc de 2550 X 3300 pixels
Rappel : Le produit de 2 mesures de taille donne une surface carrée ( cm², m², …).
IV- Modes colorimétriques des images numériques
Pour représenter une image numérique :
Un écran (ordinateur, téléviseur, smartphone) est constitué de pixels qui sont eux-mêmes divisés en 3 sous
pixels : un rouge, un vert et un bleu. C'est ce qu'on appelle le système RVB, dans lequel on peut produire
n'importe quelle couleur à partir de ces 3 couleurs de base (les couleurs primaires, Rouge, Vert et Bleu).
Mais RVB n'est pas le seul mode de couleur, il en existe d'autres.
Exemple : les imprimantes utilisent le mode CMJN, dont les couleurs primaires sont Cyan, Magenta,
Jaune et Noir (aussi appelé Key en anglais : CMYK)
Mode de couleur et codage
Voici un tableau qui liste certains modes de couleur :
Français
Anglais
Utilisation/codage
RVB
RGB
Le RVB est habituellement utilisé à toutes les créations destinées à être affichée sur un écran (ordinateur, télévision,
smartphone...), car les écrans fonctionnement avec des pixels basés sur ces 3 couleurs.
Codage en 8 ou 16 bits/pixel
CMJN
CMYK
Aussi appelé quadrichromie, le CMJN est utilisé pour les créations destinées à être imprimées (on appelle ça
le print), car les machines des imprimeurs fonctionnement à base de ces 4 couleurs : Cyan, Magenta, Jaune et Noir.
Codage en 8 ou 16 bits/pixel
Niveaux de
gris
Grayscale Comme son nom l'indique, ce mode est utilisé pour les images qui ne sont pas en couleur (noir et blanc). Codage en 8
ou 16 bits/pixel
Couleurs
indexées
Indexed
Ce mode est un peu particulier, on l'utilise principalement dans le web (webdesign), et plus particulièrement lorsqu'on
travaille
avec
le
format
GIF
ou
PNG-8.
Dans ce mode, on ne dispose que d'une palette de 256 couleurs qui fait partie de l'image et qui est en général différente
sur chaque image, d'où le nom de couleurs indexées. Codage en 8 bits/pixel
Bitmap
Bitmap
Dans ce mode il n'existe que deux couleurs : le noir et le blanc, aucune nuance entre les deux. Codage en 1 bits/pixel
V- Poids d’une image
En plus de sa définition, une image numérique utilise plus ou moins de
mémoire selon le codage des informations de couleur qu'elle possède.
C'est ce que l'on nomme le codage de couleurs ou profondeur des
couleurs, exprimé en bit par pixel (bpp): 1, 8, 16 bits...
En connaissant le nombre de pixels d'une image et la mémoire nécessaire à
l'affichage d'un pixel, il est possible de définir exactement le poids que va
utiliser le fichier image sur le disque dur (ou l'espace mémoire requis en
RAM pour réaliser un calcul sur cette image).
Formule: Calculer le poids d'une image en octet
Nombre de pixel total X codage couleurs (octet) = Poids (octet)
Petit rappel du code binaire :
1bit = 2 états; (0 ou 1) = 21
2bits = 4 états, = 22
4bits = 16 états, = 24
8bits = 256 états, = 28 etc...
Un ensemble de 8bit = 1 Octet.
1024 Octets forment un kilo-octet (Ko).
1024 Kilo-Octets forment un Mega-Octet (Mo)...Giga-Octet...Terra-Octet...
Question :
Quel est le poids d'une image d'une définition de 640 x 480 codée sur 1 bit (noir et blanc)?
Réponse :
(640x480) x 1bit
307200 x (1/8octets) = 38400 octets
38400 / 1024 = 37,5 ko
VI- Formats de compression des images numériques
La compression de donnée = fichiers plus léger,
-- améliorer la vitesse de transfert sur internet
-- limiter l'espace de stockage utilisé sur un disque dur.
-Il existe deux principaux types de compression:

La compression sans perte: .zip .cab .rar .ace .7z .tar .gzip... = compactage
Résultat : retrouver la totalité des informations après une procédure de décompactage.
Utilisation : Au cours de la chaîne de production et pour archivage
Ex : Lors du travail de retouche d'image, archivage de projets...
 La compression avec perte:.jpg .gif
Résultat : réduction de l'information mais fichier très ressemblant à l'original, voire identique, pour l'œil humain.
Utilisation : Lors de la diffusion numérique des fichiers de média (image, son, vidéo)
Ex : Site Internet, Logiciel sur appareil mobile, présentation interactive...
En résumé :
Les caractéristiques de l'image numérique sont donc:
- Sa définition en pixels (pixel = Picture Element), sa résolution en
DPI ou PPP. (Dot Per Inch ou Point Par Pouce )
- Son codage ou profondeur de couleur exprimé en bit par pixel (bpp).
- Son mode colorimétrique (RGB ou CMJN), composition des
multiples couches.
CHAPITRE II
LES SYSTEMES DE REFERENCE
SPATIALE
I- Notion de géoïde, d’ellipsoide et de datum
Pour modéliser la forme de la Terre : ellipsoïdes et géoïdes
En allant du plus simple au plus complexe, la Terre peut être représentée par :

Un géoïde = surface équipotentielle de pesanteur
Ce géoïde n'est pas la surface topographique de la Terre, mais un niveau de
référence.
Une surface qui comporte des creux et des bosses de quelques dizaines de mètres
par rapport à un ellipsoïde.

Un ellipsoïde =
un modèle plus fidèle qu'une sphère
La Terre étant un peu aplatie aux pôles et renflée à l'équateur. La différence entre
les rayons aux pôles et à l'équateur est d'une vingtaine de kilomètres.
Question:
Pourquoi la Terre n'est-elle pas sphérique ?
Réponse :
La Terre est soumise à deux actions permanentes : celle de sa propre gravité, qui lui donne une forme à peu près sphérique, et l'accélération
centrifuge due à sa rotation, qui la déforme en ellipsoïde.
Question:
A quoi sont dus les creux et les bosses du géoïde ?
Réponse:
A l'hétérogénéité des roches constituant la Terre.
La forme, l'épaisseur et la densité de la croûte terrestre sont variables. Et en profondeur, la composition et la température des roches ne sont pas
homogènes non plus. Tout ceci modifie l'intensité et la direction de la pesanteur, donc la forme du géoïde. L'hétérogénéité de la croûte terrestre
provoque des variations de quelques décimètres à quelques mètres, sur des distances de quelques km à 1000 km. Les variations de densité
profondes se traduisent par des variations qui peuvent aller jusqu'à plus de 100 m, sur des zones de plusieurs milliers de km.
Question:
Pourquoi tout le monde n'utilise pas le même ellipsoïde pour représenter la terre ?
Réponse:
Dans chaque pays, les services de géodésie ont calculé les paramètres de l'ellipsoïde de référence à partir de leurs propres observations. Les
résultats sont bien sûr différents. La précision des observations est variable, mais surtout chacun a adopté l'ellipsoïde qui, localement, colle le
mieux avec la forme de la Terre.
Depuis l'avènement des mesures spatiales, la tendance est d'employer un ellipsoïde "global", valable pour la Terre entière. Mais cet ellipsoïde
n'est qu'une approximation de la forme réelle de la Terre, et, encore une fois, il y a autant de manières de faire cette approximation que de
services géodésiques.
Question:
Pourquoi prend-t-on comme référence le géoïde, une surface équipotentielle de pesanteur
Réponse:
Historiquement, la référence des altitudes a presque toujours été le niveau moyen des mers, qui est (à quelques mètres près) une surface
équipotentielle. C'est pratique. Alors que si on prend les altitudes par rapport à un ellipsoïde on peut avoir, par exemple, les plages du sud-ouest
de
l'Australie
à
-40m
tandis
que
celles
de
la
côte
nord
sont
à
+70m. Cela
fait
un
peu
désordre.
D'autre part une surface équipotentielle a la propriété d'être partout horizontale, c'est à dire perpendiculaire à la verticale observée sur le terrain,
celle qui sert de référence aux géomètres et aux cartographes quand ils font des visées.
Enfin on peut bien connaître le géoïde, car on mesure la pesanteur avec une grande précision, par gravimétrie ponctuelle, par
observation satellitaire du niveau de la mer, et en interprétant les perturbations des trajectoires des satellites.
Question:
Y a-t-il un seul géoïde ?
Réponse:
En théorie oui, à l'altitude de référence près. Tous les géoïdes devraient donc être concentriques. Et il n'y a pas de raison pour ne pas adopter le
même partout. En pratique ces géoïdes sont définis par des points plus moins denses et précis selon les techniques employées.
D'autre part, étant exprimé en altitude par rapport à un ellipsoïde de référence, un même géoïde sera défini par des valeurs numériques
différentes selon qu'on se réfère à un ellipsoïde ou à un autre.

Datum = système géodésique
Pour définir la position d'un lieu il ne suffit pas de donner ses coordonnées x et y, ni sa latitude et sa longitude.
Il faut aussi que soient précisés les modèles, les projections, les systèmes de coordonnées utilisées.
Il comprend :

Un ellipsoïde de référence.

Un géoïde (qui sert souvent seulement de référence pour les altitudes).

Un système de projection pour les cartes.

Un système de coordonnées.
Les systèmes de coordonnées :
Pour repérer un lieu, pour connaître la distance et le cap entre deux lieux, on a
besoin d'un système de coordonnées.
Les systèmes de coordonnées peuvent se classer en trois catégories selon qu'ils sont liés au globe
terrestre (géographiques), qu'ils résultent d'un système de projection (projetés), ou qu'ils sont
indépendants de l'un et de l'autre (cartésiens)
II- Les systèmes des coordonnées géographiques
Référentiel dans lequel on peut représenter des
éléments dans l'espace.
-- se situer sur l'ensemble du globe terrestre grâce à un
couple de coordonnées géographiques (la latitude et
la longitude).
•
La latitude d'un lieu est l'angle entre la
verticale en ce lieu et le plan de l'équateur.
•
La longitude est l'angle entre le plan
méridien passant par la verticale et le plan
méridien passant par la verticale d'un lieu de
référence (ex : Greenwich).
l'unité d'angle employée (degrés ou grades).
Quelles sont les unités des coordonnées géographiques ?
Notation des unités angulaires pour les latitudes et longitudes
degrés, minutes, secondes sexagésimaux
°´"
degrés, minutes décimales
°´
degrés décimaux
°
grades (ou gon)
gr
radians
rd
Un degré de longitude équivaut à environ 111 km sur l'équateur mais ne vaut plus que 74 km à
une latitude de 48 degrés et devient 0 km au pôle Nord.
En considérant une terre sphérique de rayon 6360 km :
1° de longitude = cosinus (latitude) * 111 km
1° de latitude = 111 km.
III- Les systèmes des coordonnées projetées
A la base il s'agit du quadrillage régulier d'une carte construite selon un système de projection donné.
Par exemple :
 des coordonnées Lambert sont des X, Y mesurés en mètres, en tenant compte de l'échelle, sur une
carte en projection Lambert (une projection conique). C’est ce type de projection qui est utilisé au
nord du Maroc (4 zones).
 des coordonnées UTM sont des X,Y mesurés en mètres sur une carte en projection Mercator
Transverse (une projection cylindrique sur un cylindre d'axe perpendiculaire à l'axe de rotation
terrestre). Utilisé surtout au sud du Maroc.
Toutes les projections induisent des déformations.
Pour représenter la surface de la Terre sur une carte plane, le principe de base est de projeter les objets à
représenter sur une surface développable : cylindre ou cône. (une surface développable est une surface que
l'on met à plat sans l'étirer).
Projection sur un cylindre
Projection sur un cône
Sur les schémas ci-dessus, chaque point est projeté suivant une ligne droite partant du centre du globe.
Quelques exemples de projections du globe(ESRI)
En conclusion :
- Coordonnées dites en "projection c’est une représentation plane
- conventionnellement, les coordonnées en projection sont E et N (Est, Nord) pour éviter toute confusion avec les
coordonnées cartésiennes (x, y, z) ;
- permet d'utiliser des valeurs métriques plus faciles à exploiter que les valeurs angulaires.
Un même point, peut avoir des coordonnées projetées différentes !
Cohabitation des deux systèmes de coordonnées
Généralités sur les systèmes de coordonnées ESRI
IV- Les systèmes de Références spatiales en vigueur au Maroc
Les références cartographiques utilisées au Maroc se réfèrent à la projection conforme de Lambert. Il s’agit d’une projection conique sécante,
répétée sur quatre zones avec lesquelles est subdivisé le pays, vis-à-vis de quatre couples distincts de parallèles. Ces zones sont caractérisées par
les paramètres suivants :
Lambert Maroc
Caractéristiques des projections
Zone Ellipsoïde Méridien Latitude 1er
parallèle 2ème
central (°) référ. (°) standard (°)
parallèle
Faux Est Faux
(m)
Nord (m)
standard (°)
1
Clarke
-5.4
33.3
31.7279
34.8717
500000 300000
-5.4
29.7
28.1063
31.2933
500000 300000
-5.4
26.1
24.5075
27.6921
1200000 400000
-5.4
22.5
20.9076
24.0921
1500000 400000
1880
2
Clarke
1880
3
Clarke
1880
4
Clarke
1880
V-
Les GPS et leur utilisation
1) Définition :
Le GPS (Global Positioning System) sert à localiser des objets dans l'espace géographique. Les prix et les
précisions varient considérablement.
Ce système a pour but de déterminer les coordonnées d'un point à l'aide de satellites et il peut être utilisé
en navigation maritime, terrestre et aérienne. Il permet de s'orienter grâce aux satellites. Le principe est
l'émission permanente de deux types d'ondes hertziennes provenant d'un réseau de satellites américains,
conçu par le Département de la Defense (US DoD) en 1970. Tout récepteur GPS au sol est alors capable de
calculer instantanément sa position avec une grande précision : limites d'un terrain, tracé d'une route, mise à
jour du cadastre...
Une constellation de 31 satellites dont 24 servent en permanence, Garmin
Le GPS fournit des informations sur :
- La position
- La vitesse
- Le temps
2) Les domaines d’utilisation du GPS ?
 Une gamme d’applications :
- Sur terre,
- Sur mer
- Et dans les airs.
- Le GPS peut être utilisé partout, mais pas de signale à l’intérieur des bâtiments, dans les grottes, les
parkings et garages couverts et autres endroits sous-terrains ou sous-marins.
En aéronautique : la navigation pour l’aviation générale et commerciale.
En mer : la navigation, par des plaisanciers et des pêcheurs enthousiastes.
Sur terre : les applications sont plus diverses :
 La communauté scientifique utilise le GPS pour ses capacités de précision dans l’espace et le temps.
 Les géomètres : les relevés (précisions de l’ordre du centimètre)
 Les randonneurs, chasseurs, randonneurs des neiges, cyclistes tous terrains, skieurs de fond…GPS très
populaire

Le GPS en automobile : rechercher des adresses, des restaurants, hôtels et autres destinations.
CHAPITRE III
Les Systèmes d'Information Géographique
I - Définition :
Un Système d’Information Géographique est un ensemble de données numériques, localisées géographiquement et
structurées à l’intérieur d’un système de traitement informatique comprenant des modules fonctionnels permettant de
construire, de modifier, d’interroger, de représenter cartographiquement, la base de données.
Le
système
d'information
géographique
principalement de :

Données alphanumériques

Données géographiques
a
besoin
II - Notions de l’Information géographique
L’information géographique est multisource :
- levés de terrain
-supports cartographiques,
-Images satellitales, photos aériennes,
- images digitalisées
-données récupérées sur le web @
- données GPS
- …
III / Les différents types de représentation des données géographiques
Deux modes de représentation sous forme numérique :
1) Le mode vecteur
objet représenté par des points (repérés par des coordonnées x, y), des lignes (ensemble de points), et des
polygones (ensemble de lignes). Chaque objet spatial est doté d'un identifiant qui permet de le relier à une
table attributaire.
Les points : (objets à 0 dimension) servent à représenter
des informations géographiques ponctuelles :
arbres, bâtiments (carte à petite échelle),
Les lignes : (objets à 1 dimension) représentent
des objets linéaires : routes, vannes, cours d'eau...
Les polygones : (2 dimensions)
représentent des surfaces : parcelles
2) Le mode raster
Le mode raster s'utilise pour les images, les photos satellitaires, les cartes...
une matrice ou trame formée de
pixels.
Les points, lignes et polygones sont
toujours représentés par des surfaces.
le mode raster : données variables, répartition de la flore, la pente et l'altitude.
le mode vecteur : pour représenter les zones en travaux (points ou ligne) sur le support cartographique.
IV / L'organisation des données dans un SIG
Comment gérer ces données et représenter la réalité dans un système
informatique?
A) La modélisation cartographique :
- manière de répartition des entités en couches
- Par quel objet graphiques (ou cartographiques) elles seront représentées.
Schématiquement : les données sont sous forme de couches d'informations
superposées les unes sur les autres, comme des calques :
1 / Notion de couche
Qu'est-ce qu'une couche ?
Un plan réunissant des éléments géographiques de même type.
Quelques exemples de couches :

la couche des routes

la couche des rivières

la couche de l'occupation du sol

la couche des pentes
a ) Quand au type d'objet cartographique
un seul type d'objet cartographique
- des points,
- des lignes
- des polygones.
Les logiciels ne tolèrent pas des types topologiques différents sur une même couche.
b ) Quand au type d'entité
 Jamais deux entités différentes sur une même couche (malgré le fait qu’elles utilisent un seul
type d’objet cartographique)
Exemple : les routes et les rivières (représentées par l’objet ligne)
Les attributs ne sont pas les mêmes pour deux entités différentes :
beaucoup de cellules de la table ne peuvent être remplies
B/ La modélisation entité-relation
 Décrire le type des données et de leurs relations.
- les entités (par exemple : lot, bâtiment)
- Les relations entre entités (par exemple bâtiment dans lot).
Définitions des éléments fondamentaux :
Table relationnelle est décrite par un ensemble d’attributs qui sont les colonnes de la table. Chaque ligne de la table est un
ensemble de valeurs, décrivant un individu ou entité de la table.
Cardinalité : La cardinalité renseigne sur le nombre d'occurrences de part et d'autre d'une relation. On distingue la
cardinalité minimum et la cardinalité maximum :

un-à-un (1,1)

un-à-plusieurs (1,N)

plusieurs-à-plusieurs (N,M)
Base de données relationnelles : une collection de tables
Attribut : Donnée élémentaire sur une entité.
Entité : Objet pourvu d'une existence propre et conforme à la fonction occupée par l'objet dans le
système d'information. Relation : Association fonctionnelle entre deux entités.
Exemple :
C) Requête en SQL
(Standard Query Language) langage de manipulation des bases de données relationnelles.
SELECT numéro (liste)
FROM Bâtiment (table de référence)
WHERE valeur > 1 million de dhs (condition)
En résumé :

Le type de requêtes que l'on voudra pouvoir effectuer est un des facteurs importants qui détermine la structure de
la base de données.
En résumé :
les SIG offrent des fonctionnalités de gestion (pour stockage et recherche) de
données graphiques et alphanumériques :
- Organisation des couches d'informations et des classes d'objets,
- Contrôle de la cohérence de lien entre les données graphiques et
alphanumériques
- Gestion d'un index facilitant l'accès aux données.
FIN
Références webographiques :
http://www.imedias.pro/cours-en-ligne/graphisme-design/definition-resolution-taille-image/relations-definition-resolution-taille-image/
http://www.finalclap.com/tuto/cours-photoshop-14/modes-couleurs-21/
www.pixel-dargent-74.fr/documents/base.pdf
http://raphael.isdant.free.fr/traitement_numerique/2-traitement_numerique_de_l'image.pdf
http://www.amb-inc.com/client/guidegpsdebutant.pdf
http://www.esrifrance.fr/support.aspx
https://fr.wikipedia.org/wiki/Syst%C3%A8me_d%27information_g%C3%A9ographique
www.info.univ-tours.fr/~antoine/documents_enseignement/SIG_TP.pdf

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