Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies

1. Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies Robert Laurini INSA de Lyon http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini

2. Table des matières • I – Généralités sur l’intéropérabilité • 2 – Raboutement des BD géographiques • 3 – Interopérabilité sémantique • 4 – Projet Towntology • 5 – Conclusions

3. Visions de l'interopérabilité

4. Intéropérabilité • Intéropérabilité des données et des traitements • Rêve des utilisateurs, cauchemar pour les informaticiens • Interopérabilité totale: impossible actuellement • Open GIS

5. Problématiques de l’intéropérabilité • Problèmes • Définition • Niveaux d’intéropérabilité

6. Nécessité de l’intéropérabilité • "Legacy systems" • Variété des logiciels, des applications, des gestionnaires • Difficulté de réécriture et de réutilisation • Connexion entre les sites

7. Définition de l'intéropérabilité "Capacité technique des applications d’organismes différents à coopérer sans conflits de systèmes, de logiciels ou de contenu.". Bien évidemment, on se refuse de créer totalement un nouveau système à partir des autres ; mais on accepte de créer des méthodes et/ou des outils pour permettre l’intéropérabilité

8. Niveau sémantique Niveau syntaxique Niveaux d’intéropérabilité I N T Applications Applications E R Accès aux bases de données Accès aux bases de données O P E R Appel des procédures distantes Appel des procédures distantes A B Fichiers I Fichiers L I Protocole de réseaux Protocole de réseaux T E

9. Niveaux d’intéropérabilité • Syntaxique: • au niveau des types abstraits des attributs (valeur) • au niveau des schémas (relations) • Sémantique: • au niveau de la signification des données • définition des données et des attributs • géométrie et topologie

10. Exemple des routes • Distances (km ou miles)  syntaxique • Routes et autoroutes  sémantique • Mais qu’est ce qu’une rue (du point de vue informatique) ?

11. Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons! « Nous avons le fichiers des rues ! » Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons

12. « Nous avons le fichiers des rues ! » Eboueurs Postiers Gaziers Rues privées Non Oui ?? Rues publiques Oui Oui Généralement oui ? ? Oui Rues avec gaz ? Non Rues sans gaz ? 251 241 234

13. Multiplicité des représentations Rue représentée Rue représentée par deux par un graphe polylignes Responsable Responsable du cadastre du trafic routier Responsable Responsable du revêtement des réseaux des chaussées souterrains Rue représentée Rue représentée par une comme un surface volume

14. Modèle de l'OpenGIS • Consortium d’entreprises, de centres de recherches et d’administrations • Intéropérabilité des applications géographiques • Standards • http://www.opengis.org

15. Modèle de l'OpenGIS

16. Solution ESRI: syntaxtique

17. Diversité des couches d’information BD du gaz BD des bâtiments BD Cadastre

18. Couvertures géographiques BD Zone B BD Zone A BD Zone C

19. Thématiques et couvertures • Même couverture spatiale, diverses couches de données • Couvertures spatiales différentes, couches de données similaires • Couvertures spatiales contiguës, couches de données similaires

20. Exemples • Pollution du Léman • Suivi du Rhin • Méditerranée • Projets transfrontaliers • Transports internationaux • Croisement de diverses sources de données • …

21. Hypothèses communes • Existant • Contiguïté des couvertures géographiques, ou bien légères superpositions • Couches de données similaires • SGBD ou SIG différents • Pas de changements dans les BD locales • Objectifs : transparence • Une seule couverture géographique • Langue(s) de travail • Définition consensuelle des attributs

22. Problèmes à résoudre • Raboutement des BD géographiques • Cartographique • Sémantique • Sémantico-géographique • Topologique • Création d’une ontologie de domaine

23. 2 – Raboutement des BD géographiques • Importance du raboutement des cartes •  Raboutement des BD géographiques • Projections, et systèmes de références différents • Tenir compte de la qualité de l’information • Erreurs de mesure

24. Différences géométriques Tubi per Tuyaux d’eau il gas BD de la Comp. du Gaz BD de la Compagnie des Eaux Superposition

25. Différences aux frontières BD 1 BD 1 Bande de correction à la frontière BD 2 BD 2

26. Exemple de raccordement Zone B Rivière C Site A RN 75 RD 65 Routes Affluent de la rivière C Bâtiment artificiellement coupé en deux RD 73 Site B RN 7 5 Zone B

27. Au voisinage des frontières • Les tracés des frontières sont différents • Non alignement des objets (ex routes) • Objets artificiellement coupés (fleuve, bâtiment, etc.) • Objets ou portion d’objets absents à cause de la différence des spécifications des BD

28. Forçage Z one A Qualité qa RN 75 Sens du forçage Zone B Bâtiment Qualité qb

29. Points homologues • Choix des points homologues • Calcul des nouvelles valeurs des coordonnées des points homologues (en fonction de la qualité respective des BD) • Alignement des altitudes selon le géoïde considéré

30. Formules de rubber-sheeting • Rubber-sheeting linéaire • Rubber-sheeting bilinéaire

31. Exemple de terrains contigus BD A BD B Limite du terrain B Limite du terrain A Zone intermédiaire

32. Solution Unification du modèle par des triangles. Création de triangles complémentaires dans la zone intermédiaire Extrait des bases de données à raccorder

33. Bande élastique BD 1 BD 2 BD 3

34. Forçage des points aux frontières en milieu urbain Commune A Points à forcer Commune B Commune A Largeur de la bande élastique CommuneB

35. Points homologues Zone B Zone A Zone à transformer élastiquement lorsque A présente une demande à cheval sur B Zone à transformer élastiquement lorsque B présente une demande à cheval sur A Site A Site B Zone sans modification des coordonnées Requête spatiale depuis A Zone avec modification des coordonnées Zone sans modification des coordonnées Points homologues Résolution d’une requête à chevalsur deux BD spatiales

36. Raboutement et raccordement • Raboutement cartographique • Raccordement sémantique • Raccordement topologique

37. Raboutement cartographique • Correction des différences • Forçage au voisinage des frontières • Seulement au niveau cartographique •  les cartes paraissent belles •  pas de requêtes possibles sur la frontière

38. Raccordement sémantique • Reconstruction des objets artificiellement coupés (rivières, etc.) •  ce sont des objets uniques ayant des morceaux dans différentes BD •  il est possible de lancer des requêtes sur ces objets •  certains traitements sont possibles

39. Raccordement topologique • Continuité des graphes (continuité topologique) •  créer des nœuds dont l’une des arêtes appartient à une base, et l’autre à une seconde •  la récursivité devient possible •  Les algorithmes de recherche de chemin fonctionnent

40. Résolution des requêtes et indexation spatiale • Indexation spatiale • Localisation de l’index global • Recherche des sites pertinents • Résolution des requêtes inter-bases

41. Indexation spatiale distribuée Index spatial global Index local 1 basé sur des quadtrees Index local2 de type grille Index local à la Peano

42. DB - 1 DB - 2 DB - 4 DB - 3 Bases de données à intégrer Rectangles englobants Rectangles de zone englobants

43. Où ranger l’index global ? • Deux possibilités • un unique exemplaire sur un site privilégié (en opposition avec la règle de Date) • une copie par site • Aucune difficulté à avoir un index global par site, car il est généralement de petite taille • Prévoir les mécanismes pour y intégrer de nouvelles BD

44. Index global et locaux - local 1 - global - local 2 - global - local 4 - global - local 3 - global

45. Résolution d’une requête interbase Exemple de requête de zone à cheval sur plusieurs BD Uniquement 3 rectangles, donc 3 BD sont concernés par cette requête

46. Résolution d’une requête de chemin Point d’arrivée Point de départ Zones sélectionnées pour la recherche de chemin Ellipse de pertinence

47. Identificateurs locaux, globaux ; Identificateurs d'objects ; Continuité topologique Site 5 Site 4 ID = 90234 ID = 31970 Site 4 ID = 47308 RD 57 RN 75 RD 38 RD 29 RN 75 RN 75 Site 1 ID = 678 Site 2 ID = 3216 Site 3 ID = 8906

48. 3 - Intéropérabilité sémantique • Métadonnées • Médiateurs • Ontologies

49. 3.1 - Métadonnées • Informations sur les informations • Dictionnaires de données • Les métadonnées sont des informations qui permettent la description de tous types de données : nature, définition, origine, organisation, disponibilité, mise à jour, usage, cohérence, etc ...

50. Métadonnées spatiales(FGDC)