Formalisation de spécifications pour l’unification de bases de données géographiques

1. Formalisation de spécifications pour l’unification de bases de données géographiques Nils Gesbert — en thèse au laboratoire COGIT de l’IGN, sous la direction de Thérèse Libourel (LIRMM) encadré au COGIT par Sébastien Mustière

2. Besoins des utilisateurs Utilisation Définition d’un schéma et de spécifications unifiés Interprétation des différences entre les schémas Analyse des spécifications Analyse des spécifications Interprétation des différences entre les données Unification des données Mise à jour Contexte BD1 BD unifiée BD2

3. Définition Portion de cours d'eau, réel ou fictif, permanent ou temporaire, naturel ou artificiel, homogène pour l'ensemble des attributs et des relations qui la concernent, et qui n'inclut pas de confluent. Sélection Le réseau hydrographique composé des objets <tronçon de cours d'eau> est décrit de manière continue. La continuité du réseau n'est toutefois pas toujours assurée dans les cas suivants : — arrivée d'un cours d'eau en ville — infiltration d'un cours d'eau (ex. perte en terrain calcaire) — arrivée d'un petit ruisseau temporaire dans une large plaine où son tracé se perd — zones de marais où les connexions et interruptions du réseau restent indicatives Tous les cours d'eau permanents, naturels ou artificiels, sont inclus. Les cours d'eau temporaires naturels sont inclus, à l'exception des tronçons de moins de 200 m situés aux extrémités amont du réseau. Les cours d’eautemporaires artificiels ou artificialisés sont sélectionnés en fonction de leur importance et de l’environnement. Les talwegs qui ne sont pas marqués par la présence régulière de l’eau sont exclus. Tous les cours d’eau nommés de plus de 7,5 m de large sont inclus (tronçon de cours d’eau d’attribut <fictif> = « oui » superposé à un objet de classe <surface d’eau>). Fossé : Les gros fossés de plus de 2 m de large sont inclus lorsqu’ils coulent de manière permanente. Modélisation géométrique A l'axe et à la surface du cours d’eau (tel qu’il se présente sur les photographies aériennes). L’orientation de l’objet définit le sens d’écoulement. Elle n’est pas significative dans les zones très plates (ex. marais) ni pour les canaux. Attribut : Nature Définition : attribut permettant de distinguer les tronçons de cours d’eau libres des obstacles Type : liste Valeurs d'attribut : cours d'eau indifférencié / barrage / cascade / écluse Critères contextuels Critères relatifs à d’autres propriétés Critères géométriques tronçon de cours d’eau BD Topo Pays

4. Définition — sélection Un tronçon hydrographique correspond à l'axe du lit d'une rivière, d'un ruisseau ou d'un canal. La BDCarto contient : — tous les axes principaux, y compris dans la zone d'estran et dans les zones de marais, à l'exception des "culs-de-sac" d'une longueur inférieure à un kilomètre sauf s'ils appartiennent à un cours d'eau d'une longueur supérieure à un kilomètre ; — outre l'axe principal, les axes des bras secondaires d'une longueur supérieure à un kilomètre ou qui délimitent une île d'une superficie supérieure à dix hectares quand un cours d'eau se subdivise en plusieurs. Géométrie — construction Les éléments du réseau d'hydrographie sont découpés en portions ayant les mêmes attributs. Le changement de valeur d'un attribut n'entraîne la création d'un tronçon que si la nouvelle valeur reste la même sur une longueur d'au moins un kilomètre ; sinon, le tronçon précédent est prolongé. Attributs [1] Etat 0- inconnu : l'existence d'un écoulement est certaine, mais le tracé n'est pas connu avec précision. 1- continu 2- intermittent 3- fictif : assure la continuité de l'écoulement à l'intérieur des zones d'hydrographie (poste 51 des zones d’occupation du sol O-s-1), lorsque le tracé n'est pas connu avec précision. 4- abandonné, à sec [2] Largeur 1- entre 0 et 15 m 2- entre 15 et 50 m 3- plus de 50 m [3] Nature 1- cours d'eau naturel 3- canal, chenal : voie d'eau artificielle 4- aqueduc, conduite forcée : tuyau ou chenal artificiel conçu pour le transport de l'eau (usage hydroélectrique, industriel...) 7- estuaire : écoulement d'un cours d'eau dans la zone d'estran [4] Navigabilité [5] Position par rapport au sol 0- inconnu 1- au sol, à ciel ouvert 2- élevé sur pont, arcade ou mur 3- souterrain 4- au sol (tuyau posé au sol) Contexte Géométrie Tronçon hydrographique BD Carto

5. Pourquoi formaliser ? — spécifications = texte libre. — structures légèrement différentes d’une BD à l’autre. — difficile de savoir a priori où trouver une information particulière. — peu adapté à un traitement automatique. — comparaison de deux jeux de spécifications difficile.

6. On décompose le « processus » de représentation en deux étapes : Terrain Base de données Sélection Modélisation (le représenter comment ?) (représenter quoi ?) Importance de la sélection La définition générale d’une classe regroupe trop d’entités. On la restreint pour ne conserver que les plus représentatives.

7. Première approche : on part des classes de la BD • Chaque classe a : • — une définition générale • — une description simple de la modélisation • — une description détaillée des critères de sélection

8. Première approche : on part des classes de la BD • Critère de sélection = ensemble de contraintes sur les entités du terrain. • — contraintes géométriques (seuils de saisie) • — contraintes de nature (propriétés de l’entité) • — contraintes de relation (contexte) • – métriques • – topologiques

9. — utilisation de concepts non représentés par des classes • — mélange entre conditions sur les entités du terrain et sur les objets de la base Limites de la première approche • — regroupements en classes différents dans les différentes BD Portion de cours d’eau, réel ou fictif, permanent ou temporaire, naturel ou artificiel, homogène pour l’ensemble des attributs et des relations qui la concernent, et qui n’inclut pas de confluent. (BD Topo Pays) Le changement de valeur d'un attribut n’entraîne la création d’un tronçon que si la nouvelle valeur reste la même sur une longueur d'au moins un kilomètre ; sinon, le tronçon précédent est prolongé. (BD Carto) un aqueduc est un tronçon hydrographique dans la BD Carto un aqueduc est une canalisation dans la BT Topo Pays Le tracé peut être interrompu en ville

10. Terrain Base de données Sélection Modélisation (le représenter comment ?) (représenter quoi ?) Seconde approche : on crée un schéma des concepts employés • Deux schémas : • — les concepts décrivant le terrain • — les classes de la base de données • Spécifications = liens entre les deux schémas

11. Propriété (méthode) Exemple de propriété : largeur = f (position) Exemple de méthode d’une instance d’« Entité géographique » : obtenir l’axe avec une résolution de [paramètre] Modèle de représentation des spécifications

12. Exemple : le réseau hydrographique Terrain «Ent. géog.» Élt du réseau hydro 0..1 «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Acc. parcours Cours d'eau Nœud réseau affluent de * «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Rivière Diffluent Fossé Source Embouchure «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Cascade Canal Barrage Aqueduc Perte Confluent «Ent. géog.» Écluse • Propriété de l’élément du réseau hydrographique : • être touristique • Propriétés du cours d’eau : • être navigable = f (position) • être souterrain / au sol / sur pont = f (position) • être permanent / intermittent / à sec = f (position)

13. Exemple : le réseau hydrographique «Objet de la base» Tronçon cours d’eau «Objet de la base» Point d’eau «Objet de la base» Surface d’eau Terrain «Ent. géog.» Élt du réseau hydro 0..1 «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Acc. parcours Cours d'eau Nœud réseau affluent de * «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Rivière Diffluent Fossé Source Embouchure «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Cascade Canal Barrage Aqueduc Perte Confluent (canalisation) «Ent. géog.» Écluse BD Topo Pays Modélisation : Nature = cascade Sélection : largeur > 7,5 m Modélisation : attribut Nature = source Modélisation : axe à résolution 2,5 m artificiel = oui découpé en tronçons aux changements d’attributs Sélection : a un toponyme «Objet de la base» Cours d'eau nommé

14. Exemple : le réseau hydrographique Terrain «Ent. géog.» Élt du réseau hydro 0..1 «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Acc. parcours Cours d'eau Nœud réseau affluent de * «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Rivière Diffluent Fossé Source Embouchure «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» «Ent. géog.» Cascade Canal Barrage Aqueduc Perte Confluent «Ent. géog.» Écluse «Objet de la base» Tronçon hydro «Objet de la base» Nœud hydro «Objet de la base» Cours d'eau «Objet de la base» Sélection : largeur > 50 m Modélisation : poste = 51 (eau libre) BD Carto Z.O.S.

15. Conclusion • Nous proposons donc l’utilisation de deux schémas distincts, l’un regroupant les concepts utilisés et l’autre les classes d’objets de la base de données ; les spécifications sont alors représentées sous forme de liens entre ces deux schémas. • Avantages : • — la notion de sélection est plus claire ; • — on utilise des concepts plus généraux, ce qui devrait faciliter l’intégration de plusieurs bases ; • — on peut plus facilement modéliser la multi-représentation au sein d’une même base.

16. À suivre... • Suite du travail : • — déterminer un formalisme pour exprimer les fonctions de modélisation ; • — tester le modèle sur d’autres exemples (autres thèmes / autres bases) • — étudier l’application à l’intégration.