Présentation de Perceptory: les extensions spatiales

1. Présentation de Perceptory:les extensions spatiales Yvan Bédard Suzie Larrivée

2. Introduction • Objectif de la présentation • Exposer les méthodes actuelles pour la modélisation conceptuelle de bases de données spatiales. • Contenu de la présentation • Particularités des BDS et des SIGs; • Raisons d’être de la modélisation conceptuelle; • Langages et outils pour la modélisation conceptuelle • Adaptations pour les bases de données spatiales (formalisme, outils AGL) • Principales tendances en modélisation conceptuelle • Une solution innovatrice : le PVL Spatial et ISO TC/211 • Une solution innovatrice : Perceptory (UML + le PVL Spatial)

3. Particularitésdes BDS et des SIG • Bases de données normales PLUS : • Structure de données PRÉ-FIXÉE pour stocker la géométrie des objets (primitives spatiales + relations topologiques) • Support PRÉ-FIXÉ pour un système à référence spatiale uniforme (pour positionner les objets) • Opérateurs spatiaux PRÉ-FIXÉS (pour l’analyse spatiale) • Commandes cartographiques PRÉ-FIXÉES (pour afficher les cartes avec la symbologie adéquate) • Langage de requêtes spatiales PRÉ-FIXÉ (SQL étendu) • Outils pour gérer les bases de données spatiales • Système d’information géographique (la solution traditionnelle) • Les serveurs universels avec des extensions spatiales • CAD + SGBDR • Serveurs Web SIG, etc. • Riches en métadonnées

4. Raison d'êtrede la modélisation • 4 raisons principales : • Pour maîtriser la complexité • Outil de réflexion • Pour faciliter la communication entre les développeurs et avec le client • Outil de communication (ex. pour le brainstorming, la validation) • Pour faciliter le processus de programmation • Outil technique (sauve du temps, minimise les erreurs, optimise les solutions) • Pour faciliter la maintenance du système • Outil de documentation

5. Raisons d'êtrede la modélisation • Les modèles de base de données sont : • une description formelle des attributs et du contenu spatial et temporel de la base de données implantés ou désirés, dépendant ou non de la plate-forme sur laquelle sera implantée le modèle. • des représentations de la base de données sur lesquelles sont effectuées les différentes versions ce qui accélère le processus, permet de sauver du temps, accroisse les performances et ajoute de la qualité au système. • Les modèles de base de données sont construits avec : • Un langage formel (“appelé formalisme”; ex. UML OO, Chen E/R). • Une notation graphique pour des vues plus générales; • Une description textuelle pour les détails; • Un ensemble de règles à suivre. • Outils de modélisation (AGL: Atelier de Génie Logiciel).

6. Langages et outilspour la modélisation • Il existe beaucoup de langages de modélisation, les plus récents sont basés sur le paradigme orienté-objet. • Exemples: Coad et Yourdon, Rumbaugh et al, Shlaer et Mellor, Jacobson et al, Martin et Odell, Booch, Cook et Daniels. • Depuis trois ans: Émergence de UML comme standard. • Ces langages peuvent être utilisés pour les bases de données. • Ces langages peuvent être utilisés avec des technologies non OO (ce qui est le cas à 95% du temps avec les BDS). • Ces langages peuvent être utilisés avec différents niveaux d’abstraction: • analyse (modèle conceptuel); • conception (modèle physique). • Ces langages sont supportés par des outils AGL.

7. Adaptations pour les BDS (formalisme, outils CASE) • CONGOO [Pantazis and Donnay 1996] • Geo-ER [Hadzilacos and Tryfona 1997] • Geo-OM [Tryfona et al 1997] • GeoOOA avec son logiciel de modélisation [Kösters et al 1997] • MADS avec son logiciel de modélisation [Parent et al 1997] • Modul-R avec son logiciel de modélisation et son générateur automatique de code [Bédard and Paquette 1989; Pageau and Bédard 1992; Caron et al 1993; Bédard et al 1996] • POLLEN [Gayte et al 1997]

8. Principales tendances dans la modélisation des BDS • De la modélisation relationnelle et E/R à la modélisation OO; • Du OO propriétaire vers du OO ouvert (et spécialement UML); • Des formalismes fermés aux formalismes ouverts; • Des formalismes aspatiaux aux formalismes avec extension spatiale; • Des formalismes spatiaux aux plug-in spatiaux pour les formalismes standards; • Des extensions spatiales propriétaires vers des extensions spatiales ouvertes.

9. Principales tendances dans la modélisation des BDS • Des outils AGL onéreux et limités vers des outils AGL peu coûteux et flexibles. • Des méthodes "modèle riche/dictionnaire pauvre" vers les méthodes "modèle simple/dictionnaire riche". • Du paradigme données seulement vers le paradigme multimédia. • D'une démarche idéalisée de conception de logiciel vers la modélisation pragmatique. • la modélisation n'est pas une fin en soit; • il y a une limite a ce que l'on peut comprendre; • le concept psychologique "satisficing".

10. Une solution innovatrice:le PVL Spatial • Solution basée sur 10 ans de R&D et d’expérimentation • Trois orientations stratégiques : • Une approche symbiotique HFS (Human + Formalism + Software) • Une approche 'plug-in' offrant une indépendance par rapport à un formalisme particulier; • Un niveau d’abstraction localisé à la toute fin du spectre du modèle conceptuel, i.e. un niveau d’analyse plus proche de la vue du client. • Le "PVL" Spatial = Spatial Plug-in for Visual Languages • en synchronisation avec les toutes dernières tendances en informatique (ouverture, norme, plug-ins, cartouche "cartridges", etc.); • N’est pas une partie de logiciel, mais un concept de modélisation (ex. PVL Temporel, PVL Multimédia).

11. Une solution innovatrice:le PVL Spatial • L’approche symbiotique HFS est obtenue à partir d’une étude empirique sur : • Ce que les gens comprennent et utilisent avec les solutions existantes dans un contexte typique de développement; • Les différentes nuances (variations) d’une solution; • Un certain nombre de tests avec des schémas de bases de données larges et complexes; • Le résultat de la présentation des modèles et des dictionnaires à des personnes différentes, des programmeurs aux experts de l'application et à leurs patrons; • La modélisation des bases de données dans divers champs d’applications; • La modification d'ancien modèle de bases de données que nous avions faits personnellement; • La modification d'un modèle de bases de données fait par quelqu'un d'autre.

12. Une solution innovatrice:le PVL Spatial • L’approche symbiotique HFS a été utile pour sélectionner : • Les pictogrammes de base des extensions spatiales; • Le niveau de détails désiré; • La notation graphique; • L’équilibre entre l’information textuelle et graphique. • Recherche en sciences cognitives: • graphiques = pour les vues globales, pour illustrer les interdépendances; • texte = mieux pour les détails ponctuels; • La combinaison des deux est nécessaire pour parvenir à une bonne compréhension. • But = offrir la richesse d’expression nécessaire pour les données spatiales tout en restant utile et facile à lire.

13. Une solution innovatrice:le PVL Spatial • Notre solution a été conçue pour: • faciliter la création du schéma de la base de données; • faciliter l’intégration dans un outil CASE existant; • faciliter son apprentissage et son utilisation; • avoir un haut pouvoir d’expression tout en restant très simple; • être utilisée dans la modélisation conceptuelle. • Notre solution : • utilise l'information graphique au minimum (7+ 2); • Insère les détails ponctuels dans le dictionnaire; • Insère les contraintes d’intégrité spatiales dans le dictionnaire; • insère les situations exceptionnelles dans le dictionnaire; • n’est pas seulement une solution académique; • n’est pas une solution rattachée à une méthode spécifique; • prend en considération l’environnement de modélisation HFS.

14. Une solution innovatrice:le PVL Spatial • Les trois primitives de base du PVL Spatial avec leurs notations graphiques (appelées 'pictogramme'): • Les sept variantes de base du PVL Spatial avec des exemples de notation graphique • Le langage visuel peut être utilisé de plusieurs façons à condition qu'il demeure consistant avec le modèle et le formalisme.

15. Batiment Le PVL spatial • Simple: On peut ainsi créer des stéréotypes de géométries où chaque occurrence d'objet est représentée par une et une seule primitive géométrique: 0D , 1D   et 2D .  Sur une carte au 1:1000, les bâtiments ont une géométrie simple de type polygone.

16. 0,1 Maison Le PVL spatial • Simple avec multiplicité : Par défaut, la multiplicité de la géométrie est de 1,1 et n'est alors pas indiquée. Les multiplicités s'ajoutent au pictogramme à la suite de celui-ci. Une maison possède une géométrie surfacique seulement lorsque la superficie > 500 m2 (1) autrement elle n'est pas cartographiée (0).

17. Le PVL spatial • Alternatif:  Élément dont les occurrences possèdent une OU l'autre des géométries proposées (2 géométries ou plus de façon mutuellement exclusive). On compose alors le stéréotype avec des pictogrammes adjacents. Sur une carte au 1:20 000, les bâtiments ont soit une géométrie de type point ou une de type polygone. Batiment

18. Le PVL spatial • Multiple:  Élément dont chaque occurrence possède AUTANT DE GÉOMÉTRIES qu'il y a de pictogrammes (i.e.2 géométries ou plus) mais dont une seule est habituellement utilisée à la fois dans une représentation cartographique ou une requête spatiale. On compose alors le stéréotype avec des pictogrammes espacés les uns des autres. Route Une route peut avoir une géométrie surfacique à grande échelle et une géométrie linéaire à petite échelle.  Lors de la représentation cartographique des routes, on utilise alors SOIT la ligne OU SOIT le polygone (rarement les deux de façon simultanée). 

19. Réseau hydrique Le PVL spatial • Complexe: Élément dont chaque occurrence est composée en même temps de deux ou plusieurs géométries. Il s'agit donc d'une agrégation de géométries (ce qui est différent d'une géométrie multiple, laquelle n'est pas un agrégat). On compose le stéréotype à l'aide des différentes géométries introduites dans un pictogramme.  Un réseau hydrique se compose d'éléments linéaires (rivières) et d'éléments surfaciques (lacs).

20. Le PVL spatial • Complexe avec multiplicité: On peut également composer le stéréotype à l'aide d'une multiplicité lorsque l'agrégat est composé de plusieurs géométries similaires. 1,N Réseau routier Un réseau routier est composé de 1,N segments linéaires.

21. Circuit d’autobus Le PVL spatial • Compliqué (Complicated):Si la combinaison de pictogrammes n'apparaît pas dans le menu de Perceptory, choisir ce pictogramme et inscrire sa composition dans le champ Détails du dictionnaire. Un circuit d'autobus se compose d'une agrégation de lignes (réseaux des circuits), des points (arrêts), de polygones (terminus), etc. 

22. * Le PVL spatial • Toute géométrie (Any Geometry): La classe peut être représentée par n'importe quelle géométrie. Un site historique est représenté par un point (statue), une ligne (rue), un polygone (parc), une ligne et un polygone (arrondissement et rue) et un groupe de polygones (regroupement de bâtiments), etc. Site historique

23. Province Le PVL spatial • Géométrie dérivée: La géométrie d’une classe peut être dérivée. Les pictogrammes sont alors écrits en ITALIQUES pour rappeler visuellement la barre oblique / de UML.  Dans Perceptory, le pictogramme devient en italique automatiquement lorsque la règle de dérivation (Derivation rule) est inscrite au dictionnaire.  La géométrie de la province est déduite à partir de la géométrie du contour de l'ensemble des régions administratives qui la composent.  Région administrative

24. Le PVL spatial • Pour un attribut: Le pictogramme placé à droite de l'attribut signifie que la valeur de l'attribut varie spatialement À l'INTÉRIEUR de l'objet pour lequel on veut mesurer cette variation spatiale (ex.: par abscisse linéaire ou chaînage). Un segment de route linéaire peut avoir un nombre de voies qui varie (ex. 0 à 2 km = 2 voies, 2 à 3km= 4 voies, 4 à 6 km = 2 voies) et l’usager vouloir connaître les endroits où cela se produit à l’intérieur du segment. L'implantation pourra être faite de différentes façons selon le logiciel utilisé (ex. par segmentation dynamique ou en créant des sous-segments dans un SGBD). Segment Route numérojuridictionnombre de voies1,N

25. Une solution innovatrice:le PVL Spatial modèle E/R d'Oracle Designer/2000

26. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + Spatial PVL) • Peut être utilisé avec les outils AGL commerciaux (une police de caractère + dictionnaire étendu) ou avec notre propre outil développé en R&D. • PERCEPTORY = outil de modélisation conceptuelle pour les bases de données spatiales: • basé sur UML (étendu avec les “stéréotypes” spatiaux et spatio-temporels); • en accord avec les dernières tendances; • utilise le PVL Spatial présenté précédemment; • accepte l’information multimédia non-explicite; • "freeWare" (Téléchargeable de: http://sirs.scg.ulaval.ca/perceptory); • développé comme un gabarit de VISIO en VBA et une base de données ACCESS (offre une flexibilité graphique, permet de générer des rapports et requêtes à partir du contenu du dictionnaire); • compatible avec les normes TC211.

27. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + PVL Spatial)

28. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + PVL Spatial)

29. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + PVL Spatial)

30. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + PVL Spatial)

31. Une solution innovatrice: Perceptory (UML + PVL Spatial)

32. 19101 – Reference model 19102 – Overview 19103 – Conceptual schema language 19104 – Terminology 19105 – Conformance and testing 19106 – Profiles 19107 – Spatial schema 19108 – Temporal schema 19109 – Rules for application schema 19110 – Feature cataloguing methodology 19111 – Spatial referencing bycoordinates 19112 – Spatial referencing by geographic identifiers 19113 – Quality principles 19114 – Quality evaluation procedures 19115 – Metadata 19116 – Positioning services 19117 – Portrayal 19118 – Encoding 19119 – Services 19120 – Functional standards 19121 – Imagery and gridded data 19122 /Geomatics – Qualification of personnel 19123 – Schema for coverage geometry and functions 19124 – Imagery and gridded data components 19125 – Simple feature access – Part 1: Common architecture, Part 2: SQL option Perceptory et ISO/TC 211

33. Perceptory et ISO/TC 211 • Géométrie simple • q : GM_Point, GM_CompositePoint or TP_Node; • w : GM_Curve, GM_CompositeCurve or TP_Edge; • e : GM_Surface, GM_CompositeSurface or TP_Face. • Géométrie complexe • q mult. GM_MultiPoint; • w mult. GM_MultiCurve; • e mult. GM_MultiSurface; • aS GM_Aggregate; • aD GM_Aggregate; • sD GM_Aggregate; • t GM_Aggregate.

34. Ville Je Ville +centre-ville: GM_Point +limite: GM_Surface Pont +pointGeom [0 ..1] : GM_Point wD +lineGeom [0 ..1] : GM_Curv e Pont Pont (self.pointGeom->size = 1) xor (self.lineGeom->size = 1) Perceptory et ISO/TC 211 • Géométrie multiple • Géométrie alternative Une Ville modélisée avec Perceptory Une Ville modélisée avec 19109 Un Pont modélisé avec Perceptory Un Pont modélisé avec 19109

35. Modèles faits avecle PVL spatial et ISO/TC 211 Modèle conceptuel avec le PVL Spatial Modèle conceptuel avec /TC 211

36. Conclusion • Les formalismes et notations nous aident à travailler dans un environnement plus rigoureux et à améliorer notre façon de concevoir les bases de données. • Les bases de données spatiales requièrent des extensions pour les méthodes traditionnelles et des outils pour une analyse et une conception plus efficaces. • Une première génération de solutions spatiales a été développée, mais non conforme aux tendances modernes. • Une nouvelle approche a été proposée: le PVL Spatial. • Une nouvelle solution a été développée et testée: Perceptory • Suit les principales tendances; • Approche HFS Symbiotique; • UML + PVL Spatial + PVL Spatio-Temporel (stéréotypes UML); • AGL Multimédia avec générateurs de code et de rapports, capacités multilingues et de stocker les métadonnées et les données dans la même BD.

37. Présentation de Perceptory • Modélisation de classes d’objets • Dictionnaire enrichi (UML + ISO/TC 211) pouvant être stocké sur plusieurs plateformes • Génération de rapports • Génération de code (plusieurs plateformes) • Contraintes d’intégrité spatiale (module CSory) • Support multilingue • Capacités multimédia • Flexibilité graphique