Université de Versailles

1.Introduction

1.1Contexte : SIG et information géographique

Certaines activités humaines doivent être localisées dans l’espace, évaluer des distances, mesurer des surfaces. D’autres ont besoin d'information sur le paysage, les objets et leur forme [Souquiere 94]. La carte a servi (et continue de servir) de moyen de communication privilégié pour transmettre de tels messages ; c’est une vue, une représentation particulière d’un espace géographique adaptée à une utilisation précise, avec des informations différentes.

Pour composer une carte, le rôle de l’échelle (rapport entre une mesure de distance sur la carte et une même mesure sur le terrain) est majeur. Elle détermine la taille de la carte, la sélection des objets et leur représentation par leur emprise ou un symbole en fonction de leur taille.

Actuellement, l'introduction des systèmes d’information géographique (SIG) ouvre de nouvelles possibilités. Ils doivent répondre à des applications qui dépassent de loin la cartographie automatique, telles l'aide à la décision, à la gestion du territoire, à la planification dans des domaines très variés (urbanisme, environnement, transport, …). Ils permettent le stockage, la manipulation, l’interrogation, le partage, la diffusion, la restitution à l’écran et sur papier d’informations à composante géographique. Dans cet objectif, un SIG regroupe :

• 
  un système de gestion de bases de données (SGBD) dédié à la gestion de données géographiques,
  
• 
  des outils d’analyse spatiale appropriés au domaine.
  

Les données géographiques sont des abstractions des phénomènes du monde réel¹. Elles peuvent être localisées (géo référencées) dans un espace à deux ou trois dimensions. Une donnée géographique est décrite par sa géométrie (ensemble de localisation dans l’espace), ses données sémantiques ou descriptives (nom, type de l’entité, …), des relations topologiques avec les autres entités géographiques (inclusion, adjacence, …) et des relations classiques (par exemple, une entité département a pour préfecture une entité ville). L’abstraction des phénomènes du monde réel est d’autant plus simplifiée que « l'échelle » est petite. Formellement, une base de données géographiques (BDG) n’inclut pas la notion d’échelle ; [Goodchild 91] [Müller et al. 95] parlent plutôt, et à juste titre :

• 
  de précision : le degré de détail dans les mesures, par exemple, les mesures peuvent être en mètre ou en centimètre,
  
• 
  d’exactitude : l’écart entre la mesure stockée dans la BDG et une mesure parfaite, qui ne serait entachée d’aucune erreur,
  
• 
  de résolution géométrique : la taille du plus petit objet représentable,
  
• 
  de résolution sémantique : le niveau de détail dans la description sémantique des entités.
  

Il semble donc judicieux de rapprocher la détermination de ces quatre notions pour une base de données géographiques à la notion d'échelle communément admise pour une carte.

Les SGBD géographiques ont donc des caractéristiques qui leur sont propres. Ils doivent :

• 
  modéliser la localisation de leurs données. Cette modélisation n’est pas possible avec les types classiques des SGBD (entier, réel, caractère,…). Des types complexes doivent donc être définis.
  
• 
  visualiser les données géographiques à l’écran. Pour les données classiques, il suffit d’afficher les valeurs des attributs. Par contre, pour les données géographiques, les valeurs de leur géométrie sont obscures pour l’utilisateur ; elles doivent être converties en utilisant des symboles graphiques de manière à les rendre compréhensibles.
  
• 
  prendre en compte la qualité des données. Les données géographiques sont issues de sources de qualités différentes (relevés topographiques, photographies aériennes, …) ; et les limites des données géographiques (forêt, chemin, …) sont souvent vagues. Les utilisateurs ont donc besoin de connaître la qualité des données géographiques contenues dans leur base [David 97] [Vauglin 97], afin d’en tenir compte lors de leurs requêtes.
  

1.2Les SGBD géographiques multi représentations

Les SGBD géographiques peuvent aussi représenter les données d’une même zone suivant différents points de vue : ils sont alors appelés SGBD géographiques multi représentations [Brugger et al. 89]. Une sous-classe de ces SGBD sont les SGBD géographiques multi échelles, qui permettent de représenter les données d’une même zone suivant différentes échelles.

Les représentations multiples sont un des problèmes clé dans le domaine des SIG [Brugger et al. 89]. En effet, pour l’analyse spatiale et la recherche d’itinéraire, une méthode de raisonnement avec différents niveaux de détails, de résolution, de précision, est une bonne démarche [Mark 89].

Deux méthodes sont envisageables pour concevoir une BD multi-représentation :

• 
  la première méthode consiste à avoir une seule base de données de référence : la base de données la plus détaillée, et un processus pour générer les autres représentations (1.3),
  
• 
  la deuxième méthode que nous avons retenue, consiste à définir un processus d’intégration des représentations géographiques existantes (1.4).
  

1.3Limites actuelles de la généralisation de représentation géographique

Le changement de représentation, et plus particulièrement la généralisation de représentations géographiques, sont des problèmes complexes. Actuellement, les seuls changements réalisables sont des modifications « simples », telles les suppressions d’entités ou la reclassification. Les modifications qui touchent à la géométrie ou qui créent de nouvelles entités à partir des entités existantes ne sont quasiment pas traitées par les SIG du marché. La difficulté majeure réside en la généralisation de représentations géographiques.

1.3.1La généralisation de représentation géographique

La généralisation [Brassel et Weibel 88] [Lagrange et Ruas 94] [Ruas et Lagrange 95] de représentation géographique consiste à modifier les données, afin d'obtenir une représentation plus simple et plus abstraite. Le but de la généralisation est donc de réduire le nombre de données transmises en conservant autant que possible l’essentiel de l’information qu’elles véhiculent. Elle englobe une simplification descriptive (ou sémantique) et géométrique.

La généralisation de représentation géographique semble difficilement réalisable à l'heure actuelle car :

• 
  il n'existe pas tous les outils permettant de généraliser automatiquement les représentations les moins détaillées à partir de la représentation la plus détaillée. En effet, les modifications en généralisation sont complexes, variées, très imbriquées et pas toujours automatisables [Müller et al. 95].
  
• 
  une généralisation entièrement interactive est trop longue et pénible. Elle semble donc inadéquate pour un utilisateur final [Müller 91].
  
• 
  toutes les informations nécessaires à la représentation généralisée ne sont pas présentes dans la représentation de référence car souvent le contexte est modifié.
  

1.3.2Les structures de stockage

Pour fournir à l’utilisateur des représentations selon différents critères (échelles, points de vue, …), une solution à court terme est de maintenir des représentations multiples des mêmes phénomènes du monde réel à des échelles différentes dans une même BDG [Kidner 96].

Les représentations obtenues à partir d’un processus de généralisation interactif, sont matérialisées dans des structures de stockage arborescentes ([Jones 91], [Kidner et Jones 94], [Ware et C. Jones 92], [Ware 94], [van Oosterom et Schenkelaars 91], [van Oosterom 95], [Timpf et Frank 95] [Rigaux 94]). Or les relations du monde réel ne sont pas toujours hiérarchiques quand l'échelle varie.

Idéalement, pour autoriser la simplification descriptive et les changements de représentations, il faudrait coupler ces structures avec les mécanismes de vues [Günther 89] [Abel et al. 94 a] [Abel et al. 94 b]. Le mécanisme de vues [Souza dos Santos 94] est employé pour donner une interface adéquate à chaque utilisateur de la base de données.

Cependant, ces deux approches n’ont pas été reliées : les transformations (géométrique et sémantique) ne peuvent pas être prises en compte par les mécanismes de vue classiques, inversement, les structures de stockage ne permettent pas la gestion de plusieurs points de vues.

En conclusion, toutes ces structures sont limitées car elles traitent soit des changements sémantiques, soit des changements géométriques. Or, les changements dus à la diminution de l’échelle combinent les changements sémantiques et géométriques. Le seul modèle autorisant quelques changements sémantiques et géométriques, dit modèle de partitions spatiales hiérarchiques, a été proposé dans [Rigaux 94] [Rigaux 95]. Cependant, il ne s’adresse qu’à un type de données particulier (zonages emboîtés).