Memoire Online - Intégration d'un observatoire urbain sur Google maps : cas des infrastructures de la santé de la ville de Douala

Attention : Ce chapitre est une réadaptation inspirée de plusieurs sources que nous avons citées en bibliographie.

Un Observatoire est un système d'observation (du territoire pour ce qui nous intéresse) mis en oeuvre pour suivre l'évolution d'un phénomène, d'un domaine ou d'une portion de territoire dans le temps et dans l'espace. La plupart des Observatoires se présentent sous la forme d'applications informatiques dans lesquelles des données sont agrégées et restituées sous la forme synthétique de tableaux, cartes, ou indicateurs statistiques.

Les progrès de l'informatique ont mis à l'évidence le fait que le Système d'Information Géographique (SIG) soit devenu l'outil indiqué pour constituer un véritable observatoire urbain efficace et convivial d'utilisation. En effet, le SIG permet bien au-delà du simple stockage des informations géographiques de base, la création et la gestion d'indicateurs nouveaux par croisement d'informations pertinentes et disponibles, intégrant par là même des possibilités de simulation de l'évolution des zones urbaines. Un indicateur peut être quantitatif ou qualitatif en fonction du phénomène étudié et des données liées.

L'observation des zones urbaines, pour être complète, doit comporter aussi bien des données globales (telles que le réseau routier) permettant d'appréhender l'ensemble de la zone urbanisée, que des données très localisées, permettant de comprendre des phénomènes ponctuels étudiés. A chaque catégorie de données correspond une catégorie d'utilisation, souvent liée à la prise de décision.

La cartographie est l'étude et la réalisation des cartes géographiques. Le but principal de la cartographie vise à représenter les données sur un support matériel ou numérique représentant un espace géographique réel. L'objectif de la carte, est donc la représentation de façon simplifiée et précise des phénomènes géographiques complexes dans le but de faciliter leur compréhension à un public plus large.

Tout projet cartographique doit passer nécessairement par les étapes suivantes :

- Implémentation qui consiste à un travail de sélection des informations, de conception graphique (icônes, styles), puis d'assemblage (création de la carte), et de renseignement de la carte (légende, échelle, couleur).

La géomatique est un domaine qui fait appel aux sciences, aux technologies de mesure de la terre ainsi qu'aux technologies de l'information pour faciliter l'acquisition, le traitement et la gestion des données sur le territoire (aussi appelées "données spatiales " ou " données géographiques"). On peut dire enfin que la géomatique n'est rien d'autre que de l'informatique appliquée au système d'information géographique.

Un SIG ou Système d'Information Géographique est un système d'information capable d'organiser et de présenter des données alphanumériques spatialement référencées, ainsi que de produire des plans et des cartes. Ses usages couvrent les activités géomatiques de traitement et diffusion de l'information géographique. On peut enfin définir un SIG comme étant un système informatisé capable de représenter sous forme numérique un territoire ou une partie d'un territoire.

^4(*)La société française de photogrammétrie et télédétection a proposé une définition synthétique qui conçoit le SIG comme « un système informatique permettant, à partir de diverses sources, de rassembler et d'organiser, de gérer, d'analyser et de combiner, d'élaborer et de présenter des informations localisées géographiquement, contribuant notamment à la gestion de l'espace ».

Cette définition s'applique à plusieurs domaines, notamment : (i) la planification urbaine (cadastre, POS, voirie, réseaux assainissement) ; (ii) la gestion des forêts (cartographie pour aménagement, gestion des coupes et sylviculture) ; (iii) le transport (planification des transports urbains, optimisation d'itinéraires) ; (iv) le tourisme (gestion des infrastructures, itinéraires touristiques) ; (v) la protection civile (gestion et prévention des catastrophes) ; (vi) le marketing (localisation des clients, analyse du site) ; (vii) les télécommunications (implantation d'antennes pour les téléphones mobiles) ; et (viii) la biologie (études du déplacement des populations animales).

Un S.I.G ainsi défini a pour principale mission, de mettre à la disposition des utilisateurs les informations sur les éléments d'un territoire (sites ou phénomènes physiques, objet statique ou mobile etc....) ou sur le territoire lui-même, le paramètre essentiel étant la géolocalisation.

Tout commence en 1854 lorsque le Dr John Snow mène une étude géolocalisée de l'épidémie de choléra dans le quartier Soho de Londres en Angleterre. D'après le résultat spectaculaire de cette étude l'épidémie serait partit d'un puits pour contaminer les populations environnantes. Ce fut là la toute première application de l'analyse spatiale des phénomènes.

Ensuite vers les années 1960, alors qu'il fallait créer de nouvelles plantations forestières en Afrique de l'Est, il s'est avéré que les nombreuses cartes de l'Afrique existantes à l'époque n'ont pas pu permettre de gérer géographiquement la situation d'où l'idée d'utiliser l'outil informatique pour traiter les données cartographiques.

Les progrès des technologies informatiques depuis 1970 jusqu'à nos jours ont contribué à mettre en oeuvre les applications des systèmes d'information géographique dans plusieurs domaines scientifiques et surtout dans les domaines liés à l'aménagement et àl'observation du territoire.

En accord avec les études menées par Maguire et al. (1991) on distingue désormais quatre périodes principales dans l'évolution des SIG :

· 1970- 1980 : les outils SIG font leur entrée dans les organismes étatiques (armée, cadastre, services topographiques, ...) ;

· 1980 -Années 1990 : Développement de plusieurs applications informatiques dédiées aux SIG. Et mise en réseaux des outils SIG.

· fin des années 1990 jusqu'à nos jours : Développement du webmapping avec plusieurs services cartographiques offerts sur internet et apparition de plusieurs outils libres ainsi que l'usage des technologies GPS.

Un SIG est constitué de cinq (05) composantes majeures qui sont Les logiciels, les données, les matériels, les utilisateurs et les méthodes.

Il s'agit d'une composante indispensable à un S.I.G et l'élément fondamental de cette composante reste l'ordinateur. Les S.I.G fonctionnent grâce aux ordinateurs et périphériques connectés entre eux ou non et permettant aux utilisateurs d'avoir toutes les fonctionnalités des SIG regroupées autour des 5A (abstraction, analyse, acquisition, affichage, archivage). Etant donné la forte taille des données stockées dans un SIG, les supports de stockage occupent une place de choix dans le matériel des SIG. Des systèmes client-serveur en intranet, extranet voire via Internet facilitent ensuite, et de plus en plus, la diffusion des résultats. Ces solutions de diffusion appelées web-mapping ou web-SIG utilisent un serveur cartographique

Les logiciels de SIG offrent les outils et les fonctions pour stocker, analyser et afficher toutes les informations. Ce sont des outils pour saisir et manipuler les informations géographiques, pour stocker les bases de données (SGBD), pour des requêtes, analyse et visualisation via des interfaces graphiques utilisateurs pour une utilisation facile. Bref les logiciels permettent de rendre cohérents les trois dimensions d'un SIG illustrées par la figure ci-dessous tirée du cours de Master par M. Lætitia Perrier Bruslé de l'université de Nancy (France).

Les données représentent le contenu même des SIG. Elles peuvent être des cartes géographiques et/ ou des informations relatives à ces objets. C'est la composante la plus importante d'un SIG. Les données géographiques peuvent être, soit importées à partir de fichiers, soit saisies par un opérateur. Nous verrons un plus en détail dans le paragraphe 2.1.7.

Un SIG est avant tout un système et ce sont ses utilisateurs (le personnel qui entretient et gère le système) qui lui permettent de fonctionner pour livrer tout son potentiel au besoin de l'homme.

- les techniciens et ingénieurs chargés de la conception, de l'entretien et de la gestion du SIG,

- les techniciens et personnels qualifiés à l'utilisation quotidienne du SIG dans leur travail,

- les décideurs utilisant le SIG comme moyen d'aide à la prise des décisions.

Pour que les éléments cités plus haut soient opérationnels, il est nécessaire de fédérer des connaissances techniques diverses autour de ceux-ci. Un SIG fait appel à divers savoir-faires et donc diverses méthodes qui proviennent généralement des compétences multidisciplinaires. On retiendra notamment la nécessité d'avoir des compétences en géodésie (connaissance des concepts de système de référence et de système de projection), en photogrammétrie (ensemble des techniques et des matériels utilisés pour aboutir à la représentation d'un territoire étendu, à partir des clichés des prises de vues aériennes.),en analyse des données, des processus, de la modélisation et de la programmation informatique, en traitement statistique, en sémiologie graphique et cartographique, en traitement graphique.

Les données SIG sont classées en deux grands types à savoir les données géographiques et les données attributaires.

Une donnée est dite géographique si on peut la localiser soit directement par ses coordonnées géographiques ou indirectement par son adresse postale ou par son identifiant cadastral. Les données géographiques peuvent être présentées par trois subdivisions à savoir les données géométriques, les données graphiques et les métadonnées.

· les données géométriques : Elles renvoient à la forme et à la localisation des objets ou phénomènes ;

Toute représentation cartographique passe par la traduction des éléments réels que l'on observe (infrastructure de santé, route, limite administrative,) en objets géométriques qui sont de trois types :

1. le point (x, y) : par exemple, les lieux de résidence des sujets atteints de la pathologie étudiée (cas) géoréférencés et représentés sur une carte ou encore les sites industriels, les hôpitaux, etc. ;

2. la ligne ((x1, y1), ..., (xn, yn)) : les routes, les cours d'eau, les lignes à haute tension, tout élément d'un réseau, etc. ;

3. le polygone ou surfacique : Exemples les limites administratives, les sites industriels étendus, les nappes d'eau souterraines, etc.

Remarque : X et y représentent les coordonnées géographiques du point. Il s'agit ici des coordonnées terrestres qui considèrent la terre comme une sphère, mais une sphère imparfaite soit un ellipsoïde. L'ellipsoïde est la surface mathématique qui permet de calculer les coordonnées géographiques d'un lieu en Longitude et en latitude Voir figure

· les données graphiques : Elles caractérisent la présentation apparente de l'objet.

· les métadonnées : Ce sont les informations sur l'origine et le propriétaire d'une donnée géographique.

Elles représentent les caractéristiques ou propriétés propres à un objet ou à un phénomène en dehors de sa forme ou de sa localisation. Il peut s'agir par exemple des informations portant sur l'adresse postale d'un site géographique.

Il existe deux modes de représentation des données géographiques : le mode vecteur et le mode raster.

En mode vectoriel, le point avec ses coordonnées est le porteur de l'information géométrique. Les lignes et les surfaces se comprennent comme une suite définie de points caractéristiques. Les données vectorielles sont la plupart du temps le résultat de la numérisation manuelle ou semi-automatique. De façon générale, dans les données vectorielles on distingue les points, les lignes et les surfaces qui sont toujours représentés en couches différentes.

Les données raster ont comme élément essentiel le pixel (Picture element). Les pixels sont répartis dans un raster de façon régulière en lignes et colonnes comme indique la figue 5 ci dessous. Les lignes et les surfaces ne peuvent être représentées que par l'enchaînement de pixel unique. Un objet ne peut donc être représenté que de façon approximative; c'est ainsi que la taille du pixel-raster (résolution spatiale) conditionne l'exactitude de la représentation.

Remarque : La donnée raster ou maillée donne une information en chaque point du territoire.

Les données raster sont issues essentiellement de la photographie aérienne, des images satellitales, ou d'un plan scanné affichés dans le SIG en tant qu'image.

La photo aérienne est la principale source de nombreuses données géographiques. Elle s'obtient à partir d'appareils photo ou cameras aéroportés qui fournissent des détails importants sur la surface de la terre.

La photo aérienne peut être scannée, corrigée par des méthodes de photogrammétrie des déformations d'échelles pour en obtenir une orthophotographie ; elle peut être aussi numérique c'est-à-dire directement exploitable par un SIG. Dans tous ce cas, la précision de la photo aérienne dépend de la dimension du plus petit détail visible on parle alors de la notion de résolution.

C'est une image issue des prises de vue des capteurs des satellites d'observation de la terre. Lorsque l'image est obtenue par le reflet du rayonnement solaire dans le domaine du visible par les objets situés au sol, on parle d'image optique (En référence à la télédétection optique).Dans ce cas l'mage doit passer par plusieurs traitements radiométriques et géométriques avant d'être exploitable par un SIG.

Si par contre l'image est obtenue par d'un objet au sol à une onde envoyée par le satellite, on parlera plutôt d'image radar en référence à la télédétection RADAR.

Un plan scanné est une image issue de la numérisation d'un plan ou carte sur support papier déjà traité et exploité.

Les systèmes d'information géographiques possèdent des fonctionnalités regroupées en cinq famille connue sous les 5A pour :

- Acquisition : C'est l'opération qui permet d'intégrer des données géographiques dans le système.

- Archivage : structuration et stockage de l'information géographique sous forme numérique.

- Abstraction : C'est l'opération qui permet de représenter une situation géographique du monde réel et complexe par un système simple et suffisamment précis et compréhensif.

- Analyse : C'est l'opération qui permet d'effectuer des traitements ou des interprétations liées à la géométrie des objets (exemple calcul d'itinéraire, croisement des données thématique en couches.)

- Affichage : représentation et mise en forme, notamment sous forme cartographique avec la notion d'ergonomie et de convivialité.

Les cinq fonctionnalités de base du SIG lui permettent de créer une plateforme virtuelle des informations du monde réel sous forme de couches thématiques superposables au moyen des cartes géographiques. Cette technologie à la fois et simple et puissant (à la base du fonctionnement de toute application SIG digne de ce nom) a démontré sa puissance de résolution des problèmes complexe du monde réel. Il est illustré par la figure ci-dessous :

Le Web mapping n'est autre chose que la publication des serveurs cartographiques (SIG) sur internet.

Un serveur cartographique SIG sur internet est un serveur Internet doté des fonctionnalités d'un véritable système d'information géographique.

Un tel serveur se présente sous forme d'un logiciel installé sur une machine serveur web classique et permettant de répondre aux requêtes de type géographiques.

Comme vous pouvez remarquer sur la figure ci-dessous, un serveur SIG possède les principales fonctions suivantes : le stockage, le traitement et la diffusions des cartes et informations géographiques via le réseau internet.

(Source : Notes de cours Serveur Cartographique et SIG interactifs en ligne M2 IASIG 2010)

- Une couche dédiée aux données supportées par un SGBD géographique à l'instar de PostGresql avec son extension Post Gis, ou Oracle avec Oracle spatial etc....

Pour le traitement, Un SIG Web est doté d'un serveur web, et d'un serveur de scripts (PHP, ASP, ou JSP) qui le rendent capable d'assurer les services de base d'un véritable moteur

SIG, au delà du stockage des données, c'est à dire la possibilité d'effectuer des requêtes à composante spatiale :

5) assemblage et habillage graphiques des couches d'information pour obtenir une carte.

Le serveur SIG va donc ajouter aux fonctions habituelles d'un serveur Internet des fonctions en relation avec la gestion et le traitement de données graphiques géo référencées. Cette fonction permettra aux utilisateurs indépendamment de leur situation géographique d'obtenir des informations géographiques sur un secteur de son choix. Enfin le serveur SIG devra de ce fait être capable de retourner l'information sous une forme adaptée à l'interface Internet, c'est à dire au site affiché dans le navigateur de la machine cliente. Cela suppose en particulier la capacité de transformer les données graphiques et alphanumériques issues d'une requête dans le SGDB dans un format compatible avec les navigateurs : GIF, jpeg ou png pour les bitmaps et svg, swf (flash), pour les vecteurs (plugin nécessaire).

Le data-mining est l'ensemble de techniques d'extraction d'informations d'ordre prévisionnel à partir de grandes bases de données. C'est un domaine connexe de l'analyse géospatiale qui est encore assez peu passé dans l'usage courant des utilisateurs de SIG. Les outils de classification, de segmentation et de visualisation sont pourtant directement utiles pour un utilisateur des systèmes d'information géographique. Les SIG de par leur grande capacité à fédérer des masses importantes et diversifiées d'informations thématiques autour d'une carte géographique représentent une plateforme de développement du datamining.

Depuis 2005, de nombreuses entreprises leader sur Internet comme Yahoo, Microsoft et Google se sont lancées dans le développement des services cartographiques en ligne accompagnés des API pouvant permettre aux développeurs d'intégrer dans leurs application SIG en ligne des fonds de carte provenant de leur source. Ces géants d'internet ont été joints dans leur initiative par certains organismes étatiques comme l'IGN en France et L'Ordonnance Survey au Royaumes Unis.

De plus en plus les services offerts par ces organismes permettent aux développeurs de représenter leurs propres données au dessus des fonds de cartes servies et d'utiliser les nombreuses fonctions d'interactivités avec la carte mises à leur disposition. Ces fonctions couvrent la totalité des besoins de l'analyse spatiale (Zoom, réaction au click, calcul de distance, classification des phénomènes spatiaux etc...).

L'avantage de ces solutions, réside dans le fait qu'il n'ya plus nécessite d'installer un serveur de cartographie supplémentaire. C'est le navigateur qui exécute les fonctions d'affichage et d'interactivités cartographique grâce au JavaScript téléchargé depuis le serveur de ces organismes. Du coup le gain en temps d'affichage est remarquable par rapport aux serveurs de cartographie classiques.

Google API se démarque parmi tous ces géants des services cartographiques libres en ligne du fait de sa grande base de données spatiale réutilisable et de ses facilités offertes aux développeurs.

GoogleMaps est un serveur cartographique disponible sur le web à l'adresse http://maps.google.fr. Il couvre l'ensemble des données cartographiques mondiales GoogleMaps utilise comme système le WGS84 (World Geodetic System 84) basé sur le GPS.

Les utilisateurs du web peuvent interroger GoogleMaps comme tout autre service de renseignement pour obtenir des informations géolocalisée sur une entreprise, un site touristique, une école etc..., Bref pour rechercher des lieux préalablement indexés sur la carte Google. L'efficacité de GoogleMaps réside dans le fait que Google exploite sa technique de moteur de recherche classique avec Ajax pour rendre rapide et conviviaux l'affichage et les rafraichissements des cartes sur le web.

Google API comme nous l'avons vu au paragraphe précédent, offre une multitude de fonctions aux développeurs leurs permettant d'intégrer son fond de carte dans leur application et surtout d'interagir sur ces carte avec leur propres base de données attributaires.

L'affichage d'une carte est déclenché par l'appel d'une fonction JavaScript portant les paramètres sur les dimensions du cadre d'affichage, le niveau de zoom, le point central. Les données attributaires du client peuvent être également ajoutées à la carte sous forme de couche géographique par appel des fonctions JavaScript appropriés comme nous le verrons dans notre travail.

Le système GPS (Global Positioning System) est un system basé sur une constellation de 24 satellite d'observation da la terre émettant en permanence des signaux datés vers le globe et sur un réseau de stations de surveillance de ces satellites au sol. Le GPS a pour rôle de fournir via un récepteur approprié des données spatio temporelle (latitude, longitude, élévation,..) de navigation quelque soit la position géographique sur le globe terrestres. La localisation est possible si au moins quatre satellites sont visibles avec la possibilité de déterminer quatre inconnues : les trois coordonnées spatiales, ainsi que le temps.

Le GPS peut, en plus de son exploitation pour la navigation, répondre à des besoins géodésiques. Il permet de connaître les différences de coordonnées entre points terrestres avec une précision meilleure que le centimètre, sur des distances de plusieurs dizaines ou centaines de kilomètres. Le système de localisation par satellites GPS ayant pour but de fournir la position de l'utilisateur à chaque instant, on a défini une référence globale qui répond aux objectifs d'un système mondial de navigation. Cette référence s'appelle WGS84 (World Geodetic System 84).

(Source : Pierre-Yves Gilliéron, GPS : Principes et mesures de code, Lausanne, octobre 2004)

Intégration d'un observatoire urbain sur Google maps : cas des infrastructures de la santé de la ville de Douala

CHAPITRE 2. ASPECTS THEORIQUES DU WEPMAPPING