Abstract
Time in GIS is a complex question and is still scarcely
studied by producers of geographic databases. Yet, this aspect is particularly
important to meet the users' needs, especially with respect to land cover data.
This master's dissertation addresses the problem of integrating time in the
updating of the forest geographic frame of reference involved in the production
of a new large scale land cover database at the French National Institute of
Geographic and Forest Information. It provides a summary analysis of the
various theoretical aspects of spatiotemporal databases and a case study of
three geographic databases that integrate time. This work suggests a solution
for the implementation of land cover change monitoring, based on an
object-oriented model with a typology of events.
Key words : time, GIS, data base, land cover, changes
monitoring.
7
8
Table des matières
Remerciements 5
Résumé 6
Abstract 6
Table des matières 8
Table des figures 13
Index des tableaux 13
Index des acronymes 15
Introduction 17
Contexte 17
Demande de la structure d'accueil 18
Cadre du sujet 19
Problématique 19
Méthodologie, moyens 21
CHAPITRE I - Caractéristiques techniques et besoins
spécifiques du RGFor quant à l'intégration de la
dimension temporelle 23
I.A - Présentation 23
I.B - Contenu 24
I.C - Production 26
I.C.1 - Préparation des données 27
I.C.2 - Saisie des zones arborées 28
I.C.3 - Préparation des données pour le RGFor 30
I.C.4 - Saisie du milieu forestier 31
I.C.5 - Archivage 31
I.D - Besoins et principaux utilisateurs 31
I.D.1 - Un outil d'aide aux politiques environnementales,
d'aménagement et de gestion 32
I.D.2 - Utilisateurs 33
I.D.3 - Utilisations internes à l'IGN 34
I.D.4 - Demandes des utilisateurs sur le temps 35
I.E - Évolutions de la forêt dans le temps 35
I.E.1 - Tendances générales 36
I.E.2 - Événements 38
I.E.3 - Prospective 39
I.E.4 - Fausses évolutions 39
9
I.F - Conclusion 39
CHAPITRE II - État de l'art : le temps dans les SIG 41
II.A - Définir le temps 41
II.A.1 - Temps et espace : union et différence 41
II.A.2 - Une définition multiple du temps 43
II.A.3 - Temps géographique 44
II.A.4 - Temps géomatique 46
II.B - Notions de modélisation des données
temporelles 48
II.B.1 - Formalisme : modèle, entité, objet,
relation, cardinalité 48
II.B.2 - Sémantique temporelle : granularité,
intervalle, événement, changement 49
II.B.3 - Typologie du temps : transaction et validité
52
II.C - Approche quantitative du temps 53
II.C.1 - Modèles de base de données en fonction du
temps 53
II.C.2 - Modèles de base de données en fonction de
la mise à jour 54
II.D - Approche qualitative du temps : modèles de base de
données spatio-temporelle 57
II.D.1 - Capacités qualitatives des modèles de
mises à jour 57
II.D.2 - L'espace fixe 58
II.D.3 - Le paradigme identitaire, ou modèle
orienté-objet 60
II.D.4 - Modèle orienté-objet avec
modélisation des événements 61
II.E - Illustration des différents modèles de base
de données spatio-temporelle à l'aide d'un
exemple de synthèse 63
II.E.1 - Archivage 64
II.E.2 - Versionnement par ligne 65
II.E.3 - Journalisation 66
II.E.4 - PPDC spatial vectoriel 67
II.E.5 - PPDC spatial matriciel 68
II.E.6 - Orienté objet 69
II.E.7 - Orienté objet et modélisation des
événements 70
II.F - Conclusion 71
CHAPITRE III - Analyse de l'existant 73
III.A - BdOCS CIGAL 73
III.A.1 - Présentation 73
III.A.2 - Contenu 74
III.A.3 - Mise à jour 74
10
III.A.4 - Avantages et inconvénients du modèle
74
III.B - MOS IAU IDF 75
III.B.1 - Présentation 75
III.B.2 - Contenu 75
III.B.3 - Mise à jour 76
III.B.4 - Avantages et inconvénients du modèle
79
III.C - BD Uni IGN 80
III.C.1 - Présentation 80
III.C.2 - Contenu 81
III.C.3 - Mise à jour 82
III.C.4 - Avantages et inconvénients du modèle
86
III.D - Normes concernant les données d'occupation des
sols et l'intégration du temps 88
III.D.1 - INSPIRE 88
III.D.2 - Norme ISO 8601 91
III.D.3 - Pratiques préconisées par Esri 91
III.D.4 - Outils temporels d'ArcGis 92
III.E - Conclusion 92
CHAPITRE IV - Préconisations 93
IV.A - Adaptabilité des modèles existants au RGFor
93
IV.A.1 - BdOCS : l'archivage 93
IV.A.2 - MOS : le PPDC spatial vectoriel 93
IV.A.3 - BDUni : Orienté-objet avec modélisation
d'événements 94
IV.A.4 - Choix du modèle orienté-objet avec
événements 95
IV.A.5 - Test du modèle 96
IV.B - Modèle conceptuel 97
IV.B.1 - Schéma conceptuel 97
IV.B.2 - Définition des entités
géographiques 97
IV.B.3 - Définition des événements 98
IV.C - Modèle logique 99
IV.C.1 - Tables 99
IV.C.2 - Relations 102
IV.C.3 - Versionnement 102
IV.C.4 - Règles d'identité 102
IV.C.5 - Règles d'événements 103
11
IV.C.6 - Règles topologiques 104
IV.D - Test des traitements : méthodologie de la
création du fichier « test_rgfor65.gdb » 105
IV.D.1 - Contenu du dossier « test_histoRGFOR_OCS »
105
IV.D.2 - Table des actualités : classe d'entités
« RGFOR65_test », classe d'entités
« AVANT2010 » et « APRES2010 » 106
IV.D.3 - Table d'historique : classe d'entités «
RGOFOR65H_test » 107
IV.D.4 - Table des événements : table «
evenements », 108
IV.D.5 - Table des réconciliations : table «
reconciliations » 108
IV.D.6 - Tables extraites par date de mise à jour : classe
d'entités et topologies « ext2006 »,
« ext2010 » 108
IV.D.7 - Table des évolutions : classe d'entités
« matrice_eve » 108
IV.D.8 - Relations 109
IV.E - Exemples de requêtes, capacités de la base
110
V - Conclusion 112
Bibliographie 114
Annexes 118
12
13
Table des figures
Figure 1 : Structure du mémoire d'après un
schéma de construction d'une base de données 20
Figure 2 : Extrait de la BD Forêt® version 2,
centré sur Baud dans le département du Morbihan. 23
Figure 3 : Exemple de coupe rase et de peupleraie. 26
Figure 4 : Exemple d'images IRC et en couleur naturelle
extraites de la BD Ortho 2008. 27
Figure 5 : Segmentation de niveau 1 à gauche, de niveau
3 à droite. 28
Figure 6 : Exemple de saisie d'un linéaire. 29
Figure 7 : Résultat de la première
photo-interprétation. 30
Figure 8 : Résultat du lissage, à l'aide de
generalisation.exe. 30
Figure 9 : Résultat de la vectorisation, à l'aide
de contour.exe et découpage selon les réseaux. 31
Figure 10 : Taux d'accroissement annuel moyen de superficie
forestière de 1981 à 2009. 36
Figure 11 : Exemple d'évolution, au sud de la commune de
Solférino dans les Landes. 38
Figure 12 : Représentation du temps comme une dimension
géométrique à l'aide d'un tesseract, ou
hypercube. 42
Figure 13 : Définition du temps selon deux axes :
absolu/relatif et discret/continu. 44
Figure 14 : « Carte figurative des pertes successives en
hommes de l'armée française dans la
campagne de Russie 1812-1813 », Minard. 45
Figure 15 : Parcours spatio-temporels de femmes
afro-américaines à Portland en 1994-1995. 45
Figure 16 : Carte animée de la population mondiale de
1960 à 2011. 46
Figure 17 : Schéma de la modélisation 48
Figure 18 : Illustration des principaux concepts de
modélisation temporelle. 49
Figure 19 : Différents niveaux de résolution
temporelle et spatiale. 50
Figure 20 : Exemple probable d'évolution de l'occupation
des sols à la carrière de granulats de
Guernes (78). 77
Figure 21 : Exemple de saisie d'une correction de limite (a) et
d'un changement réel (b). 78
Figure 22 : Schéma d'une base de données 82
Figure 23 : Exemple d'une mise à jour du réseau
routier à l'aide d'une zone de réconciliation 83
Figure 24 : Schéma conceptuel entité-relation de
l'historisation dans la BDUni 84
Figure 25 : Schéma de structure logique de
l'historisation dans la BDUni 85
Figure 26 : Cas d'une mise à jour illustrant deux
résultats différents en fonction de la saisie 87
Figure 27 : Le temps dans INSPIRE 91
Figure 28 : Outil Time slider d'ArcGis version 10
92
Figure 29 : Intégration du temps réel et maintien
de la cohérence des données spatiales 94
Figure 30 : Schéma conceptuel du modèle
proposé. 97
Figure 31 : Relations et cardinalités entre les tables
102
Figure 32 : Contenu du fichier de géodatabase
affiché dans ArcCatalog 105
Index des tableaux
Tableau 1 : Matrice d'évolution de l'occupation des sols
entre 2000 et 2006 en ha, niveau 1 de la
nomenclature CLC 37
Tableau 2 : Tableau de synthèse de la définition
du temps selon différents penseurs 43
Tableau 3 : Topologie temporelle selon l'algèbre d'Allen
51
Tableau 4 : Événements de vie et territoriaux.
51
Tableau 5 : Événements de vie et
événements territoriaux 63
Tableau 6 : Typologie des événements 98
14
15
Index des acronymes
BDUni : Base de Données Unifiée
CarHab : Cartographie des Habitats
CERTU : Centre d'Études sur les Réseaux, les
Transports, l'Urbanisme et les constructions publiques
CIGAL : Coopération pour l'Information
Géographique en Alsace
CLC : Corine Land Cover
CMPFE : Conférence Ministérielle pour la
Protection des Forêts en Europe
CNUED : Conférence des Nations Unies sur
l'Environnement et le Développement
COGIT : Conception Objet et Généralisation de
l'Information Topographique
CRPF : Centre Régionaux de la Propriété
Forestière
CRPF : Centres Régionaux de la Propriété
Forestière
DDT : Direction Départementale des Territoires
DGALN : Direction Générale de
l'Aménagement, du Logement et de la Nature
DRAAF : Direction Régionale de l'Alimentation, de
l'Agriculture et de la Forêt
HELM : Harmonised European Land Monitoring (gestion
territoriale européenne harmonisée)
IFN : Inventaire Forestier National
IGN : Institut national de l'information géographique
et forestière (anciennement Institut Géographique
National)
INRA : Institut National de Recherche Agronomique
INSPIRE : Infrastructure for Spatial Information in the
European Community (infrastructure pour l'information
spatiale dans la Communauté européenne)
IRC : Infra-Rouge Couleur
IRIS : Îlots Regroupés pour l'Information
Statistique
IRSTEA : Institut national de Recherche en Sciences et
Technologies pour l'Environnement et l'Agriculture
MATIS : Méthodes d'Analyses et de Traitement d'Images
pour la Stéréo-restitution
MOS : Mode d'Occupation du Sol
OCS GE : Occupation du Sol à Grande Échelle
OCSOL PACA : Occupation du Sol Provence Alpes Côtes
d'Azur
ONF : Office National des Forêts
PLU : Plan Local d'Urbanisme
PSG : Plan Simple de Gestion
PVA : Prise de Vue Aérienne
RGE : Référentiel à Grande
Échelle
RGFor : Référentiel Géographique
Forestier
SBV : Service des Bases Vecteurs
SCoT : Schéma de Cohérence Territorial
SGBD : Système de Gestion des Bases de
Données
SIF : Service de l'Inventaire Forestier
SIG : Système d'Information Géographique
SIGALE : Système d'Information Géographique et
d'Analyse de L'Environnement
SIGS : Service Informations Géographiques et
Statistiques
SOeS : Service de l'Observation et des Statistiques
SQL : Standard Query Language (langage standard de
requête)
SRGS : Schémas Régionaux de Gestion Sylvicole
16
17
| 
