Mise en place d'une plateforme de cartographie dynamique

Etat de l'art du Webmapping

I. Définition et présentation des concepts de la cartographie en ligne

La cartographie en ligne répond à de réels besoins de diffusion rapide de l'information et de mise à jour à distance des données. Bien que le résultat cartographique permette de faciliter la compréhension de l'espace environnant, la mise en oeuvre de telles plateformes demande des compétences transversales à la fois en informatique et en géographie.

1. La cartographie

La cartographie désigne la réalisation et l'étude des cartes. Elle mobilise un ensemble de techniques servant à la production des cartes. La cartographie constitue un des moyens privilégiés pour l'analyse et la communication en géographie. Elle sert à mieux comprendre l'espace, les territoires et les paysages. Elle est aussi utilisée dans des sciences connexes, démographie, économie dans le but de proposer une lecture spatialisée des phénomènes.

2. Le Webmapping ou cartographie dynamique sur Internet

Ce terme générique défini à la fois le processus de distribution de cartes via un réseau tel que l'Internet ou l'Intranet et leur visualisation dans un navigateur. En d'autres termes on peut l'appeler un SIG web.

Les données stockées et mises en relation dans les SGBDR correspondent aux informations attributaires décrivant l'espace donné, tandis que les objets géographiques tels que le point, la ligne et le polygone sont des données géométriques référencées dans un plan en x par la longitude et en y par la latitude voire en z pour l'altitude.

Les données sont directement reliées à une géométrie particulière dans un SIG grâce à des connexions informatiques ODBC.

Dans une conception en ligne, la visualisation des cartes passe par des programmes installés sur des serveurs cartographiques qui communiquent par des protocoles prédéfinis. La géométrie est gérée grâce à la cartouche spatial du SGBDR.

3. Principe de la cartographie sur Internet

La solution la plus répandue actuellement dans le domaine de la mise en ligne de données cartographiques consiste à créer à la volée une image correspondant à la demande de l'utilisateur. Pour cela, il est le plus souvent fait appel à un serveur cartographique.

C'est le protocole de communication TCP/IP qui permet à des ordinateurs branchés en réseau d'échanger de l'information via un navigateur web ou de transférer des fichiers via le protocole ftp. L'architecture est de type client/serveur c'est-à-dire qu'il existe une série d'ordinateurs dits clients connectés à un serveur dédié qui lui-même communique vers l'extérieur ou avec des serveurs particuliers par l'intermédiaire de leur adresse IP. L'utilisateur sur sa machine locale effectue des requêtes pour demander une carte spécifique ; le serveur cartographique interprète cette requête et renvoie la carte sous la forme d'une image matricielle (gif, jpg, png,...) ou vectorielle (svg, flash). Le serveur cartographique est télécommandé par des langages de script qui lui permettent de charger dynamiquement une carte en réponse à la requête. L'ordinateur serveur peut chercher cette information soit dans ses propres ressources, soit sur des serveurs de données distants.

Figure 2.1: Principe de cartographie sur Internet

La consultation de l'information requiert une installation essentiellement côté serveur avec des logiciels tels que Apache ou IIS (Internet Information Services) qui tournent en tâche de fond et permettent aux serveurs de cartes d'accéder à l'Intranet et/ou à l'Internet.

Il faut aussi rajouter des interpréteurs de scripts et éventuellement une visionneuse pour afficher la carte sur le navigateur du client. La visionneuse peut être un applet ou un servlet.

Dans le cas de l'applet, la visionneuse se télécharge côté client à chaque utilisation, dans le cas du servlet, elle s'exécute directement sur le serveur, la différence se situe au niveau de la rapidité de chargement et de la saturation potentielle des capacités du serveur.

Les requêtes sur un serveur cartographique peuvent êtres exécutées par le navigateur ou par un programme appelant. Les moteurs cartographiques sont des programmes dont le rôle est de fabriquer à la volée, selon la demande de l'utilisateur des fichiers images représentant des données géographiques stockées sur le disque dur du serveur ou sur un autre serveur relié. Au niveau du serveur de données, les SGBDR tels que PostgreSQL ou MySQL, entre autres, peuvent être installés directement sur le serveur contenant le serveur cartographique ou bien à distance. Qu'importe le lieu, l'important est de pouvoir consulter et éditer des données à distance.

II. Unités cartographiques^(I)

1. Point 

Le point est un élément sans dimension. Sa localisation est donnée par ses coordonnées. Ce concept est référencé à des étiquettes (constituant la légende) qui permettent sa compréhension. Quoique sans dimension, la notion de point soit relative à l'échelle à cause de ce qu'elle peut représenter (hôpital ou ville). La notion de distance entre deux points est souvent utilisée comme lien topologique.

2. Ligne ou segment de ligne 

La ligne ou segment de ligne est un élément à une dimension. Sa localisation est déterminée par les coordonnées des deux extrémités du segment. L'épaisseur du trait ou la forme du trait apporte une information supplémentaire sur sa signification thématique. La notion de distance est souvent utilisée pour caractériser une ligne.

3. Surface ou zone 

La surface ou zone est l'espace limité par une ligne fermée ou un polygone. Du point de vue cartographique, c'est un élément à deux dimensions. La localisation d'une surface s'exprime par les coordonnées de son centre de gravité, d'une référence interne ou des sommets du polygone qui forme ses limites.

Un noeud est défini comme un sommet constituant l'intersection de plus de deux segments tandis que la chaîne correspond à la ligne brisée dont les deux extrémités sont des éléments.

III. Nature des données

1. Les données géométriques

Décrivent les objets : leurs formes (ligne, surface ou points), leur position par rapport à un système de coordonnées ainsi que les relations spatiales entre ces différents objets. Deux modes techniques permettent de mettre en oeuvre cette information :

a. Le mode raster 

Nativement, un navigateur Web connaissant le HTML peut afficher une image numérique, encore appelée image BITMAP. Elle se compose donc d'une matrice de pixels (abréviation de l'anglais « Picture élément »), c'est-à-dire de petits carrés noirs ou blancs ou de différents tons de gris ou de couleur juxtaposés. Généralement les formats d'image les plus utilisés sont le GIF, le JPEG et le PNG.

Le format GIF limite à 256 le nombre de couleurs possibles mais restitue une image sans perte d'information. Il permet aussi de gérer des effets de transparence. Le format JPEG ne connaît pas cette limite et supporte des taux de compression plus élevés au prix d'une certaine dégradation de l'image de base. Le format PNG, qui est une émanation du consortium W3C, utilise un mode de compression sans perte d'information qui est réputé d'une efficacité excellente. Il a l'avantage de pouvoir traiter plusieurs types d'images et d'être libre de tout droit. Cependant, il est encore peu utilisé.

b. Le mode vecteur 

Les fichiers vectoriels contiennent une description des entités géographiques à représenter : points, lignes, surfaces, formes géométriques élémentaires. A ce jour, deux formats vectoriels se dégagent : le SVG qui est un format ouvert et le SWF dit aussi Flash qui est un format propriétaire. Que se soit l'un ou l'autre des formats vectoriels, aucun n'est lu actuellement par un navigateur Web sans l'adjonction d'un plug-in.

2. Les données attributaires

Ce sont des attributs mis en relation avec un objet ou une localisation géographique, soit pour nous renseigner sur un objet géographique, soit pour localiser des informations. Les données attributaires regroupent différents types d'informations : nom, valeur numérique, contenu thématique, etc.

IV. Affichage par couche

Un SIG affiche les informations concernant le monde par superposition de couches thématiques pouvant être reliées les unes aux autres par la géographie. Chaque couche contient des objets de même type (routes, marchés, cours d'eau, limites de communes, pistes, établissement, hôpitaux,...). Ce concept, à la fois simple et puissant a prouvé son efficacité pour résoudre de nombreux problèmes concrets.

Le schéma suivant montre, la création de l'image de la carte finale par superposition de couches :

Figure 2.2: Procédé de superposition de couches

V. Les principales fonctionnalités d'un SIG ^(I)

Les SIG doivent être à la fois un outil de gestion pour le technicien et un outil d'aide a la décision pour le décideur. Il doit donc offrir les fonctions nécessaires à ces deux objectifs, regroupées sous le terme des `5A':

1. Abstraction :

Elle vise à représenter le monde réel, en organisant les données par composants géométriques et par attributs descriptifs et en en établissant des relations entre les objets.

2. Acquisition 

L'acquisition revient à alimenter le SIG en données par saisie des informations géographiques sous forme numérique : la forme des objets géographiques et leurs attributs et relations.

3. Archivage 

L'archivage revient à gérer la base de données en transférant les données de l'espace de travail vers l'espace d'archivage.

4. Analyse 

Elle permet de manipuler et d'interroger des données géographiques afin de répondre aux requêtes des utilisateurs.

5. Affichage 

Son but est de permettre à l'utilisateur d'appréhender des phénomènes spatiaux dans la mesure où la représentation graphique respecte les règles de la cartographie.

VI. Quelques solutions de Webmapping existants

Actuellement il existe une multitude de solutions de Webmapping sur le marché. Nous allons parler entre autre de Google maps et de ArcGIS.

1. Google Map

Google Maps^4(*) est un service gratuit de carte géographique et de plan en ligne. Le service a été créé par Google. Il s'agit d'une forme de géoportail. Lancé en 2004 aux États-Unis et au Canada et en 2005 en Grande Bretagne (sous le nom de Google Local), Google Maps a été lancé jeudi 27 avril 2006, simultanément en France, Allemagne, Espagne et Italie. Ce service a ceci de particulier qu'il permet, à partir de l'échelle d'un pays, de pouvoir zoomer jusqu'à l'échelle d'une rue. Deux types de plan sont disponibles : un plan classique, avec nom des rues, quartier, villes et un plan en image satellite, qui couvre aujourd'hui le monde entier. Ce service n'est plus en version bêta depuis le 12 septembre 2007, et a été ajouté aux liens de la page d'accueil de Google.

2. ArcGIS

Les récents développements de l'informatique (généralisation d'Internet, avancées dans la technologie des SGBD, programmation orientée objet, informatique nomade) et une large adhésion au SIG ont fait évoluer ses perspectives et son rôle.
En plus de l'environnement bureautique, les logiciels SIG peuvent être centralisés sur des serveurs d'applications et des serveurs Web pour fournir des fonctions SIG à un nombre infini d'utilisateurs par l'intermédiaire de réseaux. Des ensembles spécifiques de logique SIG peuvent être incorporés et déployés dans des applications personnalisées. De même, le SIG est de plus en plus déployé sur des périphériques nomades pour des applications de terrain.
Dans un environnement d'entreprise, les utilisateurs se connectent à des serveurs SIG centraux par l'intermédiaire de SIG bureautiques traditionnels, de navigateurs Web, d'applications spécialisées, de matériels nomades et d'appareils numériques. Le concept de plate-forme SIG progresse.

La gamme de produits ArcGIS^5(*) a été conçue pour s'adapter à ces besoins en constante évolution et proposer une plateforme SIG complète et évolutive, comme le montre le schéma ci-dessous.

Figure 2.3: la gamme de produit ArcGIS

CHAPITRE

3

* ⁴ http://maps.google.com

* ⁵ http://www.esrifrance.fr/