Cours de Requete Spatiale [PDF]

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ECOLE SUPERIEURE DES TRAVAUX PUBLIQUES YAMOUSSOUKRO

Introduction aux SIG Les requêtes spatiales Professeur Kramoko Diabaté Année académique 2015-2016

Ce cours est inspiré du livre « Analyse spatiale » de Régis Caloz et Claude Collet

Table des matières INTRODUCTION ....................................................................................................................................... 2 1-

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Principe, catégorie et exigence des interrogations ..................................................................... 2 1-1-

Principe de la requête SQL .................................................................................................. 3

1-2-

Typologie de requête .......................................................................................................... 3

1-3-

Niveau de complexité d’une requête .................................................................................. 4

1-4-

Mode de création des requêtes .......................................................................................... 4

Les requêtes thématiques ........................................................................................................... 4 2-1-

Opérateur de comparaison ................................................................................................. 5

2-2-

Opérateurs arithmétiques ................................................................................................... 5

2-3-

Les opérateurs logiques....................................................................................................... 6

2-4-

Opérateur statistique .......................................................................................................... 8

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Objectif du cours L’objectif de ce cours est de démontrer le potentiel d’interrogation qu’offrent la base de données géographique et son application à l’analyse spatiale.

INTRODUCTION Les SIG font appels aux concepts de structurations et de normalisation d’information géographique. De plus, la rigueur appliquée à la saisie d’information géographique (géométrique) est primordiale pour la mise en œuvre des requêtes spatiales. Un langage d’interrogation dénommée SQl (structurel querylanguage) a été élaboré originellement pour exploiter les bases de données relationnelles. Les producteurs de données et logiciels SIG se sont associés pour former les OGC (Open Geospatial Consortium) afin de concevoir un SQL spatial incluant les interrogations géométriques et topologiques dénommées GQL. La normalisation n’est pas définitive dans la mesure où le développement très dynamique des logiciels propose de nouvelles fonctions avant de recevoir l’agrément des producteurs. On dispose aujourd’hui, néanmoins, d’une liste très étendue de fonctions que l’on peut considérer comme normalisées. Les requêtes spatiales sont présentées successivement selon les trois dimensions : • Géométrique • Thématique • Et topologique

1- Principe, catégorie et exigence des interrogations Bien que basée sur un principe relativement simple du « select…….from…..where…… » ;, c’est à- dire sélectionne l’attribut de l’objet spatial qui remplit la condition formulée, la requête spatiale doit satisfaire à plusieurs propriétés décrites dans les sections suivantes. 2

1-1- Principe de la requête SQL Une requête SQL repose sur le principe de question-réponse. L’interrogation de l’information spatiale est initiée par la création et la soumission d’une requête au système. Celui-ci renvoi la réponse après avoir contrôlé son intégrité. Cette démarche simple permet l’accès à un nombre considérable d’interrogations et d’analyse spatiale. La diversité et le nombre de requête possible rendent nécessaire leur classification selon les informations qu’elles exploitent. Leur typologie se résume en trois (03) clases présenté dans la section suivante.

1-2- Typologie de requête En référence aux dimensions BDG (base de données géographiques), les requêtes sont placées en trois types : • Les requêtes thématiques : elles portent sur la sélection ou la manipulation des objets spatiaux sur la base de leur attribut (ex : sélection des champs composés de noirs) • Les requêtes géométriques : elles portent sur la sélection ou la manipulation des objets spatiaux sur la base de leur caractéristique géométrique (sélection des champs d’une superficie de 4 ha) • Les requêtes topologiques : elles portent sur la sélection ou la manipulation des objets spatiaux sur la base de leurs caractéristiques de voisinage et de relation spatiales aux autres objets (ex : sélection des champs contenant un puits). Les différents types de requêtes peuvent être combiné au sein d’une seules et plus complexe ( ex : sélection des champs contenant d’une superficie et des champs contenant un puits). La requête est dite spatiale car elle combine les composantes thématiques et géométriques de l’information. (Quand les éléments sont combinés deux à deux)

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1-3- Niveau de complexité d’une requête Les requêtes sont caractérisées d’une part, selon leur niveau d’imbrication (simple ou complexe) et, d’autre part, selon leurs objectifs (sélection ou manipulation).

1-4- Mode de création des requêtes Plusieurs modes de création de requêtes sont proposées dans les logiciels de SIG courants. Selon le degré d’assistance offert par le logiciel et de connaissance requise de l’utilisateur, les modes de création d’une requête se classe en trois (03) niveaux. Ils apparaissent sous forme d’une interface graphique. • L’interface d’aide à la mise en œuvre permet à l’utilisateur de sélectionner les informations et les opérateurs de requêtes sans se soucier du langage et de la syntaxe de la requête. • L’interface d’aide à la rédaction de la requête présente l’ensemble des opérateurs de requêtes et des informations d’entrées. L’utilisateur peut donc composer le code d la requête sans souci d’orthographe de celle-ci. Il reste cependant le garant de la syntaxe de la requête. • L’interface de composition de la requête permet à l’utilisateur de composer, sans aide, le corps de la requête. Il doit, cependant, connaitre à la fois les opérateurs et leur syntaxe ainsi que les couches d’entrées à disposition.

2- Les requêtes thématiques La requête thématique porte sur la sélection ou manipulation d’informations spatiales basée sur les valeurs d’attributs des objets. Le formalisme général d’une requête SQL, comme formulé précédemment est le suivant : select……..from………….where…………. Select : les objets ou leurs champs à sélectionner From : les couches ou tables auxquels ils appartiennent 4

Where : les critères ou conditions à observer On distingue dans les requêtes thématiques d quatre (04) types d’opérateurs : • Les opérateurs de comparaisons, permettant de mettre en relation les valeurs de champ et des critères de sélection. • les opérateurs arithmétiques permettant de procéder à des calculs sur la base des valeurs de champs ; • les opérateurs logiques, grâce auxquels il est possible de combiner les critères entre eux • les opérateurs statistiques permettant d’agréger les informations sous la forme d’indices statistiques. 2-1- Opérateur de comparaison Les opérateurs de comparaison confrontent la valeur d’attribut d’un objet à un critère de sélection. La comparaison est directe, elle peut porter sur la valeur brute d’un attribut, ou indirecte, ou encore porter sur un calcul arithmétique ou statistique faisant intervenir plusieurs attributs. Opérateurs = ˂ ˃ ˂= ˃= ˂˃

Description Opérateurs d’égalité Infériorité Supériorité Infériorité et d’égalité Supériorité et d’égalité D’inégalité

2-2- Opérateurs arithmétiques L’exemple suivant présente la mise en œuvre d’opérateur arithmétique pour le calcul d’un indicateur de salinité des puits à partir des mesures de conductibilité des mesures de l’eau. Select [puits ID] (TDS/100 + 1) AS [salinité] from [Puits table] Les opérateurs arithmétiques sont

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Opérateurs + X ÷ ^

Description Opértateur d’addition Soustration multiplication Division Exponentielle

2-3- Les opérateurs logiques Les opérateurs logiques permettent de combiner plusieurs conditions where au sein de la même requête. Ils sont utilisés dans le but de resserrer ou d’élargir les résultats d’une requête. Un exemple est la localisation des champs avec une double condition à satisfaire. (* veut dire sélectionner toutes les colonnes…) Select* From[champs cultivés] Where [soil]= « Noir » and [Type culture]= « Coton »

Un second exemple est la localisation des champs dont le sol est noir ou sur lesquels est cultivé le coton Select* From [champ cultivé] Where [soil]= ‘’noir’’ or [type culture ]= « coton’ » ;

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Opérateur Description And Opérateur logique « et » Or Not X or

Diagramme Exemple A and b

Opérateur logique « ou » appelé également ou inclusif Opérateur logique « et non »

A or B

Opérateur logique « ou et uniquement ou « appelé également ou exclusif

A XOR B

A not B

EXEMPLE DE QUESTION A and B and C Sélectionner les champs irrigués de M. Dupond Jean affectés au coton. Select* From [champ cultivé] Where[Propriétaire]= ‘’M. Dupond Jean’’ and [irrigation] =1 and [type de culture]=’ « coton’ » ; Sélectionner les champs de M Dupond jean affecté au coton ou les champs irrigués Select * From [champ cultivé] Where [propriétaire]=’ « M. Dupond Jean » and [type de culture]= « coton » or [Irrigation] =1 ;

Exercice Sélectionner les champs de M. Dupond jean affecté au coton ou irrigué Select* From [champs cultivés] Where [type de culture]= « coton» and [propriétaire]= « m. dupond »or [irrigation]=1 ; 7

Ou Select* From [champ cultivé] Where [type de culture]= « coton »or [proprietaire]= « M. dupont Jean » ;

[irrigation]=1

and

- Sélectionner les champs de M. Dupond jean soit affecté au coton soit irrigué mais pas les deux à la fois Select* From [champ irrigué] Where [propriétaire] « M. Dupond » and [type de culture]= « coton »XOR [irrigation]=1 ; - Sélectionner les champs irrigués de M. Dupond qui ne sont pas affecté à la culture de coton. Select* From[champs cultivés] Where [propriétaire] ‘’M. Dupond’’ and [irrigation]=1 not [type de culture]=’’coton’’ ; - Sélectionner les champs qui appartiennent à M. Dupond ou qui sont soit irrigués soit affecté au coton Select* From [champs cultivés] Where [propriétaire]’’ M.Dupond’’ or [irrigation]=1 XOR [type de culture]=’’coton’’

2-4- Opérateur statistique Les opérateurs statistiques ont pour but de calculer les indicateurs statistiques basés sur les valeurs des champs thématiques. Ils permettent de transformer l’information sous une forme agrégée, comme par exemple la tendance centrale ou la dispersion des valeurs d’attribut des objets. La liste 8

des opérateurs statistiques, proposée par la grande majorité des logiciels SIG est comme suit :

Opérateur Max Min StdDev Mean Var Sum Count

Description Valeur maximale rencontrée Valeur minimale rencontrée Ecart type La valeur moyenne Variance associée à la moyenne Somme des valeurs Nombre d’objet décomptés

3- Requêtes géométriques La requête géométrique procède à la sélection ou à la manipulation d’objets sur la base de leurs caractéristiques géométriques (position, longueur, périmètre…….). Les logiciels actuels présentent des approches différentes des caractéristiques géométriques des objets spatiaux.

3-1- La position La position (X Y) dans le système de référence est déterminée par les coordonnée (x, y) de l’objet (pour le cas d’un système cartésien. Dans le cas du point, les coordonnées correspondent à celles du point lui-même. Dans le cas d’une ligne ou d’une zone, les coordonnées de l’objet correspondent à celles du centre de gravité de l’objet (centroide). Suivant la géométrie de l’objet, il est possible que le centre de gravité, se trouve à l’extérieur de celui-ci. En mode raster, les coordonnées correspondent à celle du centre de la cellule. Un exemple de requête géométrique faisant appel à la position de l’objet consiste à déterminer l’ensemble des champs situé au nord du village, connaissant les coordonnées du village (y=2600) 9

Select* From [champs cultivés] Where [y]˃2600 ;

3-2- Longueur et l’aire La longueur et l’aire correspondent à la mesure des dimensions linéaires Un exemple de requête faisant appel à une condition de longueur est de localiser les tronçons routiers d’une longueur inférieure à 2 000 m Select* From [route] Where [longueur] ˂ 2000 ;

Un autre exemple surfacique cette fois-ci est de localiser les champs d’une surface supérieure à 4 ha Select* From [champ cultivé] Where [surface] ˃ 4 ;

3-3- Distance La distance généralement considérée est la distance linéaire euclidienne ou les centres des objets Un exemple de requête faisant appel des distances linéaire est la localisation des champs situés à moins de 400 m des routes principales.

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Select * From [route], [champ cultivé] Where [route type]= ‘’double’’ and Distance ([champ cultivé]. ID, [route].ID, « m » ˂ 400 ;

4- Requête topologique La topologie considère l’objet dans son contexte et permet d’analyser les relations de voisinages entre objets. Plusieurs cas de voisinages sont susceptibles d’être rencontrés dans l’espace géographique. 4-1- Modèle topologique Les objets géographiques sont déterminés à partir des deux modelés représentés ci-dessous

Modèle simplifié Modèle complet Bord de l’objet

Les deux modèles ci-dessus considèrent les objets spatiaux selon trois éléments clés - Le bord identifiés plus loin par l’indice « b » - Le corps intérieur représenté par l’indice « c » - La matrice complémentaire ou corps extérieur

• Le bord de l’objet Il correspond aux limites de l’objet spatial, séparant le corps intérieur de la matrice complémentaire. 11

• Le corps intérieur Il représente le corps de l’objet spatial • La matrice complémentaire Il représente le complément de l’espace considéré excluant le bord et le corps intérieur

4-2- Les opérateurs topologiques Opérateurs DISJOINT

ADJACENT

INTERSECTE

CONTENANT (contenu)

COUVRANT (couvert)

EQUAL (EGAL)

Description Diagramme Deux corps sont dits disjoints si ni leur bord, ni leur corps intérieur ne se A touchent Deux objets sont dits adjacents si leurs bords se B touchent A Deux objets présentent une intersession s’il y a une zone d’intersection non nulle entre leurs corps intérieur Un objet en contient un autre si son corps intérieur enveloppe entièrement le bord de l’objet contenu Un objet couvre un autre si son corps intérieur est enveloppé par le corps intérieur de l’objet couvert Deux corps sont dits égaux si leurs corps et leurs bords intérieurs sont identiques

B

B

A

B A

B

A

A= B

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L’exemple suivant présente une requête portant sur l’opérateur topologique d’adjacence

Le but de la requête est de localiser l’ensemble des champs adjacents aux routes.

Select * From [champs cultivés] [route] Where adjacent ([champ cultivés]. ID, [route]. ID)

• On peut aller plus loin avec cette requête en utilisant non plus un opérateur d’adjacence mais d’intersection Select * From [champs cultivés] [route] WhereIntersect ([champ cultivés]. ID, [route]. ID)

• Un exemple supplémentaire tente à nouveau de se rapprocher du but recherché en utilisant un opérateur de distance à la route Select * From [champs cultivés] [route] Wheredistance ([champ cultivés]. ID, [route]. ID)

CONCLUSION Les requêtes spatiales formulées en SQL recouvrent un large éventail d’information et l’on est susceptible d’extraire de la base de données. Leur avantage réside dans le faite que les opérateurs font partie des logitiels SIG courants.

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