Robert Laurini INSA de Lyon

Présentation au sujet: "Robert Laurini INSA de Lyon"— Transcription de la présentation:

1 Robert Laurini INSA de Lyon http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini
Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies Robert Laurini INSA de Lyon

2 Table des matières I – Généralités sur l’intéropérabilité
2 – Raboutement des BD géographiques 3 – Interopérabilité sémantique 4 – Projet Towntology 5 – Conclusions

3 Visions de l'interopérabilité

4 Intéropérabilité Intéropérabilité des données et des traitements
Rêve des utilisateurs, cauchemar pour les informaticiens Interopérabilité totale: impossible actuellement Open GIS

5 Problématiques de l’intéropérabilité
Problèmes Définition Niveaux d’intéropérabilité

6 Nécessité de l’intéropérabilité
"Legacy systems" Variété des logiciels, des applications, des gestionnaires Difficulté de réécriture et de réutilisation Connexion entre les sites

7 Définition de l'intéropérabilité
"Capacité technique des applications d’organismes différents à coopérer sans conflits de systèmes, de logiciels ou de contenu.". Bien évidemment, on se refuse de créer totalement un nouveau système à partir des autres ; mais on accepte de créer des méthodes et/ou des outils pour permettre l’intéropérabilité

8 Niveaux d’intéropérabilité
syntaxique sémantique T Applications Applications E R Accès aux bases de données Accès aux bases de données O P E Appel des procédures distantes R Appel des procédures distantes A B Fichiers I Fichiers L I Protocole de réseaux T Protocole de réseaux E

9 Niveaux d’intéropérabilité
Syntaxique: au niveau des types abstraits des attributs (valeur) au niveau des schémas (relations) Sémantique: au niveau de la signification des données définition des données et des attributs géométrie et topologie

10 Exemple des routes Distances (km ou miles)  syntaxique
Routes et autoroutes  sémantique Mais qu’est ce qu’une rue (du point de vue informatique) ?

11 « Nous avons le fichiers des rues ! »
Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons Le fichier des rues ? Oui, nous l’avons!

12 « Nous avons le fichiers des rues ! »
Eboueurs Postiers Gaziers Rues privées Non Oui ?? Rues publiques Oui Oui Généralement oui Rues avec gaz ? ? Oui Rues sans gaz ? ? Non 234 251 241

13 Multiplicité des représentations
Rue représentée Rue représentée par deux par un graphe polylignes Responsable Responsable du trafic routier du cadastre Responsable Responsable du revêtement des réseaux des chaussées souterrains Rue représentée Rue représentée par une comme un surface volume

14 Modèle de l'OpenGIS Consortium d’entreprises, de centres de recherches et d’administrations Intéropérabilité des applications géographiques Standards

15 Modèle de l'OpenGIS

16 Solution ESRI: syntaxtique

17 Diversité des couches d’information
BD du gaz BD des bâtiments BD Cadastre

18 Couvertures géographiques
BD Zone B BD Zone A BD Zone C

19 Thématiques et couvertures
Même couverture spatiale, diverses couches de données Couvertures spatiales différentes, couches de données similaires Couvertures spatiales contiguës, couches de données similaires

20 Exemples Pollution du Léman Suivi du Rhin Méditerranée
Projets transfrontaliers Transports internationaux Croisement de diverses sources de données …

21 Hypothèses communes Existant Objectifs : transparence
Contiguïté des couvertures géographiques, ou bien légères superpositions Couches de données similaires SGBD ou SIG différents Pas de changements dans les BD locales Objectifs : transparence Une seule couverture géographique Langue(s) de travail Définition consensuelle des attributs

22 Problèmes à résoudre Raboutement des BD géographiques
Cartographique Sémantique Sémantico-géographique Topologique Création d’une ontologie de domaine

23 2 – Raboutement des BD géographiques
Importance du raboutement des cartes  Raboutement des BD géographiques Projections, et systèmes de références différents Tenir compte de la qualité de l’information Erreurs de mesure

24 Différences géométriques
Tuyaux d’eau Tubi per il gas BD de la Comp. du Gaz BD de la Compagnie des Eaux Superposition

25 Différences aux frontières
BD 1 BD 1 Bande de correction à la frontière BD 2 BD 2

26 Exemple de raccordement
Zone B Rivière C Site A RN 75 Routes RD 65 Affluent de la rivière C Bâtiment artificiellement coupé en deux RD 73 Site B RN 7 5 Zone B

27 Au voisinage des frontières
Les tracés des frontières sont différents Non alignement des objets (ex routes) Objets artificiellement coupés (fleuve, bâtiment, etc.) Objets ou portion d’objets absents à cause de la différence des spécifications des BD

28 Forçage Z one A Zone B Qualité qa Qualité qb RN 75 Sens du forçage
Bâtiment Qualité qb

29 Points homologues Choix des points homologues
Calcul des nouvelles valeurs des coordonnées des points homologues (en fonction de la qualité respective des BD) Alignement des altitudes selon le géoïde considéré

30 Formules de rubber-sheeting
Rubber-sheeting linéaire Rubber-sheeting bilinéaire

31 Exemple de terrains contigus
BD A BD B Limite du terrain B Limite du terrain A Zone intermédiaire

32 Solution Unification du modèle par des triangles.
Création de triangles complémentaires dans la zone intermédiaire Extrait des bases de données à raccorder

33 Bande élastique BD 1 BD 2 BD 3

34 Forçage des points aux frontières en milieu urbain
Commune A Points à forcer Commune B Commune A Largeur de la bande élastique Commune B

35 Résolution d’une requête à cheval sur deux BD spatiales
Points homologues Zone A Zone B Site A Site B Zone à transformer élastiquement lorsque B présente une demande à cheval sur A lorsque A présente à cheval sur B Zone sans modification des coordonnées Zone avec modification des Requête spatiale depuis A Zone sans modification des coordonnées

36 Raboutement et raccordement
Raboutement cartographique Raccordement sémantique Raccordement topologique

37 Raboutement cartographique
Correction des différences Forçage au voisinage des frontières Seulement au niveau cartographique  les cartes paraissent belles  pas de requêtes possibles sur la frontière

38 Raccordement sémantique
Reconstruction des objets artificiellement coupés (rivières, etc.)  ce sont des objets uniques ayant des morceaux dans différentes BD  il est possible de lancer des requêtes sur ces objets  certains traitements sont possibles

39 Raccordement topologique
Continuité des graphes (continuité topologique)  créer des nœuds dont l’une des arêtes appartient à une base, et l’autre à une seconde  la récursivité devient possible  Les algorithmes de recherche de chemin fonctionnent

40 Résolution des requêtes et indexation spatiale
Localisation de l’index global Recherche des sites pertinents Résolution des requêtes inter-bases

41 Indexation spatiale distribuée
Index spatial global Index local 1 basé sur des quadtrees Index local 2 de type grille Index local à la Peano

42 Rectangles de zone englobants
DB - 2 DB - 1 DB - 4 DB - 3 Bases de données à intégrer Rectangles englobants

43 Où ranger l’index global ?
Deux possibilités un unique exemplaire sur un site privilégié (en opposition avec la règle de Date) une copie par site Aucune difficulté à avoir un index global par site, car il est généralement de petite taille Prévoir les mécanismes pour y intégrer de nouvelles BD

44 Index global et locaux - local 1 - global - local 2 - global - local 4

45 Résolution d’une requête interbase
Exemple de requête de zone à cheval sur plusieurs BD Uniquement 3 rectangles, donc 3 BD sont concernés par cette requête

46 Résolution d’une requête de chemin
Point d’arrivée Point de départ Zones sélectionnées pour la recherche de chemin Ellipse de pertinence

47 Identificateurs locaux, globaux ; Identificateurs d'objects ; Continuité topologique
Site 4 Site 5 ID = 31970 ID = 90234 Site 4 ID = 47308 RD 57 RN 75 RD 38 RD 29 RN 75 RN 75 Site 1 ID = 678 Site 2 ID = 3216 Site 3 ID = 8906

48 3 - Intéropérabilité sémantique
Métadonnées Médiateurs Ontologies

49 3.1 - Métadonnées Informations sur les informations
Dictionnaires de données Les métadonnées sont des informations qui permettent la description de tous types de données : nature, définition, origine, organisation, disponibilité, mise à jour, usage, cohérence, etc ...

50 Métadonnées spatiales (FGDC)

51 Médiateur = un adaptateur de données situé sur un réseau
3.2 Médiateurs Serveur de données Client Médiateurs Médiateur = un adaptateur de données situé sur un réseau

52 Exemples de médiateurs
conversion de supports conversion d’unités conversion de structures changement de noms traduction de noms classification d’objets regroupements sémantiques etc.

53 Intéropérabilité par médiateurs

54 Intéropérabilité par médiateurs
Médiateur = composant logiciel qui résout les conflits schématiques et sémantiques Wrapper = composant logiciel qui fournit des services d’accès aux données grâce à un langage commun entre les bd et les médiateurs ; il assure la traduction des requêtes, met en forme les résultats et les transmet aux médiateurs

55 Méthodologie d’intégration avec médiateurs
Principe : petits modules répartis sur le long du réseau Repérer les données analogues dans les BD Ecrire les fonctions de conversions (a priori, un médiateur par attribut) Les installer aux endroits stratégiques

56 3.3 Ontologies Vocabulaire formalisé pour décrire des situations
Ontological commitment : engagement par ontologie Langages : Ontolingua, KIF, etc.

57 Exemple d’ontologie Avalanche

58 Partage d’ontologie SIG Compagnie de l’Electricité Ontologie urbaine
Correspondance des informations Correspondance des informations Correspondance des informations Correspondance des informations SIG du cadastre SIG Compagnie des Eaux SIG Compagnie du Gaz

59 Intéropérabilité par ontologie

60 Méthodologie d’intégration avec ontologie
Principe : normalement l’ontologie est complète et pré-existante. Repérer les correspondances BD-ontologie et décrire les transformations en liaison avec cette ontologie Résolution dynamique des conflits (si médiateurs, résolution statique)

61 Interopérabilité au travers d'une ontologie
de domaine BD BD rouge bleue

62 Correspondance avec médiateurs
DB A DB B Ontologia A B Corrispondenze di dominio Ontologie Correspondance de domaine MEDIATORE MEDIATEUR Requêtes Données Génération

63 Exemple en démographie

64 Exemple de médiateurs (1)
Contenu des DB : DB1 : 1 entité « résidents » DB2 : 2 entités « hommes » et « femmes » Comment obtenir DB1 : hommes et femmes ? DB2 : résidents ?

65 Exemple de médiateurs (2)
Solution : avec mediatori Médiateurs exacts DB2.residents= DB2.hommes + DB2.femmes Médiateurs approchés DB1.hommes = 0.48DB1.residents DB1.femmes = 0.52DB1.residents

66 4 – Projet TOWNTOLOGY Création d'une ontologie pour l'urbanisme
Première étape à Lyon ( ) Voirie (en français)  900 concepts Seconde étape ( ) Mise en place d'un réseau COST Extension à d'autres langues Mobilité Site web:

67 Principes de Towntology
9 relations : est fait de est composé de est localisé à est utilisé pour est situé sur est un est un sous-ensemble de dépend de est un instrument pour Présentation visuelle Reseau sémantique Structure d'hypertexte Définitions multiples Origine des définitions Possibilité de mise à jour Photos et dessins

68 Projet Towntology Créer une ontologie de domaine
ville urbanisme Initiateurs : INSA (LIRIS + EDU) Projet COST UCE 21 Université de Liège Queens University of Belfast Münster Universität Universidad Politécnica de Madrid Università della Basilicata Etc.

69 A Lyon Groupe de travail Voirie Autres domaines Trois permanents
Deux doctorants en informatique Deux étudiants en urbanisme Voirie Actuellement > 800 concepts (en français) Graphe, relations, définitions, photos, etc. Autres domaines Transports, mobilité, etc.

70 Début de l’ontologie Ville Territoire Réseaux Populations Espace bâti
Espace non-bâti Bâtiments Bâtiments Immeubles Bâtiments Bâtiments Bâtiments Monuments Espaces verts classés résidentiels commerciaux administratifs Historiques Places Espaces Terrains vagues d'eau Bâtiments Bâtiments Bâtiments Fleuve Terrains de Ponts Friches urbaines sportifs de service industriels religieux

71 Ontologie (suite) Bâtiment industriel Maison Appartement Immeuble
de bureau Habitation Lieu de travail loge travaille Etre humain etc. etc. se divertit achète Lieux de loisirs Commerces Magasins Marché Hypermarché Cinéma Théâtre Parcs

72 Extrait de l’ontologie

73 Graphe de l’ontologie

74 Piste cyclable

75 Exemple : POS

76 Début de l’ontologie sur les transports
………

77 Description d’un concept

78 Portail

79 Interface graphique (browser)

80 Visualisation de contenu

81 6 – Conclusion Importance de l'intéropérabilité
Importance de la sémantique des données Intéropérabilité n’est pas seulement un problème de programmation, mais plutôt différentes façons de voir la réalité Deux cas dans l’intéropérabilité des SIG Problèmes géométriques Rubber sheeting aux frontières Raccordement topologique Problèmes sémantiques Création d’ontologies de domaines

82 Merci de votre attention !