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Page 1: Bases de données Spatiales - POSTGIS

Prof. Omar El kharki & Jamila MECHBOUH [email protected] /[email protected]

Université Ibn Zohr, Agadir / Tél : 00212 6 67 05 73 36 Site web : https://sites.google.com/site/remotesensingportal/

Conférence académique plénière, 22 octobre 2015 de 8h30 à 9h

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Plan

2 Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 [email protected]

Bases de Données Spatiales (BDS) et SGBD spatiaux

Questions à laquelle une BDS peut donner une réponse

Présentation de PostGIS

Type de données et formats de stockage sous PostGIS

Téléchargement, Installation et Interfaces d'utilisation

BD Spatiales (BDS) sous PostGIS

Démonstrations pratiques

Les applications Métiers des BDS- PostGIS

Les axes de recherche en BDS-PostGIS

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80 % de l’information à un caractère spatial

Bases de données spatiales Introduction

Vecteurs : SHP (ESRI), MIF/ MID (MapInfo) , OSM (Open Street Map) , …

Raster : TIF, Geotiff, Img, Jpeg, ….

BDG ou BDS Fichiers SIG

BD: ensemble structuré et organisé permettant le stockage de grandes quantité d’information afin de faciliter leur exploitation BDG ou BDS : permet le stockage et la manipulation des objets spatiaux

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Questions à laquelle une BD spatiale peut donner une

réponse

Quelles sont les habitations qui sont touchés par les inondations de

Quelmim en décembre 2014 ?

Quelles sont les douars de la commune Lamrasla qui ne sont pas

raccordées au réseau d’eau potable?

Afficher dans une carte les villes du Maroc où le taux de chômage est

supérieur à 15%.

Quel est l'état des routes sur une commune ?

Quel est le chemin le plus rapide pour aller de la caserne des pompiers à

l'incendie ?

Où implanter des antennes pour une meilleure couverture du réseau dans

le cas de la téléphonie mobile?

La société des autoroutes au Maroc voudrait prendre une décision pour

construire trois axes autoroutiers. Pour cette raison il vous demande

d’afficher sur une carte les routes nationales où le trafic dépasse 15000

véhicules par Jour.

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Géométrique

Stokage

Attributaires

Requêtes SQL

attributaire

spatiale

Prendre en charge

Données volumineuses

Traitements longs et complexes

Respect des standards existants (OGC SFSQL, ISO/MM)

• Types de géométries supportés • Prototypes des fonctions spatiales • Table et traitements additionnels pour

intégrité référentielle

Ce qui est spécifié:

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Bases de données spatiales SGBD Spatiaux

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BDS ou BDG = ensemble de couches (set of layers) Table d’une BDS = une couche (Layer) Ligne = Géométrie + attributs = Feature (un objet géographique ou spatiale)

Bases de données spatiales SGBD Spatiaux

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Bases de données spatiales Exemples :SGBD Spatiaux

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PostGIS est une extension du SGBD libre PostGreSQL qui permet de

stocker des objets Géographique dans la base de données.

PostGIS : PostGres SIG (Système d’Information Géographique)

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Open Source

Écrit principalement en C

Site Web officiel : http://postgis.refractions.net/

Version actuelle 2.1.6 (Mars. 2015)

Société éditrice Canadienne : Refractions Research

Contient une centaines de fonctions spatiales et plusieurs

operateurs spatiaux

Respect les normes OGC SFS et ISO SQL/MM.

Utilisé dans de très nombreux projets

Mise à jour régulière par une communauté de

développeurs

Capacités orientées « entreprises » car basé sur

PostgreSQL

Respect des standard SQL (respecte la norme SQL92) Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA 22 Octobre 2015 [email protected]

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Prix

Fonctionnalités

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SGBD : Comparaison

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Web Client

Internet

uDig

OpenIMF

Mapserver

GeoServer

MapGuide

LAN

uDig

QGIS

GRASS

ArcGIS

PostGIS

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Libre

Proprietaire

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Plugin de PostgreSQL

Couplé à Proj4 : pour la gestion de très nombreux systèmes de projections

Couplé à GEOS ( JTS en C++) :  pour la gestion d'opérateurs spatiaux

Couplé à GDAL (Geospatial Data Abstraction Library): pour supporter de fonctionnalités raster

GDAL

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WKT (Well Known Text) : Représentation textuelle

WKB (Well Known Binary) : Représentation binaire

POINT (0 1) MULTIPOINT ( 0 1, 0 5, 1 7 )

LINESTRING ( 0 0, 1 1, 1 2) MULTILINESTRING ( (0 0, 1 1, 1 2) , (3 4, 4 5, 5 5))

MULTIPOLYGON ( ((10 14,1 8, 1 13,10 14)), ( (12 9, 13 3, 5 5, 7 10, 12 9), (13 7, 12 8, 11 7, 13 7) ))

POLYGON ((1 1, 5 2, 7 8, 4 6, 4 5, 2 3 , 1 1))

GEOMETRYCOLLECTION ( MULTIPOINT(4 10, 12 9, 14 4), LINESTRING(8 2, 2 3, 4 7, 2 9), POLYGON ( (10 9, 11 3, 5 5, 6 10, 10 9), (9 7, 8 6, 7 7, 9 7) ))

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Voir le fichier : installation.pdf qui existe dans

le DVD

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Téléchargement de PostGIS

http://postgis.refractions.net/download/

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psql: interface pour créer, gérer et administrer la BDG en ligne de commande.

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pgAdmin: interface graphique permettant de créer, gérer et administrer la BDS en uilisant IHM

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pgAdmin (interface):Clic droit sur Bases de données => Ajouter

Nom: geodb Propriétaire: postgres Modèle: postgis

En mode SQL:

CREATE DATABASE geodb WITH template = template_postgis;

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Le serveur est organisé en plusieurs bases de données

Les schémas Les Tables Les Vues les Triggers les Contraintes les Index

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Spatial_ref_sys: catalogue des systèmes de projection

Geometry_columns : catalogue des colonnes spatiales

SRID : Un identificateur de système de référence spatiale,

SRID : une valeur unique utilisée pour identifier sans ambiguïté la projection

SRID est la clé primaire de la table spatial_ref_sys,

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1. Créer une table:

Pour importer des données : Il faut d'abord créé la structure de la table dans PostGIS Ensuite copie les données depuis un CSV

Avec PgAdmin: la création de table s'effectue via le

menu contextuel / ajouter une table

La définition des différents champs s'effectue dans l'onglet Colonne

l’onglet contraintes permet de créer une clé primaire

En SQL:

CREATE TABLE personnes (code_per int NOT NULL, nom varchar(50), prenom varchar(50));

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2. Copier les données au format CSV (comma separated values)

Exécuter la requête suivante :

copy personnes(code_per,nom,prenom) FROM 'D:/Elkharki_mai_2015/Postgis_conf/pers.csv' DELIMITERS ';' CSV ;

COPY table FROM '/Users/macbook/file.csv' DELIMITERS ',' CSV HEADER;

Syntaxe générale:

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Dans la fenêtre SPIT, vous devez utiliser une connexion à une base de données puis, ensuite, définir les paramètres de l'import et les fichiers à intégrer.

Paramétrage d'une connexion postgis Nom de la connexion : au choix Hôte (serveur) : localhost Port : 5432 par défaut Base de données : geodb Nom d'utilisateur : postgres (par défaut) Mot de passe : à renseigner selon le choix

lors de l'installation de postgres

1. Etablir une connexion à la BDS dans QGIS

plugin SPIT de QGIS

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2. Importer des shapefiles

Se connecter à la base

Ajouter un ou plusieurs Shapefiles

Cliquer sur OK

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shp2pgsl est un outil en ligne de commande permet d’ importer les Shapefiles vers une base de données postgis

shp2pgsql -I -s <SRID> <PATH/TO/SHAPEFILE> <SCHEMA>.<NewTABLE> | psql -h myserver -d mydb -U myuser

Syntaxe générale:

shp2pgsql -I -s 2249 D:/data/nyc_streets.shp streets| psql -U postgres -d usa

Exemple:

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Dans pgAdmin:

1. Ajouter les shapefile

3. Importer

2. Changer le SRID par celui des couches à importer

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Données sur la ville de New York (nyc)

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Quatre Shapefiles:

nyc_census_blocks : Recensement sur la ville de New York (nyc) name, popn_total, boroname, the_geom nyc_streets : Rues dans la New York name, type, the_geom nyc_subway_stations : Stations des métros dans la ville de New York name, the_geom nyc_neighborhoods : Quartiers de la New York (nyc) name, boroname, the_geom

Remarque :

Ce qui suit sera pratiqué devant l’audience pour montrer la puissance de PostGIS / PostGreSQL pour la gestion des Bases de données Spatiales

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Quelle est le nombre de la population de la ville de New York ?

SELECT Sum(popn_total) AS population FROM nyc_census_blocks; 8008278

Quelle est la moyenne de personnes par appartement dans la ville de New York ?

SELECT Sum(popn_total)/Sum(hous_total) AS nb_pers_appart FROM nyc_census_blocks; 2.65

Pour chaque arrondissement, quel est le pourcentage de la population noire ?

SELECT boroname, 100 * Sum(popn_black)/Sum(popn_total) AS pop_noir FROM nyc_census_blocks GROUP BY boroname;

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Quelle est la surface du quartier ‘Soho’?

SELECT ST_Area(geom) FROM nyc_neighborhoods WHERE name = 'Soho';

919672.425 m2

Quel est la longueur totale des rues (en kilomètres) dans la ville de New York ?

SELECT Sum(ST_Length(geom)) / 1000 as long_rue FROM nyc_streets; 10418.9047 km

Quel est la longueur des rues de la ville de New York, suivant leur type ?

SELECT type, Sum(ST_Length(geom)) AS longueur FROM nyc_streets GROUP BY type ORDER BY longueur DESC;

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L'accès à la géométrie des objets

afficher la géométrie des trois premiers objets (rues) de la table "nyc_streets "

select geom from nyc_streets limit 3;

la géométrie des objets s‘affiche en binaire

Résultat

La fonction ST_asText() affiche la géométrie dans un format texte simple

select ST_asText(geom) from nyc_streets limit 3;

La fonction AsEwkt() retourne le même type d'affichage mais en respectant la norme de l'OGC Well Known Text (WKT)

select st_AsEwkt(geom) from nyc_streets limit 3;

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Fonctions d'information sur la géométrie

La fonction ST_SRID permet de connaître l'identifiant du système de projection.

select st_srid(geom) from nyc_streets limit 1;

ST_IsValid permet de savoir si la géométrie de l'objet est conforme OGC

select st_isvalid(geom) from nyc_streets limit 1;

GeometryType permet de connaître le type de géométrie de l'objet

select geometrytype(geom) from nyc_streets limit 1;

EPSG:26918: NAD83 / UTM zone 18N

NAD : North American Datum

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La fonction st_buffer permet de créer une zone tampon.

Créer une zone tampon de 2000 m autour du quartier "Central Park "

SELECT ST_Buffer(geom, 2000) FROM nyc_neighborhoods WHERE name='Central Park';

Pour visualiser le résultat

d’une requête SQL sous

QGIS, II faut enregistrer la

requête comme une vue

(CREATE VUE)

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La fonction ST_intersection réalise l'intersection des objets spatiaux

Trouver les quartiers qui intersectent avec la zone tampon précédente

CREATE table "inter_buf" AS SELECT gid, name ,geom FROM nyc_neighborhoods WHERE ST_Intersects(geom,(SELECT ST_Buffer(geom, 2000) FROM nyc_neighborhoods WHERE name='Central Park'));

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Quels sont les quartiers qui sont dans la rue 'Nethermead Arches'?

SELECT gid,name FROM nyc_neighborhoods WHERE ST_Intersects( geom,(SELECT geom FROM nyc_streets WHERE name = 'Nethermead Arches') );

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Quelles sont les rues qui touchent la rue 'Nethermead Arches'?

SELECT gid,geom,name FROM nyc_streets WHERE ST_Touches( geom,(SELECT geom FROM nyc_streets WHERE name = 'Nethermead Arches') );

ST_Touches(geometry A, geometry B) : retourne TRUE si les géométries ont au moins un point en commun, mais leur intérieurs ne s’intersectent pas.

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Combien de personnes vivent dans une zone de 1 km de la rue 'Nethermead Arches’?

SELECT Sum(popn_total) FROM nyc_census_blocks WHERE ST_DWithin( geom,(SELECT geom FROM nyc_streets WHERE name = 'Nethermead Arches'),1000 );

80710

ST_DWithin(geometry A, geometry B, radius) retourne TRUE si les géométries sont distantes du rayon donné.

ST_DWithin est très utile pour répondre a une question telle que:

“Combien d’arbres se situent dans un buffer de 500 mètres autour de cette

route ?”. Vous n’avez pas à calculer le buffer, vous avez simplement

besoin de tester la distance entre les géométries.

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Construire les arrondissements de NYC a partir des quartiers

select boroname,st_union(geom) as geom from nyc_neighborhoods where st_isvalid(geom) group by boroname ;

ST_Union: unie des objets géographiques liés par un même attribut

ST_Union: Renvoie un objet géométrique qui représente l’ensemble d’union des objets géométriques désignés

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SELECT s.name, s.routes FROM nyc_subway_stations AS s JOIN nyc_neighborhoods AS n ON ST_Contains(n.geom, s.geom) WHERE n.name = 'Flushing';

Les jointures spatiales vous permettent de combiner les informations de plusieurs tables en utilisant une relation spatiale

Quelle station de métro se situe dans le quartier 'Flushing' ? Et quelle est l’itinéraire de métro à emprunter ?

2 stations, la ligne 7

ST_Contains(geometry A, geometry B) retourne TRUE si la géométrie A contient la géométrie B

Les jointures spatiales

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SELECT DISTINCT n.name FROM nyc_subway_stations AS s JOIN nyc_neighborhoods AS n ON ST_Contains(n.geom, s.geom) WHERE strpos(s.routes,'7') > 0;

Quels sont les quartiers desservis pas la ligne 7 du métro?

Les jointures spatiales

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CREATE INDEX index_name ON table_name USING GIST(geom_column_name);

Création d'un index spatial:

DROP INDEX index_name

Suppression d'un index spatial:

Comme index de table classique, mais sur base d’informations spatiales

Permet d’améliorer les temps de réponses des requêtes spatiales

Permet d'améliorer les performances d'une base de données

L'indexation accélère les recherches en organisant les données dans des arbres de recherche qui peuvent être parcourus efficacement pour retrouver une entité particulière

Page 43: Bases de données Spatiales - POSTGIS

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Quels sont les quartiers desservis pas la ligne 7 du métro?

Sans index temps=20ms Avec index temps=10ms

Plus la table est grande, plus le temps d'exécution d'une requête utilisant les index diminue par rapport à la même requête exécutée sur une table sans index spatial.

Améliore le temps de réponses des requêtes spatiales

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L'indexation spatiale sous PostGIS utilise l'index GiST (Generalized Search Tree).

Approxime les géométries par des boxes: Bbox

Principe

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PotGIS et Oracle Spatial partage la même notion d’index structuré sous la forme “d’arbres R” (R-Tree)

R-Tree classent les objets géographiques sous forme de rectangles, de sous-rectangles etc. Cette structure d’index gère automatiquement la densité et la taille des objets.

Principe

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PostGIS : Exporter vers SQL

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KML: Keyhole Markup Language”, le format KML utilisé par Google Earth.

ogr2ogr -f "KML" neighborhoods.kml PG:"host=localhost user=postgres dbname=geodb password=******" -sql "select gid, name, geom from nyc_neighborhoods limit 3"

1. Création du fichier KML

2. afficher le fichier KML dans google maps ou google earth

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PostGIS : Exporter ver GeoJSON

ogr2ogr -f GeoJSON neighborhoods.json PG:"host=localhost user=postgres dbname=geodb password=khadija" -sql "select gid, name, geom from nyc_neighborhoods limit 3"

GeoJSON is a format for encoding a variety of geographic data structures.

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PostGIS & MapServer : Publication de l’information

géographique en ligne (WebMapping)

MapSever /Geoserver

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Contrôle et gestion de flotte

- Connaître à tout moment la position d’un ou plusieurs

véhicules et l’historique de leur itinéraire.

- Combinaison de la technologie GPS et des communications

mobiles (GSM par exemple).

Les applications Métiers des BDG- PostGIS

Page 51: Bases de données Spatiales - POSTGIS

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Calcul d'itinéraires : pgRouting

Les applications Métiers des BDG-PostGIS

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53

Les applications Métiers des BDG-PostGIS

Vue globale sur les fuite

Menu d’activation de légende et tache

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Les applications Métiers de PostGIS

BDG-PostGIS pour le suivi de la pandemie du VIH/sida dans les villes de brazzaville et pointe noire.

Page 54: Bases de données Spatiales - POSTGIS

BDG-PostGIS : Recherche scientifique

Sujets pour les étudiants en Master

Etude et implémentation des nouveaux algorithme de l’indexation de l’information

dans les BDG – PostGIS.

Conception d’un WebSIG électoral pour le Maroc en utilisant Mapserver, PostGIS

et Openlayers.

Mise en place d’une Base de Données Géographique et d’une interface WebSIG

pour la gestion et localisation des fuites dans le réseau d’eau potable de la ville de

Ben-Mellal.

Intégration des WebSIG dans le suivi de la Pandémie du VIH/SIDA dans les villes

d’Agadir et Casablanca.

Développement d’une Base de données Géographique et d’une interface

WebMapping pour la Gestion des Infrastructures et équipements universitaires de

l’université Ibn Zohr, Maroc.

Système d’Information Géographique et Gestion des Incidents dans le réseau de

distribution de l’électricité de la ville de beni-mellal.

Développement d’une base de données géographique pour la gestion des

infrastructures et équipements dans les universités marocaines.

Développement d’une base de données géographique pour la gestion des

infrastructures et équipements dans les hôpitaux publiques au niveau du Maroc.

Page 55: Bases de données Spatiales - POSTGIS

BDG-PostGIS : Recherche scientifique

Sujets pour les étudiants en Master

Conception et modélisation d'un WebSIG et d'une application Android pour le suivi

des décès maternels et néonatals au Cameroun

Conception, modélisation et mise en place d’une base de données géographique et

d'une interface WebSIG pour la gestion des données cadastrales : Cas du

département du Mbam-et-Inoubou au Cameroun

Page 56: Bases de données Spatiales - POSTGIS

PostGIS – BDG : Recherche scientifique

Sujets pour Doctorat

Etude et implémentation des nouveaux algorithme de l’indexation de l’information

géospatiale dans les BDG – PostGIS

Conception, modélisation et mise en place d'une base de données spatiale et d’une

interface WebMapping pour le suivi des maladies en zone CEMAC – Afrique

…, etc.

Page 57: Bases de données Spatiales - POSTGIS

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Open Source : Réduire le budget alloué à l'achat des logiciels

Bases de données géographique PostGIS ont les capacités pour gérer

les problèmes du monde réel et sont largement utilisés.

PostGIS permet de stocker et administrer de manière sécurisée les données à

référence spatiale

PostGIS permet d’effectuer des opérations spatiales (calcul de longueurs, de

surfaces, unions et intersections de géométrie, etc...) grâce à ses fonctions

spatiales avancées

PostGIS permet des connexions simultanées sur les données géographiques.

BDG-PostGIS peuvent être visualisées grâce à un logiciel SIG comme QGIS,

ArcGIS, UDIG, …

Les données de la BDG-PostGIS peuvent être publiées en ligne grâce à des

serveurs cartographiques comme MapServer ou GeoServer.

Page 58: Bases de données Spatiales - POSTGIS

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PostGIS : Bibliographie

PostGIS in Action,

May 3, 2015

by Regina O. Obe and Leo S. Hsu

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60

PostGIS : Bibliographie

Bases de Données Géographiques

Pratique sous PostGreSQL – PostGIS

Auteurs : Omar El kharki & Jamila

Mechbouh

Janvier 2016

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61

BDS (BDG) : Bibliographie

Spatial Databases: With

Application to GIS

Rigaux, Scholl, Voisard

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62

PostGIS : Annexe 01

Fonctions Spatiales

Page 62: Bases de données Spatiales - POSTGIS

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22 Octobre 2015 [email protected]

Fichier Description

pg_hba.conf Permet la gestion des droits d'accès au serveur de base de données Fichier de configuration pour l'authentification basée sur l'hôte

pg_ident.conf permet d'établir une relation avec l'identifiant utilisateur de base de données et celui défini sur le système Fichier de configuration pour l'authentification par ident

Postgresql.conf contient l'ensemble de la configuration du serveur

Postmaster.pid Ce fichier indique si la base est en cours de fonctionnement

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PostGIS : Annexe 02

Deux Fichiers de configuration

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PostGIS : Annexe 02

Deux Fichiers de configuration

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66

PostGIS : Annexe 03

Récupérer le SRID à partir de *.PRJ

http://prj2epsg.org/search

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67 Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA

22 Octobre 2015 [email protected] 67

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68 Prof Omar El kharki & Mme Jamila Mechbouh TAZA

22 Octobre 2015 [email protected] 68

Nous sommes penchés depuis 2005 sur la

rédaction de 15 ouvrages en géomatique :

1. Bases de Donnéees Geographique

2. Serveurs Cartographiques

3. Traitement des images de Télédetection

Optiques

4. Algorithmes de classifications des Images

satellites

5. Télédetection Radar

6. BD Web et programmation Web

7. Géodesie et GNSS

8. Traitement d’Images Satellites sous ENVI

9. Cartographie et SIG sous QGIS et ArcGIS

10. …….

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DVD de cette présentation

Le DVD de cette conférence académique plénière contient :

1. La version électronique de cette conférence ;

2. Copie des logiciels PostGreSQL et PostGIS ;

3. Logiciel QGIS ;

4. Des données géospatiales (Shapefiles, BDG, Cartes, …) pour

manipuler PostGIS et les bases de données géographiques ;

5. Des documents sur PostGIS ;


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