quelques problèmes d’intéropérabilité de sig : raboutement et ontologies
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Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies. Robert Laurini INSA de Lyon http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini. Table des matières. I – Généralités sur l’intéropérabilité 2 – Raboutement des BD géographiques 3 – Interopérabilité sémantique 4 – Projet Towntology - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Quelques problèmes d’intéropérabilité de SIG : raboutement et ontologies
Robert Laurini
INSA de Lyon
http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini
Table des matières
• I – Généralités sur l’intéropérabilité
• 2 – Raboutement des BD géographiques
• 3 – Interopérabilité sémantique
• 4 – Projet Towntology
• 5 – Conclusions
Visions de l'interopérabilité
Intéropérabilité
• Intéropérabilité des données et des traitements
• Rêve des utilisateurs, cauchemar pour les informaticiens
• Interopérabilité totale: impossible actuellement
• Open GIS
Problématiques de l’intéropérabilité
• Problèmes
• Définition
• Niveaux d’intéropérabilité
Nécessité de l’intéropérabilité
• "Legacy systems"
• Variété des logiciels, des applications, des gestionnaires
• Difficulté de réécriture et de réutilisation
• Connexion entre les sites
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 systèmeà partir des autres ; mais on accepte de créer des méthodes et/ou des outils
pour permettre l’intéropérabilité
Niveaux d’intéropérabilité
Niveausyntaxique
Niveausémantique
Applications
Accès aux bases de données
Appel desprocédures distantes
Fichiers
Protocole de réseaux
INTEROPERABILITE
Fichiers
Protocole de réseaux
Applications
Accès aux bases de données
Appel desprocédures distantes
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
Exemple des routes
• Distances (km ou miles) syntaxique
• Routes et autoroutes sémantique
• Mais qu’est ce qu’une rue (du point de vue informatique) ?
« 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!
Rues privées
Eboueurs Postiers Gaziers
Rues publiques
Rues avec gaz
Rues sans gaz
Non
Oui
?
?
Oui
Oui
?
?
??
Généralementoui
Oui
Non
234 251 241
« Nous avons le fichiers des rues ! »
Multiplicité des représentations
Responsabledu trafic routier
Rue représentéecomme un
volume
Responsabledes réseauxsouterrains
Responsabledu cadastre
Rue représentéepar unesurface
Responsabledu revêtementdes chaussées
Rue représentéepar deux
polylignes
Rue représentée par un graphe
Modèle de l'OpenGIS
• Consortium d’entreprises, de centres de recherches et d’administrations
• Intéropérabilité des applications géographiques
• Standards
• http://www.opengis.org
Modèle de l'OpenGIS
Solution ESRI: syntaxtique
Diversité des couches d’information
BD dugaz
BD desbâtiments
BDCadastre
Couvertures géographiques
BDZone A
BDZone C
BDZone B
Thématiques et couvertures
• Même couverture spatiale, diverses couches de données
• Couvertures spatiales différentes, couches de données similaires
• Couvertures spatiales contiguës, couches de données similaires
Exemples
• Pollution du Léman
• Suivi du Rhin
• Méditerranée
• Projets transfrontaliers
• Transports internationaux
• Croisement de diverses sources de données
• …
Hypothèses communes
• Existant– 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
Problèmes à résoudre
• Raboutement des BD géographiques– Cartographique– Sémantique– Sémantico-géographique– Topologique
• Création d’une ontologie de domaine
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
Différences géométriques
Tuyaux d’eau Tubi peril gas
Superposition
BD de la Comp.du Gaz
BD de la Compagniedes Eaux
Différences aux frontières
BD 1
BD 2
BD 1
BD 2
Bande de correctionà la frontière
Exemple de raccordement
Zone B
Zone B
Bâtimentartificiellementcoupé en deux
RivièreC
Affluentde la rivière C
Routes
Site A
Site B
RN 75
RN 75
RD 65
RD 73
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
Forçage
Bâtiment
Sens duforçage
Zone A
Zone B
RN 75Qualité qa
Qualité qb
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
ba
bbaa
ba
bbaa
qYqYY
qXqXX
Formules de rubber-sheeting
FyExDY
CyBxAX
• Rubber-sheeting linéaire
• Rubber-sheeting bilinéaire
HyGxFxyEY
DyCxBxyAX
Exemple de terrains contigus
Limite du terrain A
Zone intermédiaire
Limite du terrain B
BD A
BD B
Solution
Extrait des bases de donnéesà raccorder
Unification du modèle par des triangles.Création de triangles complémentaires
dans la zone intermédiaire
Bande élastique
BD 1 BD 2
BD 3
Forçage des points aux frontières en milieu urbain
Largeur de labande élastique
Points à forcer
Commune A
Commune B
Commune A
Commune B
Résolution d’une requête à chevalsur deux BD spatiales
Points homologues
Zone A
Zone B
Points homologues
Site A Site BZone à transformer élastiquementlorsque B présenteune demande à cheval sur A
Zone à transformer élastiquementlorsque A présenteune demande à cheval sur B
Requêtespatialedepuis A
Zone sansmodification descoordonnées
Zone sansmodification descoordonnées
Zone avecmodification descoordonnées
Raboutement et raccordement
• Raboutement cartographique
• Raccordement sémantique
• Raccordement topologique
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
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
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
Résolution des requêtes et indexation spatiale
• Indexation spatiale
• Localisation de l’index global
• Recherche des sites pertinents
• Résolution des requêtes inter-bases
Indexation spatiale distribuée
Index spatial global
Index local 1basé sur des
quadtrees
Index local 2de type grille
Index localà la Peano
Rectangles de zone englobants
DB - 2
DB - 1
DB - 4 DB - 3
Bases de données à intégrer Rectangles englobants
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
Index global et locaux
- local 1- global
- local 2- global
- local 4- global - local 3
- global
Résolution d’une requête interbase
Exemple de requête de zoneà cheval sur plusieurs BD
Uniquement 3 rectangles, donc 3 BDsont concernés par cette requête
Résolution d’une requête de chemin
Point de départ
Point d’arrivée
Ellipse de pertinenceZones sélectionnéespour la recherche de chemin
Identificateurs locaux, globaux ; Identificateurs d'objects ; Continuité topologique
Site 4ID = 31970 Site 4
ID = 47308
Site 5ID = 90234
Site 1ID = 678
Site 3ID = 8906
Site 2ID = 3216
RN 75
RN 75
RD 38RD 57
RN 75
RD 29
3 - Intéropérabilité sémantique
• Métadonnées
• Médiateurs
• Ontologies
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 ...
Métadonnées spatiales(FGDC)
Dataquality
Accuracy
Logicalconsistency
Complete-ness
Source /Lineage
Spatial datareference
Mapprojection
Coordinatesystem
Datum
Identificationinformation
Geographiccoverage
Custodian
Name
Description
Keywords
Status
Softwareenvironment
Identificationinformation
Geographiccoverage
Custodian
Name
Description
Keywords
Status
Softwareenvironment
Identificationinformation
Geographiccoverage
Description
Status
Softwareenvironment
Entity/atributeinformation
Typeand formats
Description
Domains
Measurementunits
Distributioninformation
Distributor
Accessprocedure
Format
3.2 Médiateurs
Médiateur = un adaptateur de données situé sur un réseau
Client MédiateursServeur dedonnées
Exemples de médiateurs
• conversion de supports• conversion d’unités• conversion de structures• changement de noms• traduction de noms• classification d’objets • regroupements sémantiques • etc.
Intéropérabilité par médiateurs
Base de Données
Base de Données
Base de Données
Médiateur Médiateur
Médiateur
• 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
Intéropérabilité par médiateurs
Méthodologie d’intégrationavec 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
3.3 Ontologies
• Vocabulaire formalisé pour décrire des situations
• Ontological commitment : engagement par ontologie
• Langages : Ontolingua, KIF, etc.
Exemple d’ontologie
Inondation
OuraganCatastrophes
naturelles
FeuTsunami
Volcan
Glissementsde terrains
Tremblementde terre
Relation « est un »
Relation « provoque »
Avalanche
Partage d’ontologie
Correspondancedes informations
SIGdu cadastre
SIGCompagniedes Eaux
SIGCompagnie
de l’Electricité
SIGCompagnie
du Gaz
Ontologieurbaine
partagée
Correspondancedes informations
Correspondancedes informations
Correspondancedes informations
Intéropérabilité par ontologie
Base de Données
Base de Données
Base de Données
ONTOLOGIE
Méthodologie d’intégrationavec 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)
Interopérabilité au travers d'une ontologie
BD rouge
BD bleue
Ontologie
de domaine
Correspondance avec médiateurs
DB A DB B
OntologiaA
OntologiaB
Corrispondenze
Ontologiadi dominio
DB A DB B
OntologieA
OntologieB
Correspondance
Ontologiede domaine
MEDIATOREMEDIATEUR
Requêtes
Données
Génération
Exemple en démographie
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 ?
Exemple de médiateurs (2)
• Solution : avec mediatori
• Médiateurs exacts– DB2.residents= DB2.hommes + DB2.femmes
• Médiateurs approchés– DB1.hommes = 0.48DB1.residents– DB1.femmes = 0.52DB1.residents
4 – Projet TOWNTOLOGY
• Création d'une ontologie pour l'urbanisme• Première étape à Lyon (2002-2003)
– Voirie (en français) 900 concepts
• Seconde étape (2003-2004)– Mise en place d'un réseau COST– Extension à d'autres langues– Mobilité
• Site web:– http://lisi.insa-lyon.fr/~townto
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
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.
A Lyon
• Groupe de travail– 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.
Début de l’ontologie
Ville
Espace bâti Espace non-bâti
Territoire
Populations
Réseaux
Bâtiments
Bâtiments
résidentiels
Bâtiments
commerciaux
Bâtiments
administratifs
Bâtiments
religieux
Bâtiments
industriels
Bâtiments
Monuments
Historiques
Immeubles
classés
Bâtiments
de service
PlacesEspaces verts Terrains vagues
Ponts
Espacesd'eau
Fleuve Terrains desportifs Friches urbaines
Ontologie (suite)
Etre humain
Habitationloge
Maison Appartement
travaille
Lieu de travail
Bâtimentindustriel
Immeublede bureau
achète
Magasins
Commerces
Marché Hypermarché
se divertit
Lieux de loisirs
Cinéma Théâtre Parcs
etc.etc.
Extrait de l’ontologie
Paving block Mix Asphalte concrete
Coating course
Traffic light cycle
Traffic signHorizontal sign
Road symbol
Traffic light system
Loop
Traffic light coordinationControler
Traffic light diagram
Traffic light plan
Dimensioning traffic Traffic management
Free flowSidewalkPavement
Road marking
Graphe de l’ontologie
Pistecyclable
Exemple : POS
Début de l’ontologie sur les transports
………
Description d’un concept
Portail
Interface graphique (browser)
Visualisation de contenu
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
Merci de votre attention !
http://lisi.insa-lyon.fr/~laurini