La topologie dans ArcGIS - 3/6
La maitrise des mécanismes de topologie dans la Géodatabase ne nécessite pas de connaitre la manière dont la topologie était implémentée dans les technologies plus ancienne comme ArcInfo Workstation. Cependant, il est intéressant d'évoquer la topologie des couvertures ArcInfo Workstation pour mieux comprendre comment celle-ci a évolué pour arriver à l'approche de la topologie que l'on a aujourd'hui dans ArcGIS.
La topologie des couvertures ArcInfo
Dans les couvertures ArcInfo Workstation, la topologie joue un rôle essentiel pour maintenir l'intégrité spatiale des données et leur usage SIG. Sans les informations de topologie, autant dire que l'utilisation d'une couverture est quasiment impossible. Une couverture ArcInfo est basée sur un ensemble de primitives de base (nodes, arcs et label points) à partir desquels des structures plus évoluées (entités linéaires ou surfaciques).
La topologie des couvertures ArcInfo
Dans les couvertures ArcInfo Workstation, la topologie joue un rôle essentiel pour maintenir l'intégrité spatiale des données et leur usage SIG. Sans les informations de topologie, autant dire que l'utilisation d'une couverture est quasiment impossible. Une couverture ArcInfo est basée sur un ensemble de primitives de base (nodes, arcs et label points) à partir desquels des structures plus évoluées (entités linéaires ou surfaciques).
Dans une couverture, les entités surfaciques (polygons) sont décrites par les bordures (arcs) eux-mêmes bordés à leurs extrémités par des points (nodes). Des points particuliers (label points) situés à l'intérieur de la surface permettent d'associer des attributs à l'entité. D'autres structures, comme les itinéraires (routes) sont également assemblées à partir d'éléments de type arcs et nodes pour gérer des entités linéaires complexes supportant notamment la segmentation dynamique.
Un ensemble de tables, gérées automatiquement par ArcInfo Workstation, permet de stocker les relations entre ces primitives et les entités de la couverture. Construire la topologie d'une couverture revient à mettre à jour ces tables.
Les avantages de la topologie stockée:
- On utilise une structure très simple donc très performante pour maintenir la topologie
- On digitalise une seule fois des tronçons linéaires (arcs) et ils peuvent être partagés par plusieurs entités
- La non-duplication des bordures communes des entités surfaciques permet la gestion d'un nombre énorme d'entités mais également la gestion d'entités très complexes (beaucoup de sommets) tout en optimisant l'espace de stockage des coordonnées
- La structure de stockage de la topologie est intuitive et les fichiers physiques (tables) correspondant sont simples à comprendre par les utilisateurs d'ArcInfo
Bien que ce modèle soit très intéressant, il a également quelques inconvénients:
- Certaines opérations nécessitant d'assembler les entités à la volée peuvent s'avérer plus lentes. Ceci est en particulier vrai pour les entités de type Polygon ou les entités multi-partie comme les entités de type Regions (polygones multi-partie) ou Routes (polyligne multi-partie)
- Les entités topologiques (Polygons, Regions, Routes) ne sont pas immédiatement utilisables car leur topologie doit être préalablement calculée ou recalculée (suite à des mises à jour sur les géométries). Même si des fonctions de recalcule partiel existent c'est tout de même une contrainte forte
- Le modèle de données des couvertures est un modèle mono-utilisateur pour ce qui concerne les mises à jour. Un seul utilisateur à la fois peut mettre à jour les données afin d'assurer la cohérence de la structure topologique. Des mécanismes de tuilage de la couverture permettent de s'affranchir de cette contrainte mais rendent les processus de déploiement de la couverture un peu plus complexe
L'évolution vers une topologie non-stockée
Comme c'est souvent le cas dans l'histoire des technologies de bases de données, les priorités technologiques changent en fonction des contraintes informatiques du moment. Au début des années 80, les capacités de stockage et de traitement des données étaient encore très couteuses. Ainsi le modèle de topologie stockée d'ArcInfo a offert le meilleur compromis durant plus d'une décennie et a prouvé son efficacité et sa robustesse dans d'innombrables projets.
Au milieu des années 90, l'intérêt pour les structures géométriques simples est de plus en plus important. En effet, la taille moyenne des espaces de stockage est beaucoup plus importante et les capacités de calcul ont, elles aussi, beaucoup évolué. Dans le même temps, la quantité de données spatiales disponibles a progressé tout comme le nombre d'utilisateurs SIG exploitant ces données. Ainsi, on est passé du besoin d'un format de fichier orienté vers la saisie et l'intégration de données au besoin d'un format plus orienté vers l'utilisation, l'analyse et l'échange. Il fallait donc une structuration de données et un format de stockage permettant une utilisation performante et immédiate des données, en décrivant complètement les entités par les coordonnées des sommets composant leur géométrie. Il fallait également un format simple à manipuler afin de simplifier les opérations de lecture/écriture et faciliter ainsi l'échange et les conversions de données. C'est dans ces années qu'ESRI a mis au point le format Shapefile répondant à ces nouvelles exigences. Quelques années plus tard, la technologie ArcSDE proposera un stockage similaire des géométries mais, cette fois-ci, dans des tables de bases de données relationnelles en exploitant la capacité de ces dernières à stocker de longues séries de coordonnées dans des champs de type binaire.
Aujourd'hui le modèle de stockage des données spatiales utilisé dans les Géodatabases (Fichier, Access, Workgroup ou Enterprise) est celui des Shapefiles. La géométrie des entités est stockée entièrement (sommet par sommet pour chaque entité) et, à la différence des couvertures, les relations topologiques ne sont pas décrites explicitement. En revanche, la Géodatabase propose un ensemble de mécanismes et de règles permettant d'assurer l'intégrité topologique des données, c'est ce que nous verrons dans les prochains articles.
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