Après avoir brièvement présenté l’origine de l’implémentation de ce type de données au sein de SQL Server, cet article va s’intéresser au type géographique qui se révèle être très complet et plus qu’intéressant.

SQL Server Spatial geography geometry Bing Maps explication des types géographiques et technique de projection

Avant de commencer à entrer dans le vif du sujet à propos de ce type, il peut être important pour tous de saisir les éléments liés à la géographie et à la cartographie qui ne se résument pas à la simple implémentation technique qui est réalisé dans le produit SQL Server ou dans différentes produits et APIs.

Je ferai donc dans un premier temps une présentation sommaire de l’origine de la cartographie afin de nous préparer à l’utilisation de ce type au sein du produit SQL Server.

 

Historique de la géodésie

La géodésie est un sujet passionnant. C’est en effet une science qui à l’origine existait pour aider la cartographie (au sens construction de carte) mais qui, au vue de certains paramètres, s’est réellement diversifiée pour intégrer notamment l’analyse de la forme et les dimensions de la planète Terre.Géodésie et cartographie interactive - illustration de la théorie de la Terre Plate

Cette science a connu plusieurs périodes où chacun imposait sa vérité scientifique ou non, qui était de plus, très étroitement lié à l’aspect politique et religieux du contexte.

C’est sans nul surprise que vous apprendrez que la Terre est un astre sphérique aujourd’hui mais vous savez comme moi que tout le monde ne pensait pas comme ça de tous temps.

Il faut savoir que certaines hypothèses de ce concept de planète sphérique existaient déjà en Grèce antique mais elles étaient refusées pour des raisons d’influences et de politique, mais probablement aussi par manque de preuves scientifiques.

Géographie et géodésie Terre plate

Cette hypothèse ou cette théorie selon laquelle la Terre n’était pas plate a mis plusieurs centaines d’années pour être entendue et acceptée comme un fait.

 

La géodésie et ce que l’on sait

Plusieurs milliers ou centaines d’années après Aristote, Thalès ou bien d’autres, les révélations sur notre planète ont suivi et nombre de mathématiciens, géographes ou d’autres spécialistes de leurs domaines respectifs nous ont confirmé cette théorie tout en la complétant.

De nombreuses opérations de mesures et calculs ont été requises pour établir le fait que cette bonne vieille planète Terre qui nous abrite n’était pas plate, puis pas uniquement sphérique mais en réalité écrasée au niveau des pôles.

La Terre, dans un modèle simplifiée correspond à une forme de révolution ellipsoïdale autrement dit, une ellipse tournée autour d’un axe passant à travers les 2 pôles.

Ellipsoïde de révolution pour la représentation géographique 

Des études plus avancées ont également prouvé que la forme de la Terre n’était pas si simple et qu’elle ressemblait en réalité à un patatoïde bosselé et c’est réellement cela qu’il faut retenir. Elle présente à sa surface des différences de niveau et des variations du champs de pesanteur présentant une amplitude de différences correspondant à des maximums culminant à 200m.

schema demontrant la forme de la geoide de la terre

Autrement dit, en dehors du niveau du sol variant évidemment de manière importante, on observe surtout une variation du niveau de pesanteur qui traduit une forme modifiée à considérer qui agit à des niveaux qui peuvent réellement être insoupçonnés tels que la durée de révolution de la Terre.

Compte tenu de la taille de la Terre, on se doute que cette différence de mesure n’est pas forcément très relevante dans la majorité des cas d’utilisation avec des outils de cartographie interactive qui présentent une précision largement suffisante et commune à ce type d’usage.

Il est parfois important de considérer ces points avec précision pour des domaines comme la géophysique ou même l’analyse maritime et océanique.

 

Les systèmes géodésiques et coordonnées

Un point bien souvent oublié ou mal présenté concerne le système géodésique dans ces types de données. Ce système correspond au référentiel qui détermine les caractéristiques telles que les rayons associés de l’ellipsoïde utilisée pour la représentation de la Terre, l’origine et les orientations des axes de définition.

Le système géodésique le plus couramment rencontré dans le monde est le système géodésique mondial : le WGS84 (Worldwide Geodetic System –1984) qui nous permets de définir les informations suivantes :

  • Les rayons de la Terre : définit par l’ellipsoïde retenue par le système géodésique GRS 80, corrigée depuis en imposant les valeurs suivantes :
    • Rayon semi-majeur : 6378137 m
    • Rayon semi-mineur : 6356752,314140 m corrigé en 6356752,314245 m
  • Les référentiels de coordonnées :
    • Base des latitudes : équateur (parallèle d’origine)
    • Base des longitudes : méridien IERS (méridien d’origine)

Il existe une panoplie d’autres systèmes géodésiques avec notamment le RGF93 (Référentiel Géodésique Français – 1993) utilisé en France principalement dans les constructions ou les données d’urbanisme plus généralement et qui peut être assimilé au WGS84 dans ses constantes de calcul de coordonnées.

imageLe méridien de Greenwich n’est pas le méridien de référence du système WGS84. Ce dernier, l’IERS méridien de référence est en effet situé un peu plus à l’Est (un peu plus de 100m).
- Source :
http://www.nmm.ac.uk/explore/astronomy-and-time/astronomy-facts/history/the-longitude-of-greenwich

Les coordonnées géographiques correspondent techniquement à une position précise et unique dans le référentiel choisi. Ils permettent de définir un point précis que l’on pourra retrouver ou convertir dans un autre système en se basant sur les constantes.

Latitude et longitude schema explicatif

 

Les systèmes de projection

La représentation du monde réel sur un format à plat (papier ou numérique) implique un choix dans la restitution des informations géographiques.

Il existe de nombreux systèmes de projection qui sont utilisés selon les besoins parmi lesquels on retrouve le plus répandu (en tout cas pour les utilisateurs lambdas) qui est le système de projection Mercator.Projection Mercator 1569

Ce système de projection, introduit en 1569 par Gerardus Mercator, est basé sur une projection cylindrique du monde.

Technique de projection cylindrique

Cette projection est très régulièrement rencontrée et c’est bien souvent celle que l’on est habitué à retrouver depuis les manuels scolaires comme à travers les différents supports.

Elle présente toutefois certaines limites et ses inconvénients lorsque notamment on souhaite afficher des informations dans des latitudes élevées (à proximité des pôles).

En effet, un des principaux problèmes réside dans la déformation qui est appliquée pour représenter le monde et qui peut être mise en évidence en utilisant des indicateurs visuels appelés indicatrices de déformation de Tissot et se présentent comme suit :

Projection Mercator avec indicatrices de deformation de Tissot

Il existe d’autres systèmes de projection permettant d’adapter la vue en fonction de l’information à diffuser. Ainsi, pour une information au voisinage des pôles, on comprends directement que le système Mercator n’est pas optimal et dans ce cas précis on choisira un autre système tel qu’une projection conique de Lambert,un système utilisant une projection azimutale plus adaptée.

Voici les schémas décrivant d’autres techniques de projection avec dans l’ordre, la projection conique, la projection cylindrique et la projection azimutale :

Technique de projection géographique

Il en existe une multitude résultant de systèmes de projection tous différents, comme par exemple :

Projection de Fuller animation d'explication

  • Projection d’Albers – projection conique notamment utilisée par l’Angleterre et les Etats-Unis :

Projection d'Albers

  • Projection de Werner – projection pseudo-conique conforme (pour les gens comme moi, amoureux de la cartographie) :

Projection de Werner explication

 

Combinaison avec les outils et produits grand public

A travers les API grands publics (dont Bing Maps for Enterprise fait partie), on retrouve évidemment la possibilité d’utiliser les principaux systèmes.

Dans SQL Server 2008, on observe la possibilité de définir un identifiant déterminant le système géodésique, le système de projection, les unités utilisées et qui sont indiquées à travers un SRID (Spatial Reference ID).

Cet SRID correspond à un identifiant déterminé par le European Petroleum Survey Group (EPSG) permettant de définir les références comme le système géodésique utilisé et est précisé au moment de la création des éléments géographiques, la liste des SRID supportés dans SQL Server 2008 peut être trouvée à travers ce lien ou en utilisant la commande suivante :

SELECT * FROM sys.spatial_reference_systems

 

Ces mêmes APIs utilisent un système de projection qui peut être assimilé au système WebMercator ou SPHERICAL_MERCATOR avec un SRID ayant pour valeur 3785. Ce dernier peut, la plupart du temps, être assimilé à un SRID 4326 définissant un Mercator classique (basé que l’ellipsoïde plutôt que sur une sphère).

Cette différence peut être constaté et est le résultat de simplification de développement mais également un choix technique. En réalité, une étude plus précise nous révèle qu’ils ne respecte pas tout à fait ce système de projection et que tous imposent une déformation de manière à pouvoir composer le contrôle cartographique sous forme de tuile et composer le monde sur un modèle de QuadTree.

Alastair Aitchison (MVP Bing Maps) a analysé ce point dans le détail et son excellent article présente très justement cette différence et l’approche la plus précise pour cette problématique de projection pour des utilisations plus précise.

Pour la plupart des besoins, l’utilisation du standard (SRID 4326 ou SRID 3785) se révèle très largement suffisant permettant de combiner l’information avec ces contrôles cartographiques des API que l’on connait.

 

Conclusions

Il est important d’être sensibilisé à ce type d’information tout simplement parce qu’elle permet de dialoguer avec les personnes dont c’est le métier et qui manipulent ces notions chaque jour.

C’est aussi important car c’est ce qui aide à intégrer leurs informations, des informations externes ainsi que les références pour enfin les exploiter à travers la plateforme ou l’outil retenu.

Ces grandes notions sur la géodésie et la cartographie abordées, nous allons pouvoir nous intéresser à la suite en mettant en œuvre l’utilisation du type géographique dans le produit SQL Server 2008.