Prsentation de Perceptory: les extensions spatiales

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Présentation de Perceptoryles extensions
spatiales

• Yvan Bédard
• Suzie Larrivée

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Introduction

• Objectif de la présentation
• Exposer les méthodes actuelles pour la
  modélisation conceptuelle de bases de données
  spatiales.
• Contenu de la présentation
• Particularités des BDS et des SIGs
• Raisons dêtre de la modélisation conceptuelle
• Langages et outils pour la modélisation
  conceptuelle
• Adaptations pour les bases de données spatiales
  (formalisme, outils AGL)
• Principales tendances en modélisation
  conceptuelle
• Une solution innovatrice le PVL Spatial et ISO
  TC/211
• Une solution innovatrice Perceptory (UML le
  PVL Spatial)

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Particularitésdes BDS et des SIG

• Bases de données normales PLUS
• Structure de données PRÉ-FIXÉE pour stocker la
  géométrie des objets (primitives spatiales
  relations topologiques)
• Support PRÉ-FIXÉ pour un système à référence
  spatiale uniforme (pour positionner les objets)
• Opérateurs spatiaux PRÉ-FIXÉS (pour lanalyse
  spatiale)
• Commandes cartographiques PRÉ-FIXÉES (pour
  afficher les cartes avec la symbologie adéquate)
• Langage de requêtes spatiales PRÉ-FIXÉ (SQL
  étendu)
• Outils pour gérer les bases de données spatiales
• Système dinformation géographique (la solution
  traditionnelle)
• Les serveurs universels avec des extensions
  spatiales
• CAD SGBDR
• Serveurs Web SIG, etc.
• Riches en métadonnées

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Raison d'êtrede la modélisation

• 4 raisons principales
• Pour maîtriser la complexité
• Outil de réflexion
• Pour faciliter la communication entre les
  développeurs et avec le client
• Outil de communication (ex. pour le
  brainstorming, la validation)
• Pour faciliter le processus de programmation
• Outil technique (sauve du temps, minimise les
  erreurs, optimise les solutions)
• Pour faciliter la maintenance du système
• Outil de documentation

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Raisons d'êtrede la modélisation

• Les modèles de base de données sont
• une description formelle des attributs et du
  contenu spatial et temporel de la base de données
  implantés ou désirés, dépendant ou non de la
  plate-forme sur laquelle sera implantée le
  modèle.
• des représentations de la base de données sur
  lesquelles sont effectuées les différentes
  versions ce qui accélère le processus, permet de
  sauver du temps, accroisse les performances et
  ajoute de la qualité au système.
• Les modèles de base de données sont construits
  avec
• Un langage formel (appelé formalisme ex. UML
  OO, Chen E/R).
• Une notation graphique pour des vues plus
  générales
• Une description textuelle pour les détails
• Un ensemble de règles à suivre.
• Outils de modélisation (AGL Atelier de Génie
  Logiciel).

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Langages et outilspour la modélisation

• Il existe beaucoup de langages de modélisation,
  les plus récents sont basés sur le paradigme
  orienté-objet.
• Exemples Coad et Yourdon, Rumbaugh et al, Shlaer
  et Mellor, Jacobson et al, Martin et Odell,
  Booch, Cook et Daniels.
• Depuis 1996 Émergence de UML comme standard.
• Ces langages peuvent être utilisés pour les bases
  de données.
• Ces langages peuvent être utilisés avec des
  technologies non OO (ce qui est le cas à 95 du
  temps avec les BDS).
• Ces langages peuvent être utilisés avec
  différents niveaux dabstraction
• analyse (modèle conceptuel)
• conception (modèle physique).
• Ces langages sont supportés par des outils AGL.

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Adaptations pour les BDS (formalisme, outils CASE)

• CONGOO Pantazis and Donnay 1996
• Geo-ER Hadzilacos and Tryfona 1997
• Geo-OMT -gt OMT-G Borges et al 1997, 1999
• GeoOOA avec son logiciel de modélisation Kösters
  et al 1997
• MADS avec son logiciel de modélisation Parent et
  al 1997
• Modul-R avec son logiciel de modélisation et son
  générateur automatique de code Bédard and
  Paquette 1989 Pageau and Bédard 1992 Caron et
  al 1993 Bédard et al 1996
• POLLEN Gayte et al 1997
• UML GeoFrame Filho et al 1999

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Principales tendances dans la modélisation des BDS

• De la modélisation relationnelle et E/R à la
  modélisation OO
• Du OO propriétaire vers du OO ouvert (et
  spécialement UML)
• Des formalismes fermés aux formalismes ouverts
• Des formalismes aspatiaux aux formalismes avec
  extension spatiale
• Des formalismes spatiaux aux plug-in spatiaux
  pour les formalismes standards
• Des extensions spatiales propriétaires vers des
  extensions spatiales ouvertes.

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Principales tendances dans la modélisation des BDS

• Des outils AGL onéreux et limités vers des outils
  AGL peu coûteux et flexibles.
• Des méthodes "modèle riche/dictionnaire pauvre"
  vers les méthodes "modèle simple/dictionnaire
  riche".
• Du paradigme données seulement vers le paradigme
  multimédia.
• D'une démarche idéalisée de conception de
  logiciel vers la modélisation pragmatique.
• la modélisation n'est pas une fin en soit
• il y a une limite a ce que l'on peut comprendre
• le concept psychologique "satisficing".

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Une solution innovatricele PVL Spatial

• Solution basée sur 16 ans de RD et
  dexpérimentation
• Trois orientations stratégiques
• Une approche symbiotique HFS (Human Formalism
  Software)
• Une approche 'plug-in' offrant une indépendance
  par rapport à un formalisme particulier
• Un niveau dabstraction localisé à la toute fin
  du spectre du modèle conceptuel, i.e. un niveau
  danalyse plus proche de la vue du client.
• Le "PVL" Spatial Spatial Plug-in for Visual
  Languages
• en synchronisation avec les toutes dernières
  tendances en informatique (ouverture, norme,
  plug-ins, cartouche "cartridges", etc.)
• Nest pas une partie de logiciel, mais un concept
  de modélisation (ex. PVL Temporel, PVL
  Multimédia).

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Une solution innovatricele PVL Spatial

• Lapproche symbiotique HFS est obtenue à partir
  dune étude empirique sur
• Ce que les gens comprennent et utilisent avec les
  solutions existantes dans un contexte typique de
  développement
• Les différentes nuances (variations) dune
  solution
• Un certain nombre de tests avec des schémas de
  bases de données larges et complexes
• Le résultat de la présentation des modèles et des
  dictionnaires à des personnes différentes, des
  programmeurs aux experts de l'application et à
  leurs patrons
• La modélisation des bases de données dans divers
  champs dapplications
• La modification d'ancien modèle de bases de
  données que nous avions faits personnellement
• La modification d'un modèle de bases de données
  fait par quelqu'un d'autre.

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Une solution innovatricele PVL Spatial

• Lapproche symbiotique HFS a été utile pour
  sélectionner
• Les pictogrammes de base des extensions
  spatiales
• Le niveau de détails désiré
• La notation graphique
• Léquilibre entre linformation textuelle et
  graphique.
• Recherche en sciences cognitives
• graphiques pour les vues globales, pour
  illustrer les interdépendances
• texte mieux pour les détails ponctuels
• La combinaison des deux est nécessaire pour
  parvenir à une bonne compréhension.
• But offrir la richesse dexpression nécessaire
  pour les données spatiales tout en restant utile
  et facile à lire.

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Une solution innovatricele PVL Spatial

• Notre solution a été conçue pour
• faciliter la création du schéma de la base de
  données
• faciliter lintégration dans un outil CASE
  existant
• faciliter son apprentissage et son utilisation
• avoir un haut pouvoir dexpression tout en
  restant très simple
• être utilisée dans la modélisation conceptuelle.
• Notre solution
• utilise l'information graphique au minimum (7
  2)
• Insère les détails ponctuels dans le
  dictionnaire
• Insère les contraintes dintégrité spatiales dans
  le dictionnaire
• insère les situations exceptionnelles dans le
  dictionnaire
• nest pas seulement une solution académique
• nest pas une solution rattachée à une méthode
  spécifique
• prend en considération lenvironnement de
  modélisation HFS.

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Une solution innovatricele PVL Spatial

• Les trois primitives de base du PVL Spatial avec
  leurs notations graphiques (appelées
  'pictogramme')
• Les sept variantes de base du PVL Spatial avec
  des exemples de notation graphique
• Le langage visuel peut être utilisé de plusieurs
  façons à condition qu'il demeure consistant avec
  le modèle et le formalisme.

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Le PVL spatial

• Simple On peut ainsi créer des stéréotypes de
  géométries où chaque occurrence d'objet est
  représentée par une et une seule primitive
  géométrique 0D , 1D   et 2D . 

Sur une carte au 11000, les bâtiments ont une
géométrie simple de type polygone.
adresse
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Le PVL spatial

• Simple avec multiplicité Par défaut, la
  multiplicité de la géométrie est de 1,1 et n'est
  pas indiquée. Les multiplicités s'ajoutent à la
  suite du pictogramme.

Une maison possède une géométrie surfacique
seulement lorsque la superficie gt 500 m2 (1)
autrement elle n'est pas cartographiée (0).
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Le PVL spatial

• Alternatif  Élément dont les occurrences
  possèdent une OU l'autre des géométries proposées
  (2 géométries ou plus de façon mutuellement
  exclusive). On compose alors le stéréotype avec
  des pictogrammes adjacents.

BÂTIMENT
adresse
Un bâtiment est représenté par un point si sa
superficie est plus petite que 500 m² ou par une
surface si sa superficie est plus grande que 500
m² .
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Le PVL spatial

• Multiple  Élément dont chaque occurrence possède
  AUTANT DE GÉOMÉTRIES qu'il y a de pictogrammes
  (i.e.2 géométries ou plus) mais dont une seule
  est habituellement utilisée à la fois dans une
  représentation cartographique ou une requête
  spatiale. On compose alors le stéréotype avec des
  pictogrammes espacés les uns des autres.

SEGMENT ROUTE pavage
Une route peut avoir une géométrie surfacique à
grande échelle et une géométrie linéaire à petite
échelle.  Lors de la représentation
cartographique des routes, on utilise alors SOIT
la ligne OU SOIT le polygone (rarement les deux
de façon simultanée). 
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Le PVL spatial

• Complexe Élément dont chaque occurrence est
  composée en même temps de deux ou plusieurs
  géométries. Il s'agit donc d'une agrégation de
  géométries (ce qui est différent d'une géométrie
  multiple, laquelle n'est pas un agrégat). On
  compose le stéréotype à l'aide des différentes
  géométries introduites dans un pictogramme. 

RÉSEAU HYDRIQUE
name
Un réseau hydrique se compose d'éléments
linéaires (rivières) et d'éléments surfaciques
(lacs).
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Le PVL spatial

• Complexe avec multiplicité On peut également
  composer le stéréotype à l'aide d'une
  multiplicité lorsque l'agrégat est composé de
  plusieurs géométries similaires.

Une route est composée de 1,N segments linéaires.
21
Le PVL spatial

• Compliqué (Complicated)Si la combinaison de
  pictogrammes n'apparaît pas dans le menu de
  Perceptory, choisir ce pictogramme et
  inscrire sa composition dans le champ Détails du
  dictionnaire.

Un circuit d'autobus se compose d'une agrégation
de lignes (réseaux des circuits), des points
(arrêts), de polygones (terminus), etc. 
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Le PVL spatial

• Toute géométrie (Any Geometry) La classe peut
  être représentée par n'importe quelle géométrie.

• Un site historique est représenté par un point
  (statue), une ligne (rue), un polygone (parc),
  une ligne et un polygone (arrondissement et rue)
  et un groupe de polygones (regroupement de
  bâtiments), etc.

Site historique
23
Le PVL spatial

• Géométrie dérivée La géométrie dune classe peut
  être dérivée. Les pictogrammes sont alors écrits
  en ITALIQUES pour rappeler visuellement la barre
  oblique / de UML.  Dans Perceptory, le
  pictogramme devient en italique automatiquement
  lorsque la règle de dérivation (Derivation rule)
  est inscrite au dictionnaire. 

nom
PROVINCE
nom
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Le PVL spatial

• Pour un attribut Le pictogramme placé à droite
  de l'attribut signifie que la valeur de
  l'attribut varie spatialement À l'INTÉRIEUR de
  l'objet pour lequel on veut mesurer cette
  variation spatiale (ex. par abscisse linéaire ou
  chaînage).

Un segment de route linéaire peut avoir un nombre
de voies qui varie (ex. 0 à 2 km 2 voies, 2 à
3km 4 voies, 4 à 6 km 2 voies) et lusager
vouloir connaître les endroits où cela se produit
à lintérieur du segment. L'implantation pourra
être faite de différentes façons selon le
logiciel utilisé (ex. par segmentation dynamique
ou en créant des sous-segments dans un SGBD).
SEGMENT ROUTE numérojuridictionnombre de
voies1,N
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Une solution innovatricele PVL Spatial
modèle E/R d'Oracle Designer/2000
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Une solution innovatrice Perceptory (UML
Spatial PVL)

• Peut être utilisé avec les outils AGL commerciaux
  (une police de caractère dictionnaire étendu)
  ou avec notre propre outil développé en RD.
• PERCEPTORY outil de modélisation conceptuelle
  pour les bases de données spatiales
• basé sur UML (étendu avec les stéréotypes
  spatiaux et spatio-temporels)
• en accord avec les dernières tendances
• utilise le PVL Spatial présenté précédemment
• accepte linformation multimédia non-explicite
• "freeWare" (Téléchargeable de http//sirs.scg.ula
  val.ca/perceptory)
• développé comme un gabarit de VISIO en VBA et
  une base de données ACCESS (offre une flexibilité
  graphique, permet de générer des rapports et
  requêtes à partir du contenu du dictionnaire)
• compatible avec les normes TC211.

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Une solution innovatrice Perceptory (UML PVL
Spatial)
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Une solution innovatrice Perceptory (UML PVL
Spatial)
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Une solution innovatrice Perceptory (UML PVL
Spatial)
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Une solution innovatrice Perceptory (UML PVL
Spatial)
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Une solution innovatrice Perceptory (UML PVL
Spatial)
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Perceptory et ISO/TC 211

• 19101 Reference model
• 19102 Overview
• 19103 Conceptual schema language
• 19104 Terminology
• 19105 Conformance and testing
• 19106 Profiles
• 19107 Spatial schema
• 19108 Temporal schema
• 19109 Rules for application schema
• 19110 Feature cataloguing methodology
• 19111 Spatial referencing bycoordinates
• 19112 Spatial referencing by geographic
  identifiers
• 19113 Quality principles

• 19114 Quality evaluation procedures
• 19115 Metadata
• 19116 Positioning services
• 19117 Portrayal
• 19118 Encoding
• 19119 Services
• 19120 Functional standards
• 19121 Imagery and gridded data
• 19122 /Geomatics Qualification of personnel
• 19123 Schema for coverage geometry and
  functions
• 19124 Imagery and gridded data components
• 19125 Simple feature access Part 1 Common
  architecture, Part 2 SQL option

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Perceptory et ISO/TC 211

• Géométrie simple
• q GM_Point, GM_CompositePoint or TP_Node
• w GM_Curve, GM_CompositeCurve or TP_Edge
• e GM_Surface, GM_CompositeSurface or TP_Face.
• Géométrie complexe
• q mult. GM_MultiPoint
• w mult. GM_MultiCurve
• e mult. GM_MultiSurface
• aS GM_Aggregate
• aD GM_Aggregate
• sD GM_Aggregate
• t GM_Aggregate.

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Perceptory et ISO/TC 211

• Géométrie multiple
• Géométrie alternative

J e
VILLE
VILLE
centre-ville
GM_Point
limite
GM_Surface
Une Ville modélisée avec Perceptory
Une Ville modélisée avec 19109
PONT
wD
PONT
pointGeom 0
..1

GM_Point
lineGeom 0
..1

GM_Curve
Un Pont modélisé avec Perceptory
Un Pont modélisé avec 19109
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Modèles faits avecle PVL spatial et ISO/TC 211
Modèle conceptuel avec /TC 211
Modèle conceptuel avec le PVL Spatial
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Conclusion

• Les formalismes et notations nous aident à
  travailler dans un environnement plus rigoureux
  et à améliorer notre façon de concevoir les bases
  de données.
• Les bases de données spatiales requièrent des
  extensions pour les méthodes traditionnelles et
  des outils pour une analyse et une conception
  plus efficaces.
• Une première génération de solutions spatiales a
  été développée, mais non conforme aux tendances
  modernes.
• Une nouvelle approche a été proposée le PVL
  Spatial.
• Une nouvelle solution a été développée et testée
  Perceptory
• Suit les principales tendances
• Approche HFS Symbiotique
• UML PVL Spatial PVL Spatio-Temporel
  (stéréotypes UML)
• AGL Multimédia avec générateurs de code et de
  rapports, capacités multilingues et de stocker
  les métadonnées et les données dans la même BD.

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Présentation de Perceptory

• Modélisation de classes dobjets
• Dictionnaire enrichi (UML ISO/TC 211) pouvant
  être stocké sur plusieurs plateformes
• Génération de rapports
• Génération de code (plusieurs plateformes)
• Contraintes dintégrité spatiale (module CSory)
• Support multilingue
• Capacités multimédia
• Flexibilité graphique

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Recherche future
Outil dontologie
Outil de modélisation UML (Perceptory)
Générateur de rapport
Repository Spatial (ISTory)
......
Outil de contrainte dintégrité spatiale
Modélisation multidimensionnelle
Générateur de code