Systèmes de référence spatiale et formats des fichiers de données OSM

Introduction

Lorsque l’on travaille avec OpenstreetMap et, en général, pour tous les domaines d’activités qui relèvent de la géographie, de la géomatique et des SIG (Systèmes d’Information Géographique), il est bon de connaître les systèmes de référence spatiale, les projections et les différents formats de fichiers qui s’y rapportent.

Dans ce chapitre, nous allons voir les systèmes de projection qui sont utilisés par OSM, et notamment la projection dite « Pseudo-Mercator » (également appelée « Web Mercator » ou simplement « Mercator » ; code EPSG:3857) ; elle très largement utilisée pour le rendu des cartes sur internet. Ensuite seront abordés les différents types de fichiers de données OpenStreetMap, puis les fichiers SIG qui en sont dérivés, ainsi que d’autres formats. Enfin, seront présentés les principaux services de téléchargement de donnée OSM permettant de récupérer les types de fichiers présentés juste avant.

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Source : www.map_box.com

  1. Projections et systèmes de coordonnées

Ce système utilise les nombres pour identifier ou positionner un objet dans l’espace. L’exemple le plus simple est le système de coordonnées cartésiennes, qui est étudié dans les cours de géométrie au niveau secondaire.

Dans ce système, nous avons l’axe des abscisses qui est X, et celui des ordonnées qui est Y. Et les points sont réprésentés sur le graphe grâce à ces deux axes.

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Source : 345Kai at the English language Wikipedia

Les géographes aussi utilisent les systèmes de coordonnées pour identifier les localités, et ce système utilise aussi des coordonnées X et Y. Les points du globe sont souvent référencés par la longitude (Est-Ouest) et par la latitude (Nord-Sud). Pour les récépteurs GPS, le standard le plus courant pour déterminer le système de coordonnées et l’origine d’un point est le WGS84.

OpenStreetMap est basé sur des mesures GPS et est donc capable de détecter et de lire le système WGS84.

Les unités de mesure en degrés ne sont pas appropriées pour mesurer les surfaces, les formes, les distances et/ou les directions. Par exemple, un degré de latitude couvre une distance supérieure à l’Equateur qu’à la latitude 10 degrés Nord. Plus l’on se déplace vers le Nord, plus grande est la distance représentée par un degré de latitude.

C’est pourquoi un système de coordonnées projetées est utilisé en général. Ce système permet donc d’effectuer des analyses sur les distances ou les angles et d’obtenir des mesures précises.

Systèmes de coordonnées Systèmes de coordonnées projetées

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Coordonnées géodésiques Mercator Sphérique/Google Mercator

latitudes/longitudes Ce système de coordonnées projetées est

WGS84/EPSG:4326 mesuré en mètres. Cette projection est utile pour

Ces unités sont utilisées par les GPS. les données vectorielles et les tuiles raster ainsi

Système de référence géodésique WGS84 que les services WMS et TMS

Localise la position sur la terre par la

latitude et la longitude.

A. Qu’est-ce qu’un système de coordonnées projetées?

Ces systèmes traitent les longitudes et les latitudes comme des coordonnées planes. Autrement dit, un système de coordonnées projetées convertit nos latitudes et longitudes en mesures métriques, ce qui nous permet de mesurer les distances réelles et de rendre des images de cartes qui seront le moins déformées dans le monde entier. En effet, toute projection induit forcément des déformations. Imaginez que la Terre soit une orange dont vous enlevez la peau qui représente sa surface. D’expérience, vous savez que la peau d’une orange ne peut s’étaler à plat.

Il existe plusieurs types de projections selon les différentes parties du monde qui mettent l’accent sur telle ou telle région de la planète. Certaines projections sont mieux adaptées à la représentation d’une région entière, alors que d’autres sont beaucoup plus convenables pour ce qui est des calculs de distance ou d’angle.

Il y a différents types de projections qui mettent l’accent sur différents aspects du monde. Certaines projections sont mieux adaptées à une petite zone, la décrivant plus précisément, tandis que d’autres respectent mieux les distances. Certaines projections conservent les directions, tandis que d’autres conservent mieux la forme. La distorsion ou la représentation déformée de la terre, est toujours un problème. En raison de préoccupations dues à la distorsion, des projections particulières, telles que la Projection de Lambert et la Projection Transverse Universelle de Mercator (dite UTM pour Universal Transverse Mercator en anglais), sont utilisées pour les petites zones locales, tandis que d’autres projections, comme Mercator, sont mieux adaptées à des projections mondiales, tout en minimisant la distorsion.

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La distorsion, ou un manque de proportionnalité, est plus forte aux pôles dans la projection Transverse de Mercator.

OpenStreetMap est une carte du monde, ce qui justifie l’utilisation de la projection sphérique de Mercator pour le rendu cartographique. Cependant, cette projection n’est pas sans limites quant à la représentation fidèle du monde.

Comme les distances varient beaucoup de l’équateur aux pôles, la carte paraît beaucoup plus déformée dans les régions qui sont loin de l’équateur. Par conséquent, les régions situées aux pôles nord et sud subissent de très fortes déformations.

B. La projection sphérique de Mercator

Cette projection est un système de coordonnées projetées utilisée par de nombreux fournisseurs de données libres, comme OpenStreetMap, et des services Web, tels que Google Maps ou Microsoft Virtual Earth.

Cette projection peut aussi être appelé « Google Mercator » en raison de sa première utilisation dans Google. Elle est plafonnée à la latitude 85° nord et sud de sorte que, quand le monde entier est affiché, il est montré dans un carré. Cette projection de Mercator est généralement utile uniquement pour les cartes visuelles.

Note : la règle de classification des tuiles d’OSM diffère de celle des TMS (serveur de tuiles - “TileMapService”) car OSM place son origine 0,0 à partir du coin supérieur gauche de la grille.

La projection de Mercator est également connue pour ses méridiens et ses parallèles qui se coupent à angle droit. Son échelle est vraie à l’équateur et a deux parallèles de référence équidistants de l’équateur. Dans cette projection sphérique, la Terre est considérée comme une sphère et non pas comme une ellipse. Cette légère modification de projection de l’ellipse à la sphère affecte les calculs effectués sur une surface plane, il est donc nécessaire que toutes les couches soient dans la même projection Mercator sphérique.

Heureusement, les serveurs de carte internet (WMS pour Web Map Service en anglais) et de nombreux autres services API (Application Programming Interfaces en anglais, soit Interfaces de Programmation d’Applications) commerciaux existants utilisent cela par défaut.

C. La norme EPSG

On peut se référer aux projections à travers les codes « EPSG », qui sont des identificateurs de SIG nommés et gérés par l’European Petroleum Survey Group. La projection Sphérique de Mercator est identifiée comme EPSG: 3857 ou le plus souvent EPSG: 900913. Ce dernier code est son ancien identifiant, un code non-officiel encore couramment utilisé. Ces coordonnées sont en mètres et exprimées par x / y.

L’autre code EPSG commun est EPSG:4326, qui utilise le WGS84 comme système de coordonnées. Chaque fois que vous voyez la chaîne « EPSG: 4326 », vous pouvez supposer qu’il décrit des coordonnées (latitude / longitude).

D. La cohérence des projections

L’usage de différents fichiers de formes (shapefiles en anglais) et formats de fichiers peut prêter à confusion. Il est donc impératif qu’ils soient dans le même système de référence spatiale. Et si ce n’est pas le cas, votre carte sera incorrecte ainsi que les résultats de toutes vos analyses spatiales.

Les données issues de OpenStreetMap peuvent être reprojetées, ou converties dans n’importe quelle systèmes de projection et vice versa. Vous pouvez utiliser QGIS pour reprojeter ou changer le système de coordonnées de fichiers de données géographiques. Les détails de cette opération se trouvent dans le manuel d’utilisateur de QGIS.

(http://www.qgis.org/en/docs/user_manual/working_with_projections/working_with_projections.html).

Actuellement, il n’y a pas d’ensemble standard de niveaux de zoom. Parce qu’il n’y a aucun jeu de zoom standard, le langage de programmation ne peut pas générer le rendu cartographique des projections de plusieurs tuiles (projection croisée).

Pour plus d’informations sur les formats de projection, vous pouvez visiter le site : www.spatialreference.org.

  1. Données OpenStreetMap et types de fichier

A. Types de fichiers au format OpenStreetMap

Ici, nous allons voir tous les types de formats de fichiers possibles que vous pouvez rencontrer en découvrant OpenStreetMap.

Les fichiers OSM (.osm) sont au format XML et sont utilisés dans JOSM pour leur facilité de stockage et de conversion. Chaque fois que vous enregistrez les modifications dans JOSM, vous les enregistrez au format .osm. Ce type de fichier ne s’utilise pas uniquement dans JOSM, mais peut requérir des extensions pour être lu dans des logiciels de SIG comme QGIS, dans lequel il vous faudra installer au préalable un greffon OSM.

Planet OSM

http://planet.openstreetmap.org/

Ce fichier est une copie régulièrement mise à jour de la base de données complète d’OpenStreetMap. Elle fait plus de 30 Go.

OSM source file (.pbf or .osm.pbf)

Ce fichier binaire est une version compressée du fichier .osm. Il est similaire à la version zippée du fichier .osm (osm.bz2). Par contre, il n’est pas reconnu par tous les logiciels de SIG. Dans JOSM, il est nécessaire d’installer un greffon appelé pbf.

OSM XML (.bz2 ou .osm)

Ces formats de fichiers XML sont les plus utilisés par la communauté OpenStreetMap. Ils peuvent être lus dans JOSM et/ou converti dans un autre format par QGIS.

Fichiers des modifications OSM ou “diff” (.osc ou .osc.gz)

Ce sont des fichiers différentiels qui ont un format similaire au format standard XML, mais qui ont une certaine valeur ajoutée. Ils sont compressés en gzip (.osc.gz). Ils sont très utiles pour mettre à jour une base de données PostGIS sans avoir à télécharger l’ensemble des données OSM. Ils comportent aussi toute l’historique des modifications sur les données.

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Ce fichier XML peut aussi être utilisé par d’autres applications de rendu comme Osmarender ou Kosmos.

B. Types de fichiers SIG issus de données OpenStreetMap

Fichiers ESRI Shapefile (.zip, or .shp, .shx, .dbf, .prj, and .index)

Ce type de fichier compressé est nommé “shapefile” (fichier de forme) et porte l’extension .shp. C’est un standard dans le monde des SIG en raison de sa flexibilité dans le stockage de l’information et aussi du fait qu’il est lu par la plupart des logiciels SIG. On peut y retrouver plusieurs couches de données vectorielles et les attributs décrivant les données de chacune des couches.

Les shapefiles ou fichiers de forme sont constitués en général de trois ou cinq types de fichiers.

  • shp (obligatoire) stocke les points géographiques, les ligne ou les polygones, en un mot la géométrie de l’entité.
  • shx (obligatoire), un index de position de la géométrie de l’entité, sous forme d’index de forme.
  • dbf (obligatoire), un format d’attributs issu de dBase III, soit un tableau qui comprend tous les attributs des objets géographiques.
  • prj (recommandé), un fichier texte qui contient des informations sur le système de projection.
  • index (recommandé), un fichier d’index qui est utile pour accélérer Mapnik.

Fichiers SQL PostGIS (.sql)

Utilisez PGAdmin III (http://www.pgadmin.org/download/) qui permet de lire, éditer et organiser les fichiers.

Ces fichiers SQL contiennent des instructions qui permettent de créer et modifier la base de donnée PostgreSQL. Ils servent également à sauvegarder les différentes tables d’une base de données. Ces fichiers spécifient le contenu de la table et ses exigences spatiales. Ils identifient les colonnes, et la liste de toutes les valeurs pour une colonne. PostGIS est un outil de stockage / d’analyse puissant et est idéal pour l’exécution de requêtes sur des volumes de données importants.

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Remarque : les deux outils (PostGIS et les bases de données SQLite) contiennent une ou plusieurs tables. QGIS et TileMill ont besoin de savoir de quelle table ils peuvent tirer les valeurs. Il est donc nécessaire de préciser les tables particulières ou les sous-requêtes. Heureusement, l’ajout de tables entières est aussi simple que d’entrer le nom de la table et vous êtes capable d’éditer des sous-ensembles particuliers et faire des ajustements temporaires à ces tables.

Fichiers SQLite

Visualiseur SQLite : http://sqlitebrowser.sourceforge.net/

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Ces fichiers texte compacts sont utilisés dans la base de données relationnelle SQLite. Les fichiers comprennent des données OSM dans une table compacte qui le rend efficace pour des capacités de stockage (bien meilleures que les fichiers de formes). SQLite diffère de PostgreSQL dans son architecture personnelle simple, ce qui le rend plus utile pour une base hébergée dans un ordinateur personnel ou des activités autonomes. PostgreSQL supporte une architecture client-serveur, qui est mieux adaptée pour les données complexes et plus sophistiqués.

Spatialite est l’extension spatiale de SQLite.

Fichiers Spatialite (.sqlite)

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Ce fichier est utilisé dans Spatialite, l’extension spatiale de la base de données SQLite ; Spatialite est à SQLite ce que PostGIS est à PostgreSQL. Comme SQLite, cette base de données est une bonne alternative si vous voulez quelque chose de plus léger que PostGIS. Il permet la reprojection et des fonctionnalités géographiques plus grandes que SQLite. QGIS et TileMill peuvent lire et stocker des fichiers Spatialite. Spatialite contient une application de visualisation qui vous permet de visualiser la couche préalable.

C. Autres types de fichiers

Cartes images (.png, .jpg, .svg, .pdf)

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Le site OpenstreetMap.org permet d’exporter la carte sous un format image de façon très simple. Zoomez d’abord de façon à sélectionner la zone à exporter. Ensuite, en bas à droite, cliquez sur le bouton Partager. Le panneau de droite va vous permettre de choisir le format du fichier image et la taille de la carte. Pour conserver les coordonnées de la zone exportée, copiez simplement l’url. Celui-ci contient les latitude, longitude et niveau de zoom.

Les images au format png et jpeg sont des bitmaps (raster), tandis que les images au format svg et pdf sont vectorielles (à moins qu’il n’existe une image intégrée dans le svg ou le pdf). L’option échelle vous permet de produire une carte plus ou moins grande. Si vous inscrivez un nombre trop petit, ce nombre sera automatiquement modifié pour indiquer la valeur la plus petite possible. Plus ce nombre est grand, plus l’image affichée sera petite.

Vous pouvez changer la taille de l’échelle et de pixel des images de cartes sur le site www.openstreetmap.org.

La taille en pixels est calculée en fonction de la taille de la zone sélectionnée, ainsi que de l’échelle qui a été choisie. Cette taille va changer lorsque vous ajustez l’échelle.

Exemple :

Échelle 1:10000 La taille de l’image sera de 2320 x 1430 pixels

Échelle 1:50000 La taille de l’image sera de 464 x 286 pixels

Limites de polygones (.poly)

Les polygones (d’emprise) pays d’Osmosis sont utiles pour extraire les données géographiques d’un pays.

Elles peuvent être utilisées dans les outils Osmosis pour procéder à l’extraction de polygones (d’emprise) pays spécifiques en provenance de données OSM au format XML.

Cartes OSM pour récepteurs GPS Garmin (.zip ou .img)

Les cartes sont adaptées au format GPS Garmin et peuvent être chargées très facilement.

Vous pouvez charger les images sur votre Microchip GPS ou utiliser un client, comme GPS Babel ou Garmin Basecamp, pour transférer les cartes OSM à votre GPS. Ces images peuvent être visualisées sur votre ordinateur et sont le plus utile pour les unités GPS qui permettent d’afficher les cartes complémentaires.

imageimage

Les fichiers avec l’extension .Zip ou extension .img sont utiles pour mettre sur les appareils GPS.

Le service HOT Export (voir plus bas dans ce chapitre) produit les cartes au format GPS Garmin. La page wikihttp://wiki.openstreetmap.org/wiki/OSM_Map_On_Garmin/Download décrit les autres services de téléchargement existants.

Fichiers GPX (. zip ou. .gpx)

Ces fichiers XML permettent la sauvegarde et le transfert des données GPS vers des applications diverses et des sites web. L’inverse est également possible.

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Fichiers Navit (.zip or .bin)

Liés spécifiquement aux logiciels de navigation Navit, ils utilisent des données routières et des POI.

Fichiers TOM TOM (.zip ou .ov2)

Ces fichiers de POI sont utilisés dans les navigateurs TomTom.

Fichiers Adobe Illustrator (.zip ou .ai )

Idéal pour représenter des dessins vectoriels sur une seule page. Cela permet d’afficher des cartes statiques, les retravailler avec de puissants outils de dessin vectoriel et les imprimer.

Format HTML exportable (.html)

Cliquez sur le bouton HTML et copiez les instructions html à ajouter dans votre page web. Cela vous permet de créer une carte glissante de la zone de votre choix. La carte conserve automatiquement sa mise à jour. Pourvu que vous ne modifiez pas l’attribut src de l’élément iframe, vous pouvez modifier le code HTML pour personnaliser votre site Web.

  1. Services de téléchargement de données OSM

A. Exports OpenstreetMap

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Exporter les données à patir de Openstreetmap.org est plus facile qu’il ne semble de prime abord. Cliquez sur Exporter dans la partie supérieure de la page, vous verrez ensuite dans le panneau de gauche les coordonnées par défaut de la carte. Vous pouvez modifier ces paramètres en déplaçant la vue de la carte, en tapant des coordonnées différentes et/ou en cliquant “Sélectionner manuellement une zone différente”. Cette option vous permet de créer un rectangle sur la zone que vous souhaitez récupérer. Cliquer sur “Exporter” pour télécharger le fichier OSM de la zone.

Pour enregistrer l’emplacement de la zone que vous exportez, copier simplement l’url de la page. Celui-ci contient les latitude, longitude et zoom de la zone.

B. HOT Export

Le site HOT Export permet d’exporter des données OSM pour une zone définie. En 2013, les zones disponibles pour le téléchargement sont l’Afrique, les Caraïbes, l’Asie Centrale et du Sud-Est. Voici une capture d’écran montrant les formats de données disponibles sur le site, qui sont particulièrement nombreux.

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En ce qui concerne les shapefiles, l’outil HOT Export exporte les données OSM dans quatre shapefiles distincts, pour les points, les lignes, les polygones, et les routes. Il est parfois nécessaire d’avoir ces fichiers reliés entre eux dans un fichier zip avant qu’ils puissent être ajoutés à certains programmes, comme TileMill. La plupart des bases de données, comme QGIS, exigent seulement le fichier .shp à condition que les autres fichiers soient dans le même dossier.

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La liste des attributs récupérés est définie dans chaque tâche en utilisant un modèle d’attributs (preset) JOSM dont les clés vont filtrer les attributs.

Job log file (file txt)

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Exemple de fichier texte detaillant le travail que vous avez lancé.

C. Site de téléchargements de Geofabrik

http://download.geofabrik.de/

Les polygones (d’emprise) pays d’Osmosis sont ceux utilisés par Geofabrik dans son service de téléchargement de données.

Geofabrik fournit des extractions régulièrement mises à jour de continents, pays et villes pré-paramétrées. On y retrouve des fichiers aux formats OSM (.osm, .bz2 ou .pbf) ou au format shp. Les attributs sont ceux du modèle d’attributs standard de JOSM.

D. Extractions de Metro

http://metro.teczno.com/

Ce service propose des extractions des principales villes du monde et de leurs environs. Il fournit la donnée OSM aux formats suivants : .osm, .bz2, .pbf and .zip containing shapefiles.

E. Autres sources

http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Download

Des sources supplémentaires sont listées dans le wiki OpenStreetMap.

Résumé

Ce chapitre vise à informer sur les systèmes de référence spatiale, les formats de fichiers pouvant contenir des données OSM et les services permettant de les télécharger. Il explique les projections, le système de coordonnées WGS84 et le système Mercator sphérique qu’utilise OpenStreetMap. Il présente les différents formats de fichiers et types que vous pouvez rencontrer avec OSM, y compris les fichiers binaires OSM, les fichiers de formes (shapefile), PostGIS, SQLite, etc. Il existe un certain nombre de moyens pour analyser, partager et imprimer des données OSM.


Annexe

PostGIS File Formatting

CREATE TABLE geometries (name varchar, geom geometry);

INSERT INTO geometries VALUES

(‘Point’, ‘POINT(0 0)’),

(‘Linestring’, ‘LINESTRING(0 0, 1 1, 2 1, 2 2)’),

(‘Polygon’, ‘POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0))’),

(‘PolygonWithHole’, ‘POLYGON((0 0, 10 0, 10 10, 0 10, 0 0),(1 1, 1 2, 2 2, 2 1, 1 1))’),

(‘Collection’, ‘GEOMETRYCOLLECTION(POINT(2 0),POLYGON((0 0, 1 0, 1 1, 0 1, 0 0)))’);

SELECT Populate_Geometry_Columns();

SELECT name, ST_AsText(geom) FROM geometries;

The OSM data is divided into planet_osm_point, planet_osm_line, or planet_osm_polygon sections:

Database Format:

DROP TABLE “public”.”planet_osm_point” CASCADE;

DELETE FROM geometry_columns WHERE f_table_name = ‘planet_osm_point’ AND f_table_schema = ‘public’;

BEGIN;

CREATE TABLE “public”.”planet_osm_point” ( OGC_FID SERIAL, CONSTRAINT “planet_osm_point_pk” PRIMARY KEY

(OGC_FID) );

SELECT AddGeometryColumn(‘public’,’planet_osm_point’,’wkb_geometry’,3857,’POINT’,2);

CREATE INDEX “planet_osm_point_geom_idx” ON “public”.”planet_osm_point” USING GIST (“wkb_geometry”);

ALTER TABLE “public”.”planet_osm_point” ADD COLUMN “osm_id” INTEGER;

ALTER TABLE “public”.”planet_osm_point” ADD COLUMN “z_order” INTEGER;

ALTER TABLE “public”.”planet_osm_point” ADD COLUMN “way_area” FLOAT8;

ALTER TABLE “public”.”planet_osm_point” ADD COLUMN “man_made” VARCHAR;

Point Value:

INSERT INTO “public”.”planet_osm_point” (“wkb_geometry” , “osm_id”, “z_order”, “way_area”, “natural”, “name”) VALUES

(‘0101000020110F0000C8813362B71D6841D6CFADA3716A17C1’, 226284484, 0, 0, ‘cape’, ‘Tandjung Malatajur’);

Line Value:

INSERT INTO “public”.”planet_osm_line” (“wkb_geometry” , “osm_id”, “z_order”, “way_area”, “oneway”, “ref”, “highway”,

“surface”) VALUES

(‘0102000020110F0000040000005E6E7856A95E68419119C50A0FC519C1E3AD9227AA5E6841E944AC7B4AC519C1F06C6FC

BAA5E684188E54F5370C519C1362CA7BBAC5E684180F2B63DA8C519C1’, 169491519, 6, 0, ‘yes’, ‘Jalan Kyai Haji Mansyur’,

‘secondary_link’, ‘asphalt’);

Polygon Value:

INSERT INTO “public”.”planet_osm_polygon” (“wkb_geometry” , “osm_id”, “z_order”, “way_area”, “amenity”, “building”) VALUES

(‘0106000020110F0000010000000103000000010000000A000000E947B2B13C5E6841D0B6E44847DA19C1C3554DC73B5E684

1FDE7A79E52DA19C1E254D26C3B5E684112BD350866DA19C1EC6B375E3B5E6841D7C37C7970DA19C1DB75EAB63B5E68

41AC8BD56F8DDA19C17494B5AC3C5E68417A27911599DA19C1F3197AAC3D5E68411E49C6888FDA19C1384C50073E5E68

41AA7E6D9272DA19C1DE2C9C943D5E6841F3A0AF4E52DA19C1E947B2B13C5E6841D0B6E44847DA19C1’, 169511568, 0,315.916202817112, ‘public_building’, ‘yes’);

CC0
Official HOT OSM learning materials