1 Introduction
Ici on ouvre le logiciel, et on va voir :
- comment ajouter des données à QGIS
- la différence entre données vecteur et raster
- la spécificité des données vecteur, qui ont une composante spatiale et une composante attributaire
- comment interroger des données vecteur et raster, accéder à leurs propriétés
- quelques formats de données vecteur et raster : SHP, GPKG, GEOTIFF…
- ce qu’est un projet QGIS et à quoi ça sert
En gros comment ouvrir le logiciel et y ajouter des données ! Mais ça mérite tout de même un petit chapitre ;-)
Données utilisées (pas la peine de les télécharger !) :
- DEPARTEMENT.shp : couche de départements Admin Express IGN
- gare_ferroviaire_bretagne.gpkg :
- ligne_ferroviaire_bretagne.gpkg
- srtm_36_03.tif : données SRTM avec une résolution 90 mètres
1.1 Introduction aux SIG et à QGIS
1.1.1 Système d’Information Géographique : définition
QGIS est logiciel de Système d’Information Géographique (SIG). Qu’est-ce qu’un SIG ? C’est un système permettant de gérer des informations localisées géographiquement. Ce système est composé de :
- données
- logiciels
- matériel informatique
- savoir-faire
- utilisateurs
Par abus de langage, un SIG signifie souvent aujourd’hui le logiciel utilisé dans un SIG. Ces logiciels vont permettre de gérer, traiter, analyser et visualiser des données géographiques.
Il ne s’agit donc pas uniquement de logiciels “pour faire des cartes”, la manipulation de données géographiques étant leur fonction première (nettoyage de données, croisement de données entre elles, analyse spatiale…). Toutefois, ils permettent aussi de représenter les données selon différents modes et donc de faire des cartes ;-)
1.1.2 QGIS : un logiciel SIG libre
Et QGIS dans tout ça ? Il s’agit d’un logiciel SIG libre, qui existe depuis 2002. Il a été initialement conçu comme un visualiseur pour les données du système de gestion de base de données Postgresql/PostGIS (PostGIS étant le module spatial de Postgresql).
Il existe de nombreux autres logiciels SIG, propriétaires comme ArcGIS ou MapInfo, et libres comme SAGA ou Grass.
QGIS est aujourd’hui très utilisé, comme le montre l’évolution des recherches Google depuis 2004 sur QGIS, ArcGIS, et MapInfo :
QGIS est un logiciel qui vit grâce à sa communauté ; il existe différentes manières d’y contribuer, comme signaler des bugs, écrire de la documentation, participer aux traductions, ou même acheter des produits dérivés sur la boutique QGIS !
Sur le site de QGIS, vous trouverez également des infos sur la gouvernance du projet, ses rapports financiers… Et également une liste d’entreprises proposant du support commercial.
1.1.3 Quelques liens
Il existe de nombreuses ressources sur QGIS, notamment :
- la documentation officielle
- le manuel d’exercices officiel
- les cours de Laurent Jégou (Université de Toulouse-2 Jean-Jaurès, UMR LISST du CNRS)
- ce tutoriel (UMR LETG - UMR Passages), dont est partiellement tiré le contenu de cette formation
Tout ce que vous apprendrez ici sera également valable, sur le principe, sur les autres logiciels SIG. Les noms et les emplacements des outils ne seront pas les mêmes, mais vous retrouverez globalement les mêmes fonctionnalités.
1.2 Les données des SIG
1.2.1 Une organisation par couches
Les données sont organisées sous forme de couches superposables :
1.2.2 2 grands types de données : vecteur et raster
On distingue généralement deux types de données : vecteur et raster.
Les données vecteur se définissent uniquement par des coordonnées. On trouvera des données vecteurs de type point, ligne et polygone. Un point sera défini par un couple de coordonnées XY, une ligne ou un polygone par les coordonnées de leurs sommets.
Une couche vecteur sera soit de type point, soit de type ligne, soit de type polygone, mais ne contiendra habituellement pas de données de deux types différents.
Les données vecteur sont généralement moins volumineuses que les données raster.
Quelques exemples de formats vecteur : SVG, AI, SHP, GeoJSON, GeoPackage…
Les données raster, ou images, sont constituées de pixels. En zoomant sur un raster, on finit par distinguer les pixels. Chaque pixel possède une valeur correspondant par exemple à sa couleur, ou à son altitude. Un raster est caractérisé par la taille d’un pixel, ou résolution. Exemples de données raster : carte IGN scannée, photographie aérienne, image satellite…
Dans les logiciels SIG, les outils et manipulation sont différents suivant le type de données vecteur ou raster. On peut aussi croiser ces 2 types de données, par exemple un modèle d’élévation raster et une couche de points vecteur, pour récupérer l’altitude de chaque point.
1.2.3 Des données sur les données : les métadonnées
Afin de savoir quelles sont les utilisations que l’on peut faire d’une donnée, il est indispensable de posséder des informations sur la manière dont a été fabriquée cette donnée, sa date, ses limites éventuelles d’utilisation… Ces « données sur la donnée » constituent ce qu’on appelle des métadonnées. Elles peuvent se présenter sous diverses formes : une page web, un fichier XML, un simple fichier texte, une fiche PDF…
Vous pouvez voir ici un exemple de fiche métadonnée accessible dans Indigeo.
Il existe aujourd’hui des normes régissant la manière dont sont construites ces métadonnées : nombres de rubriques présentes, choix des rubriques… Ceci permet de construire des catalogues de métadonnées, et facilite in fine l’échange de données entre organismes.
Indigéo, l’infrastructure de Données Géographiques de LETG, permet le catalogage de vos données géographiques, leur mise à disposition et leur visualisation, et vous pouvez même y créer des DOI (identifiants uniques), utiles pour vos publications !
1.3 Prise en main du logiciel
1.3.1 Ajout de données vecteur
Nous allons commencer par ajouter une couche de données vecteur correspondant aux départements français.
Lancez QGIS.
Cliquez sur l’icône du gestionnaire de sources de données (ou bien menu Couche > Gestionnaire des sources de données).
Vérifiez que vous êtes bien dans la rubrique Vecteur. Par défaut, le gestionnaire des sources de données s’ouvre dans la dernière rubrique utilisée.
- Type de source et encodage : laissez les valeurs par défaut
- Cliquez sur … à droite de Jeux de données vectorielles et sélectionnez la couche DEPARTEMENT.shp située dans le dossier 1_prise_en_main/donnees
- Cliquez sur Ajouter tout en bas de la fenêtre
- Cliquez ensuite sur le bouton Fermer pour sortir du gestionnaire de sources de données
Vous pouvez voir à l’écran les départements de France.
Vous voulez en savoir plus sur les différents formats, shapefile, geopackage ? C’est prévu un peu plus loin !
Pour supprimer cette couche : clic droit sur son nom dans la table des matières > Supprimer la couche…
Cette manipulation enlève seulement la couche de QGIS ; elle reste présente sur votre ordinateur, prête à être ajoutée à nouveau dans QGIS.
Toujours pour ajouter une couche, vous pouvez également passer par le panneau Explorateur : activez-le dans le menu Vue > Panneaux > Explorateur.
Dans ce panneau, naviguez dans l’arborescence de vos fichiers jusqu’à trouver le répertoire data des données de la formation. Faites un clic droit sur le dossier data > Ajouter aux marque-pages.
À partir des marque-pages, rendez-vous maintenant dans le dossier 1_prise_en_main/donnees, double-cliquez sur DEPARTEMENT.
Pour ajouter des données, le panneau Explorateur présente plusieurs avantages par rapport au gestionnaire de sources de données : une fois le marque-page créé, l’accès est plus rapide, et vous pouvez avoir une vue d’ensemble de vos données.
Toutefois, dans certains cas, le gestionnaire de sources de données peut être utile car il vous permet un peu plus de paramétrage notamment dans le cas de l’ajout de données WMS. Il est aussi utilisé pour créer des connexions à des bases de données ou des flux de données.
1.3.2 Présentation de l’interface
- Menus
- Barres d’outils : on y trouve la même chose que dans les menus, mais sous forme d’icônes. Pour savoir que fait un outil, passez la souris au-dessus et lisez l’infobulle. Pour rajouter ou enlever des barres d’outils : menu Vue > Panneaux > Barres d’outils.
- Liste des couches chargées, aussi appelée table des matières ou table of contents (TOC). Si plusieurs couches sont présentes, vous pouvez en modifier ici l’ordre d’affichage. Pour faire apparaître ou disparaître cette zone : menu Vue > Panneaux > Couches
- Zone de visualisation : on peut zoomer ou se déplacer dans cette zone.
- Panneaux supplémentaires, par exemple le panneau Explorateur permettant de visualiser dossiers et données SIG. Différents panneaux sont disponibles : menu Vue > Panneaux
- Barre d’état : on y trouve les coordonnées du point où se trouve la souris, l’échelle, le système de coordonnées…
Testez les différents boutons de zoom et de déplacement. Pouvez-vous déterminer l’effet de chacun d’entre eux ?
À noter : on peut aussi zoomer et dézoomer en utilisant la molette de la souris, ainsi que le trackpad. Si vous maintenez la touche espace appuyée, vous pouvez vous déplacer sur la carte en bougeant la souris. Idem en laissant la molette de la souris enfoncée.
1.3.3 Géométries et attributs
On distingue deux composantes dans les données utilisées dans un SIG : spatiale et attributaire.
- La composante spatiale correspond à la localisation et la géométrie d’un objet, donc à ses coordonnées
- La composante attributaire correspond aux données qui sont associées à un objet.
Par exemple, la composante spatiale d’un département sera le polygone représentant ce département, et sa composante attributaire sera son nom, son code, sa population…
Le lien entre composante spatiale et attributaire constitue une différence fondamentale avec les logiciels de dessin (DAO) type AutoCAD.
Ouvrez la table attributaire de la couche de départements : clic droit sur le nom de la couche > Ouvrir la table d’attributs
Pour que la table attributaire s’ouvre dans une fenêtre « ancrée » dans QGIS : menu Préférences > Options > rubrique Sources de données, cocher la case Ouvrir la table attributaire dans une fenêtre intégrée tout en haut.
Sélectionnez un département dans la table attributaire, en cliquant sur le numéro de la ligne : le département correspondant apparaît dans une couleur différente (jaune par défaut) dans la carte.
Vous pouvez maintenant faire l’inverse : sélectionner un département sur la carte, au moyen de l’outil de sélection. La ligne correspondante passe alors en surbrillance dans la table attributaire.
1.3.4 Propriétés d’une couche vecteur
Pour accéder aux propriétés de la couche, clic-droit sur le nom de la couche dans la table des matières > Propriétés… tout en bas (ou bien double-clic sur le nom de la couche).
Vous avez accès ici à plusieurs propriétés, notamment :
- la manière dont la couche est représentée, dans la rubrique Symbologie. Vous pouvez par exemple changer ici la couleur des départements
- le format de la couche dans la rubrique Information > Stockage
Dans les propriétés de la couche, rubrique Symbologie, cliquez sur Remplissage simple : vous pouvez modifier ici notamment :
- le remplissage : couleur et style (continu, pas de remplissage, hachures…)
- le trait (bordure) : couleur, épaisseur, style (continu, pas de trait, pointillés…).
On peut par exemple ne pas afficher les bordures, ou bien afficher uniquement les bordures …
Pour connaître l’emplacement d’une couche : rendez-vous dans les propriétés de la couche, rubrique Information > Chemin.
Vous pouvez aussi vérifier l’emplacement d’une couche en passant simplement la souris sur son nom dans le panneau des couches !
1.3.5 Ajout d’une couche raster
Ajoutez la couche raster srtm_36_03.tif située dans le dossier 1_prise_en_main/donnees, soit via le panneau explorateur, soit via le gestionnaire de sources de données.
Pour zoomer sur la couche : clic droit sur son nom > Zoomer sur la couche (tout en haut).
Il s’agit d’un modèle d’élévation numérique (MNE ou DEM) : chaque pixel possède une valeur correspondant à l’altitude en mètres des éléments présents au sol. Si une forêt est présente, ce sera donc l’altitude du sommet des arbres qui sera mesurée et non l’altitude du sol, idem si des bâtiments sont présents.
Après avoir sélectionné la couche srtm_36_04.tif en cliquant sur son nom, utilisez l’outil Identifier les entités pour cliquer sur un point du raster et connaître l’altitude de ce point.
Par exemple, ici, c’est un point d’altitude 693 mètres qui a été identifié.
Dans (Dérivé), vous pouvez lire les coordonnées de ce pixel.
1.3.6 Espace de travail (projet QGZ)
Un projet est un espace de travail. Sauvegarder un projet équivaut à sauvegarder le style utilisé pour chaque couche, le zoom… mais pas les données ! C’est en quelque sorte un raccourci pour éviter de recharger à chaque fois les couches sur lesquelles on travaille, les remettre dans l’ordre, choisir les couleurs, zoomer sur la zone d’intérêt…
Ouvrez le projet voies_ferrees.qgz situé dans le dossier 1_prise_en_main/projets (inutile d’enregistrer le projet courant).
Modifiez le zoom et le style des couches (couleur, taille des points…).
Sauvegardez votre projet sous un nouveau nom : clic sur l’icône correspondante, ou bien menu Projet > Enregistrer sous…
Enregistrez votre projet dans le répertoire 1_prise_en_main/projets, sous le nom voies_ferres_02. Cette opération crée un fichier au format QGZ.
Le fichier QGZ est l’équivalent du WOR sous MapInfo et du MXD sous ArcGIS.
Depuis la version 3.4 de QGIS, le format par défaut des projets est le QGZ et non plus le QGS.
Le fichier QGZ est un fichier compressé comprenant un fichier QGS et un fichier QGD. Ce dernier contient des informations de stockage auxiliaire, par exemple la position des étiquettes si elle a été modifiée, et de manière générale des informations de style basée sur des données attributaires, s’il y en a.
Notez que le fichier QGS (contenu dans le QGZ) n’est qu’un fichier texte, qui va « appeler » les données. Si vous fournissez à un collègue votre seul fichier QGZ, sans les données correspondantes, ce collègue ne pourra pas visualiser les données.
Si vous déplacez des couches et que vous ouvrez ensuite un projet QGIS qui utilise ces couches, vous obtiendrez un message d’erreur : le chemin des couches a changé et ne correspond plus à ce qui est indiqué dans le projet ! Il est néanmoins possible de spécifier à nouveau l’emplacement des couches manquantes.
Par défaut, les chemins vers les données sont stockées « en relatif » par rapport au projet. Il est possible de changer ce comportement pour stockez des chemins absolus (par ex. C:/dossier/couche.shp) en allant dans les propriétés du projet.
1.4 Formats de données SIG
Réduire la fenêtre de QGIS. Ouvrir dans l’explorateur de fichiers de votre ordinateur le dossier 1_prise_en_main/donnees.
1.4.1 Format Shapefile ou SHP : un « standard »
La couche DEPARTEMENT est au format Shapefile.
Le format shapefile a été créé par ESRI, l’éditeur notamment du logiciel SIG ArcGIS. Ce format est aujourd’hui l’un des standards du SIG et est couramment utilisé par les logiciels libres de SIG.
Un fichier SHP est en fait composé de plusieurs fichiers, dont 3 sont obligatoires :
- SHP : contient les informations spatiales
- DBF : contient les informations attributaires
- SHX : fichier d’index
Le format DBF impose certaines limitations pour les noms de colonnes : maximum 10 caractères, éviter les accents… Un 4ème fichier est aussi bien utile :
- PRJ : contient le code du système de coordonnées et éventuellement de la projection (cf. géodésie)
Pour que le Shapefile s’ouvre correctement, tous ces fichiers doivent avoir exactement le même nom et être au même endroit. QGIS peut ouvrir et éditer les fichiers SHP.
1.4.2 Format GeoPackage ou GPKG : un nouveau standard
Les couches gare_ferroviaire_bretagne et ligne_ferroviaire_bretagne sont au format GeoPackage, un format de données spatiales ouvert et reposant sur un standard. Il est conçu pour être aussi léger que possible en termes de volume, et pour se présenter sous la forme d’un fichier unique au format GPKG et directement utilisable.
Si le fichier est ouvert, ce qui est le cas si vous avez un projet QGIS ouvert avec ces couches, 2 fichiers supplémentaires existent, avec les extensions gpkg-shm et gpkg-wal. Il s’agit de fichiers temporaires qui seront supprimés quand les couches ne seront plus ouvertes.
Un fichier GeoPackage est en fait d’une base de données au format SQLite pouvant contenir plusieurs couches. Pour plus de simplicité, durant cette formation, chaque fichier GPKG ne contiendra qu’une seule couche.
Ce format peut contenir aussi bien des données vecteur que raster.
Depuis la version 3.4 de QGIS, le GeoPackage est le format par défaut pour enregistrer des données vecteur. Vous pouvez toutefois toujours travailler avec des shapefiles.
Pour en savoir plus sur le pourquoi de ce changement : http://switchfromshapefile.org/#geopackage
1.4.3 Formats raster : l’exemple du TIF
La couche srtm_36_03 est au format TIF. Ce format permet de stocker les coordonnées du pixel en haut à gauche de l’image, ainsi que le système de coordonnées de l’image : il s’agit en réalité d’un GEOTIFF. Ce format est lisible par la plupart des logiciels SIG.
L’extension du fichier reste TIF. Cependant, chargé dans un logiciel SIG, ce TIF s’affichera directement au bon endroit ; on dit qu’il est géoréférencé.
D’autres fichiers peuvent être associés à un raster, avec les extensions suivantes :
- QML : ce fichier facultatif sauvegarde le mode de représentation du raster : du noir vers le blanc, valeur minimum et maximum… S’il n’est pas présent, le raster s’affichera avec des paramètres par défaut. Il est propre à QGIS.
- AUX.XML : ce fichier parfois présent sauvegarde des statistiques et parfois le système de coordonnées de l’image. Il permet d’accélérer l’affichage et certains traitements. Ce fichier est également lisible par le logiciel ArcGIS.
- TFW : souvent appelé “World file”, ce fichier stocke les coordonnées de l’image et la taille des pixels. Ce type de fichier existe pour plusieurs formats d’image : l’extension sera JGW pour un JPG, PGW pour un PNG etc. Ce fichier n’est pas nécessaire si les informations sont déjà contenues dans l’en-tête de l’image (ce qui est le cas pour notre GeoTIFF). Les world file sont de moins en moins utilisés dans les SIG ; ils peuvent cependant être utiles pour un logiciel non SIG ou pour un format d’image ne permettant pas le stockage d’informations de localisation dans son en-tête.
1.4.4 Autres formats
Il existe bien d’autres formats de données spatiales que nous ne manipulerons pas ici. Pour n’en citer que quelques uns :
- Le format GeoJSON est un format vecteur ouvert, particulièrement utilisé en cartographie interactive, sur le web. Il se compose d’un seul fichier ayant l’extension geojson ou parfois seulement json.
- Le format GPX est un format de fichier permettant l’échange de coordonnées GPS. Il peut contenir des points, lignes et polygones dans un même fichier GPX.
- Le format TAB a été créé pour le logiciel MapInfo. Comme pour le SHP, un fichier au format TAB est en fait composé de plusieurs fichiers. QGIS peut ouvrir des fichiers au format TAB, mais il ne peut pas les éditer ; il faudra pour cela les enregistrer au format SHP.
Dans le cas des formats composés de plusieurs fichiers, comme le shapefile, passer par le panneau explorateur de QGIS est particulièrement utile puisque vous ne verrez qu’une seule couche et non tous les fihciers (SHP, DBF, SHX…). Cela vous permettra une vue plus claire de vos données !