# MapDraw. Un outil libre d'annotation de cartes en ligne

Justin Berli, Guillaume Touya, Maïeul Gruget, Quentin Potié

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Justin Berli, Guillaume Touya, Maïeul Gruget, Quentin Potié. MapDraw. Un outil libre d'annotation de cartes en ligne. M@ppemonde, 2024, 138, 10.4000/12jjo. hal-04747810

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# MapDraw. Un outil libre d'annotation de cartes en ligne

Justin Berli, Guillaume Touya, Maïeul Gruget et Quentin Potié

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OpenEdition
Journals

## Édition électronique

URL: https://journals.openedition.org/mappemonde/9967

DOI: 10.4000/12jjo

ISSN: 1769-7298

## Éditeur

UMR ESPACE

Ce document vous est fourni par IGN Institut national de l'information géographique et forestière

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## Référence électronique

Justin Berli, Guillaume Touya, Maïeul Gruget et Quentin Potié, « MapDraw. Un outil libre d'annotation de cartes en ligne », *Mappemonde* [En ligne], 138 | 2024, mis en ligne le 21 octobre 2024, consulté le 22 octobre 2024. URL : http://journals.openedition.org/mappemonde/9967 ; DOI : https://doi.org/10.4000/12jjo

Ce document a été généré automatiquement le 22 octobre 2024.

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# MapDraw. Un outil libre d'annotation de cartes en ligne

Justin Berli, Guillaume Touya, Maïeul Gruget et Quentin Potié

## 1. Introduction

<footnote n="1">1. Au cours d'une session d'entraînement en réponse à une situation de crise juste après un tremblement de terre, les pompiers utilisent une carte topographique imprimée sur papier pour déterminer la localisation de la catastrophe et prendre des notes pour guider les futures interventions. Lorsque nous leur demandons s'il serait intéressant pour eux d'utiliser une carte interactive permettant de passer rapidement d'une vue d'ensemble à une vue détaillée, ils répondent qu'ils ne considéreraient cette option que s'ils pouvaient prendre des notes sur la carte et les partager avec leurs collègues.</footnote>

<footnote n="2">2. Bien qu'il s'agisse d'un exemple très spécifique, cette anecdote révèle tout de même le besoin d'un outil d'annotation de cartes digitales multi-échelles. Un tel outil devrait permettre : (1) de commencer un dessin à n'importe quelle échelle (2) de permettre de dessiner « à main levée », et donc être plus simple d'utilisation qu'un outil de dessin de type SIG, (3) d'inclure des annotations textuelles décrivant les dessins et (4) d'exporter les données dans un format utilisable par un SIG. Nous proposons dans cet article un outil libre en ligne, MapDraw, qui répond à ces quatre conditions.</footnote>

<footnote n="3">3. Dans un premier temps, nous verrons le fonctionnement de MapDraw. Puis, nous examinerons les utilisations actuellement faites de cet outil, mais également la manière dont il pourrait être utilisé à l'avenir, notamment pour la recherche et les agences géographiques nationales. Ensuite, nous verrons des exemples d'analyses possibles des données produites pour enfin conclure sur quelques pistes d'amélioration possibles.</footnote>
# 2. Description de MapDraw

## 2.1. Les solutions disponibles

4. Au cours de notre recherche d'outils permettant de dessiner et d'annoter des cartes pour une enquête, nous avons considéré deux possibilités. Tout d'abord, nous aurions pu utiliser directement un SIG comme QGIS, afficher des fonds de carte en ligne et utiliser les outils d'édition de données pour dessiner les géométries et insérer les attributs de nos objets géographiques. Cette solution est libre et reproductible, mais soit elle doit s'adresser à des personnes familières de la géomatique, soit elle nécessite une explication approfondie, ce qui limite le nombre d'utilisateurs et d'utilisatrices potentielles. Ensuite, nous aurions pu utiliser Gribrouillon, développé par des contributeurs OpenStreetMap (Pavie, 2020). Cette application en ligne de dessin sur carte remplit les conditions (1) et (2) que nous avons définies en introduction, elle est ergonomique et peut facilement être prise en main. Malheureusement, ses options d'exportation sont limitées et il est impossible d'insérer du texte sur la carte ou une légende pour décrire le dessin. C'est donc au vu du manque de solutions adaptées à nos besoins que nous avons entrepris le développement de notre propre application en ligne.

5. Par ailleurs, d'autres outils d'annotation existent, comme Cartogéovie (Escuriet, 2020), mais ils sont moins centrés sur le dessin que sur la carte, et donc ne répondaient pas à tous nos besoins. Cartogéovie permet à des personnes non spécialistes en géomatique d'annoter une carte pour spatialiser leurs lieux de vie. Enfin, il nous parait important de citer l'application Ikonokat (Blanc, 2018) parce qu'elle compte de nombreux points communs avec MapDraw. Ikonokat est une application numérique, principalement pour tablette, qui permet d'annoter des peintures. L'outil est utilisé dans les musées pour mieux comprendre comment les visiteurs perçoivent les œuvres. L'application dispose d'outils d'analyse synthétique des dessins, ce qui nous a inspiré pour MapDraw.

## 2.2. Fonctionnalités

6. MapDraw est une application qui, dans son essence, s'appuie sur le même principe que Gribrouillon. D'abord, un mode exploration permet de naviguer et de modifier le fond de carte à partir de sources géoréférencées tuilées, ou WMTS (Web Map Tile Services). Une fois la localisation choisie, un mode dessin permet de transformer le curseur de la souris en pinceau, comme dans un logiciel de retouche d'images.

7. L'application démarre donc en mode exploration. Il est alors possible de choisir la zone sur laquelle on souhaite effectuer notre dessin, soit en navigant sur la carte en effectuant des déplacements latéraux et des zooms comme sur n'importe quelle carte interactive, soit en précisant manuellement les coordonnées du centre de la vue et le niveau de zoom. Il est également possible de choisir un fond de carte parmi ceux proposés, à savoir OpenStreetMap, Google, et différents flux IGN. Certains d'entre eux nécessitent une clé, obtenue après une demande auprès du fournisseur de données, c'est le cas de Google et de certains fonds IGN. La personne en charge du déploiement de l'application web peut également ajouter facilement de nouveaux flux WMTS en fonction des besoins.
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Une fois la zone choisie, il est possible de passer en mode dessin (voir **figure 1**). Une première couche apparaît et nous permet de commencer à dessiner. Il est alors possible d'ajouter autant de couches que l'on souhaite en leur assignant une couleur ainsi qu'une légende en fonction de ce que l'on souhaite dessiner. La molette de la souris permet de modifier l'épaisseur du pinceau et la touche « majuscule » permet de réaliser des lignes droites pour, par exemple, surligner des toponymes. Comme il n'est pas facile de dessiner « à main levée » avec une souris et que tout le monde ne possède pas de tablette tactile, deux boutons permettent respectivement de supprimer le dernier élément dessiné ou de vider complètement les éléments de la couleur active, pour recommencer le dessin.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Figure 1. Exemple de dessin utilisant MapDraw</figcaption></figure>

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Lorsque le dessin est terminé, un bouton permet d'exporter deux fichiers différents : le premier est une simple image du fond de carte avec les dessins et la légende ; le second est un fichier GeoJSON où chaque couche est représentée par un multi-polygone, car nous ne souhaitons pas conserver l'ensemble des traits effectués pendant le dessin, mais uniquement l'ensemble de zones surlignées. Si la personne ayant réalisé le dessin est passée plusieurs fois au même endroit avec son pinceau, cette information ne sera pas visible dans les entités du fichier (figure 2).
<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Figure 2. Principe de création des polygones exportés par MapDraw</figcaption></figure>

Mappemonde, 2024

La taille du pinceau est utilisée pour réaliser une zone tampon autour du tracé de l'utilisateur-rice qui est ensuite dissout en un unique polygone (ou multi-polygone en cas de discontinuité).

## 2.3. Accessibilité de MapDraw

10. MapDraw est une application web développée en Python pour la partie serveur (plus spécifiquement Django), et en JavaScript pour la partie client. L'affichage cartographique et le dessin utilisent respectivement les bibliothèques OpenLayers et Fabric.js. Cette application fait partie d'une plateforme web plus vaste, destinée à conduire des expériences en ligne, disponible sur https://github.com/LostInZoom/lostinzoom-experiments. Si quelqu'un souhaite modifier et améliorer MapDraw plutôt que d'utiliser la version par défaut, l'ensemble du code est libre. De plus, une variante permettant l'enregistrement des couches directement sur une base de données et un générateur de tuiles sont également disponibles. Ces deux derniers outils peuvent être utiles pour réaliser un jeu de données d'entraînement d'un modèle d'apprentissage profond (voir section 3.3).

11. Une version par défaut de l'application est consultable en ligne à l'adresse suivante : https://lostinzoom.huma-num.fr/mapdraw/. La documentation de MapDraw pour installer, configurer et utiliser l'application est également disponible en ligne.
# 3. Utilisations de l'application

## 3.1. Support pour des enquêtes

Les enquêtes ou expériences avec des utilisateurs sont un aspect essentiel de la recherche en cartographie, car elles permettent de mieux comprendre l'expérience d'utilisation d'une carte interactive (Roth et al., 2017). Mais la liberté de navigation et d'interaction dans une carte est importante et il devient compliqué de contrôler l'expérience d'utilisation, c'est pourquoi des outils logiciels sont nécessaires dans la mise en place d'enquêtes cartographiques (Unrau et Kray, 2020). L'annotation de cartes est une tâche courante dans des enquêtes étudiant la cognition spatiale (Liben et al., 2008), et MapDraw peut être utilisé pour conduire ce type d'enquête sur des cartes interactives multi-échelle.

La figure 3 montre comment nous pouvons utiliser cette application pour reproduire la fameuse expérience de Daniel Montello. Ce dernier a demandé à ses étudiants et étudiantes de l'université de Californie, à Santa Barbara, de tracer la limite entre la Californie du Sud et la Californie du Nord qui sont des régions vagues (Montello et al., 2014 ; Gao et al., 2017). Pour cette étude, la limite a été tracée à la main sur une carte papier puis digitalisée dans un SIG, ce qui peut vite s'avérer une tâche fastidieuse. Avec MapDraw, la limite peut directement être tracée numériquement, à l'échelle appropriée pour chaque utilisateur, puis exportée dans un SIG, et il est possible d'introduire une imprécision volontaire en modifiant la taille du pinceau.

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Figure 3. La frontière entre la Californie du Sud et la Californie du Nord, suivant le protocole de Daniel Montello</figcaption></figure>

Réalisation : Guillaume Touya
## 3.2. Annotation de cartes en situation de crise

Pour apporter une réponse rapide aux catastrophes naturelles, les cartes peuvent être mobilisées comme outils d'analyse pour déterminer la localisation du désastre et pour organiser au mieux les secours (November et Créton-Cazanave, 2016). En particulier, comme mentionné dans l'introduction, nous avons assisté à un exercice de réponse rapide à un tremblement de terre (Guérin-Marthe et al., 2021) où des cartes topographiques avaient été imprimées sur de larges feuilles de papier et annotées. Au cours de cet exercice, les annotations suivantes avaient été inscrites sur la carte (photo 1) :

* Un partitionnement de la zone pour assigner différentes équipes d'intervention à différents lieux de la catastrophe.

* Une grille régulière avec des coordonnées pour chaque cellule (e.g. C3) afin de faciliter les discussions.

* Des zones de risque important (e.g. écoles, hôpitaux), et des points d'intérêt (e.g. l'épicentre du séisme).

* Des mises à jour de la carte suite à la catastrophe à chaque nouvelle information passée par un officier sur le terrain ; par exemple, dans le cas d'un séisme : les routes et les bâtiments effondrés ou endommagés.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Photo 1. Carte topographique papier annotée par les pompiers pendant un exercice de réponse à un tremblement de terre</figcaption></figure>

Photo : Bérénice Le Mao

Ces annotations auraient pu être réalisées avec MapDraw au lieu d'une carte papier et cela afin de faciliter le partage de l'information entre les pompiers à la caserne et ceux sur le terrain. Cependant, la version actuelle de MapDraw nécessiterait le développement d'un certain nombre de nouvelles fonctionnalités afin de rendre
possible ce type d'application. Tout d'abord, il devrait être possible de changer d'échelle tout en conservant les entités déjà créées, comme c'est le cas actuellement dans Gribouillon. D'un point de vue plus technique, il faudrait stocker les dessins dans une base de données puis les servir dans la carte sous la forme de flux, alors que nous pouvons actuellement uniquement exporter les dessins. Enfin, il faudrait mettre en place un système de sessions afin de permettre à plusieurs personnes de voir et de créer des annotations sur la même carte, car nous avons vu lors de cet exercice que la carte était un support de discussion très important pour prendre des décisions.

## 3.3. Annotation de cartes pour l'apprentissage profond

16 Lorsque nous souhaitons développer des modèles de reconnaissance d'éléments cartographiques telles que du texte (Weinman et al., 2019), des structures complexes de routes (Li et al., 2020), ou des ancres multi-échelles (Potié et al., 2022), l'apprentissage profond s'avère être la technique la plus évidente, mais elle nécessite un nombre important de données annotées. La figure 4 montre comment MapDraw a été utilisé pour surligner les éléments saillants de la carte. Dans ce cas, chaque couche représente un type d'élément que le modèle doit apprendre à reconnaître (e.g. « rivières » ou « bâtiments remarquables » dans la figure 4).

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Figure 4. Utilisation de MapDraw pour l'entraînement d'un modèle d'apprentissage profond de reconnaissance d'éléments saillants sur une carte</figcaption></figure>

17 Pour ce type de modèle, il faut créer un grand nombre d'images, car la qualité des futurs résultats dépend directement du nombre et de la qualité des données d'entraînement. C'est pourquoi nous avons développé une variante de MapDraw, appelée DeepMapDraw, permettant de stocker directement les dessins et les annotations dans une base de données PostgreSQL au lieu de les télécharger localement sur notre machine. Ces données peuvent alors être utilisées pour générer des tuiles d'images pour réaliser l'entraînement du modèle (cf. partie 4).
## 3.4. Évaluation de cartes avec des experts

18 Aujourd'hui, les cartes topographiques sont réalisées à différentes échelles en utilisant des techniques automatiques de généralisation de données. Mais ces outils sont loin d'être parfaits et il est nécessaire de corriger manuellement les erreurs après avoir identifié les zones où il est difficile de comprendre la carte. Que ce soit par rapport à la lisibilité (Harrie et al., 2015), ou juste la qualité d'un processus de généralisation (João, 1998 ; Mackaness et Ruas, 2007 ; Stoter et al., 2014), il est compliqué de définir et de réaliser des mesures quantitatives, il est donc courant d'utiliser l'expertise des cartographes pour parfaire ces mesures (Stoter et al., 2009). L'application MapDraw pourrait donc être utilisée pour rendre cette évaluation moins fastidieuse pour les expert·e·s. La figure 5 montre une carte de l'IGN au 1/25 000 présentant des difficultés de lecture évidentes, sur laquelle les problèmes de généralisation ont été annotés par un expert utilisant MapDraw. Le principal avantage par rapport aux précédents protocoles d'évaluation d'expert·e·s (Stoter et al., 2009) est la facilité d'utilisation de l'outil, mais également la flexibilité et la géolocalisation des annotations.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Figure 5. Carte IGN au 1/25 000 présentant des problèmes de généralisation annotée avec MapDraw</figcaption></figure>

Les zones rouges présentent un problème de densité de bâtiments. Les zones bleues présentent un problème de densité des routes. Les zones violettes présentent un problème de superposition entre bâtiments et routes.

## 3.5. Cartes mentales et croquis cartographiques géoréférencé·e·s

19 Les croquis cartographiques sont des « représentations spatiales compactes exposant les éléments géographiques clés d'une situation pour une tâche à accomplir, en faisant abstraction de l'ensemble des détails qui autrement viendraient éclipser les points pertinents » (Forbus et al., 2004). Le croquis cartographique est un excellent outil d'étude de la cognition spatiale (Huynh et Doherty, 2007), et il a été utilisé dans des études récentes visant à comprendre dans quelle mesure un·e utilisateur·rice se
souvient d'une carte (Ooms et al., 2015 ; Kettunen et al., 2015). Il en va de même pour les cartes mentales, qui sont des traductions graphiques de nos représentations mentales de l'espace (Rowntree, 1997). Le mot « carte mentale » est aussi parfois utilisé pour parler des représentations mentales elles-mêmes (Tuan, 1975), mais ce n'est pas le sens que nous retenons ici. Croquis et cartes mentales ont des propriétés proches, et MapDraw peut être utilisé dans les deux cas.

20 Généralement, le croquis est dessiné sur une feuille de papier et l'analyse est alors difficilement automatisable. Dans une étude récente, des croquis ont été réalisés sur Microsoft Paint (Keskin et al., 2018), qui propose des outils similaires de dessin « à main levée » et un certain nombre d'options avancées. Par rapport à cette approche, MapDraw présente l'avantage de donner rapidement accès à des données vectorielles géoréférencées permettant une analyse plus aisée des résultats.

21 La figure 6 montre un exemple de carte mentale géoréférencée réalisée avec MapDraw. Comme il est compliqué d'aligner un croquis ou une carte mentale avec une carte topographique (Chipofya et al., 2015), l'utilisation de cet outil permet d'avoir une zone géographique limitant le dessin et permettant de l'aligner plus facilement avec la carte. De plus, en ayant la possibilité de modifier facilement le fond de carte, il est possible de réaliser des croquis cartographiques sur des fonds de carte personnalisés qui pourraient, par exemple, n'afficher que le réseau routier, quelques bâtiments remarquables ou le trait de côte.

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Figure 6. Carte mentale de la ville de Nantes réalisé avec MapDraw</figcaption></figure>

Mappemonde, 2024

## 4. Comment analyser les dessins réalisés avec MapDraw ?

22 La manière la plus simple d'analyser le dessin est d'importer le fichier GeoJSON dans un SIG comme QGIS. Les données étant déjà géoréférencées, il est alors possible de les aligner et de les combiner avec n'importe quelles données vectorielles ou raster. À titre d'exemple, nous avons effectué avec les données de MapDraw et de DeepMapDraw deux types d'analyses différentes.
<figure><img src="image_12.png" /></figure>

Tout d'abord, après avoir réalisé une enquête en ligne auprès d'un grand nombre de personnes (une centaine environ), nous voulions comparer tous ces dessins réalisés sur une même zone. Pour analyser ces polygones se chevauchant les uns les autres, nous avons réalisé une image raster où la valeur de chaque pixel correspond au nombre de polygones le recouvrant. La figure 7 présente une visualisation en trois dimensions du raster obtenu, comme s'il s'agissait d'une carte du relief. Un résultat similaire peut être obtenu en utilisant certaines fonctionnalités de QGIS ou d'autres SIG.

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Figure 7. Représentation en 3D du raster combinant l'ensemble des dessins réalisés sur Paris</figcaption></figure>

Mappemonde, 2024

Les participants·es avaient pour consigne de surligner les éléments mémorables de la carte.

<figure><img src="image_14.png" /></figure>

Nous avons également développé un outil d'analyse spécifique permettant de générer des tuiles d'entraînement pour un modèle d'apprentissage profond. Ce générateur de tuile s'appuie sur l'utilisation de DeepMapDraw, car il nécessite une connexion à la base de données sur laquelle sont stockés les dessins afin de retrouver leur emprise et de réaliser un maillage pour chacun d'entre eux. Pour chaque tuile, deux images sont générées (**figure 8**) : l'une montrant le fond de carte et l'autre présentant le dessin sous forme de masques de différentes classes en niveau de gris.
<figure><img src="image_15.png" /><figcaption>Figure 8. Les deux tuiles générées à partir de données de DeepMapDraw avec leurs masques respectifs</figcaption></figure>

Mappemonde, 2024

Dans cet exemple, tous les éléments annotés dans la carte ont été placés dans la même classe et sont donc figurés en noir.

## 5. Conclusion et travaux futurs

<figure><img src="image_16.png" /></figure>

Pour conclure, nous pensons que MapDraw est un outil utile pour les chercheurs et les chercheuses intéressés par des applications nécessitant l'utilisation de dessins sur des cartes interactives multi-échelles. Les applications de cet outil décrites dans cet article ne sont que celles que nous avons commencé à développer pour nos propres recherches, mais beaucoup d'autres sont possibles.

<figure><img src="image_17.png" /></figure>

Afin d'encourager d'autres applications, nous avons comme objectif de développer de nouvelles fonctionnalités pour MapDraw. Tout d'abord, afin de faciliter son utilisation sur le terrain, il est important de pouvoir l'utiliser sur une tablette tactile ou sur un smartphone. Bien qu'il soit déjà possible d'utiliser MapDraw avec de tels appareils, un certain nombre d'ajustements devront être implémentés pour améliorer son ergonomie. Actuellement, seule la molette est utilisée pour modifier la taille du pinceau ; or c'est une fonctionnalité essentielle de l'application et qui n'est disponible que sur un ordinateur. De plus, MapDraw étant une application de dessin, nous avons décidé d'exporter les données comme nous les voyons, i.e. des polygones colorés, plutôt que les lignes représentant le squelette de ces polygones. Nous voudrions ajouter une option permettant de choisir si l'on souhaite exporter ce squelette correspondant au tracé de la souris. Finalement, comme nous l'avons évoqué dans la partie 3.2, nous souhaitons ajouter la possibilité de stocker les dessins dans une base de données sur un serveur distant et permettre leur affichage sur la carte par un flux WFS, pour ainsi
pouvoir partager les dessins avec d'autres personnes connectées à l'application et les
conserver en mode navigation, à n'importe quelle échelle.

27 Financement

28 Ce projet a reçu un financement de l'ERC (European Research Council) dans le cadre du programme de recherche et d'innovation European Union's Horizon 2020. Agrément n° 101003012.

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## RÉSUMÉS

Les enquêtes et questionnaires reposent souvent sur l'utilisation de supports papier, et les cartes ne font pas exception. En effet, ces dernières permettent une grande flexibilité, notamment en termes d'annotations, de dessins, etc. Mais la conversion et l'exploitation des données ainsi récoltées dans un SIG peuvent s'avérer fastidieuses, et cela peut bien souvent limiter la quantité de données récoltée. Cet article présente un outil libre en ligne, MapDraw, permettant de prendre des notes sur une carte interactive et d'exporter ces données dans un format utilisable par un SIG.

Paper and pencil is a classical approach for user surveys, and it applies as well to printed maps. Indeed, they provide a great flexibility, notably concerning annotations, drawings, etc. But the annotations drawn on a paper map cannot easily be analyzed in a GIS, and it often can reduce the amount of data collected. This paper presents an online and open tool, called MapDraw, which was designed to annotate online maps, and directly reuse the annotations or drawings as a GIS input.

## AUTEURS

JUSTIN BERLI

LASTIG, Univ Gustave Eiffel, IGN, ENSG, Champs-sur-Marne, F-77420

GUILLAUME TOUYA

LASTIG, Univ Gustave Eiffel, IGN, ENSG, Champs-sur-Marne, F-77420

MAÏEUL GRUGET

LASTIG, Univ Gustave Eiffel, IGN, ENSG, Champs-sur-Marne, F-77420

QUENTIN POTIÉ

LASTIG, Univ Gustave Eiffel, IGN, ENSG, Champs-sur-Marne, F-77420