Visual Topology is used here to describe the spatial relations between objects as they appear in the 2D viewing plane. This thesis sets out the concept, explains why it is needed in Geographic Information Science and suggests how it may be computed through development of prototype software. Section 1 considers the functionality that any Spatial Data Infrastructure would need to encompass in order to support the inclusion of visual analysis into landscape planning and monitoring systems. Section 2 introduces various aspects of visual topology. In particular it sets out how visual intersections of occluding edges may be modelled topologically and formally defines a novel higher level topological structure to the viewing space - the 'Euler Zone' based on the Euler complexity of a graph formed by the occluding horizons in a view. Whether such a graph has meaning to an observer is considered in Section 5, which presents the results of a web based forced­ choice experiment with significant implications for the role of topology in modelling landscape preference via quantitative metrics derived from 20 maps. Sections 3 and 4 discuss how existing methods for handling perspective models and visualisations need to be improved in order to model visual topology. Section 3 focuses on the limitations of current techniques and design criterion for a new methodology. Section 4 looks at the lessons learnt from developing a prototype implementation (VM-LITE) based on Quad-Edge Delaunay Triangulation, in the VoronoiMagic software package. Some potential applications are highlighted, both within landscape modelling and beyond, before drawing conclusions as to the potential for the concepts and methods respectively. Although important research questions remain, particularly as regards view point dynamics, Visual Topology has the potential to fundamentally change how visual modelling is undertaken in GIS. It allows the analysis of scenes based upon a richer representation of individual experience. It provides the basis for data structures that can support the extraction of generalisable metrics from this rich scene information, taking into account the qualitatively different nature of scene topology as distinct from metrics of shape and colour. In addition new metrics based on attributes only apparent in perspective, such as landform, can be analysed. Finally, it also provides a rationale for reporting units for landscapes with some measure of homogeneity and scale-independence in their scenic properties.

La numérisation de nos espaces de vie et de mobilités s’est largement accentuée durant la dernière décennie. La multiplication des capteurs de toute nature permettant de percevoir et de mesurer notre espace physique en est le levier principal. L’ensemble de ces systèmes produit aujourd’hui de grands volumes de données hétérogènes sans cesse croissants, ce qui soulève de nombreux enjeux scientifiques et d'ingénierie en termes de stockage et de traitement pour la gestion et l’analyse de mobilités. Les travaux dans le domaine d’analyse des données spatio-temporelles ont largement été orientés soit vers la fouille de données historiques archivées, soit vers le traitement continu. Afin d’éviter les écueils de plus en plus prégnants dus à l’augmentation de ces volumes de données et de leur vélocité (temps de traitement trop long, modèles conceptuellement plus adaptés, analyse approximative des données), nous proposons la conception d’une approche hybride distribuée permettant le traitement combiné de flux temps-réel et de données archivées. L’objectif de cette thèse est donc de développer un nouveau système de gestion et de traitement distribué pour l’analyse des mobilités en particulier maritimes. La solution proposée répond principalement à des contraintes de temps-réel, les données archivées et les informations qui en sont extraites permettant d'améliorer la qualité de réponse. Une proposition de paradigme d'événements est également développée pour permettre ce traitement hybride mais aussi pour caractériser et identifier plus facilement des comportements types d'objets mobiles. Enfin, une requête appliquée sur des zones de couverture de signal pour des objets mobiles a été étudiée et testée sur des données maritimes mettant en exergue le besoin d'une approche hybride pour le traitement de trajectoires. / Over the past few years, the rapid prolifération of sensors and devices recording positioning information regularly produces very large volumes of heterogeneous data. This leads to many research challenges as the storage, distribution, management,Processing and analysis of the large mobility data generated still needs to be solved. Current works related to the manipulation of mobility data have been directed towards either mining archived historical data or continuous processing of incoming data streams.The aim of this research is to design a holistic System whose objective is to provide a combined processing of real time data streams and archived data positions. The proposed solution is real-time oriented, historical data and informations extracted from them allowing to enhance quality of the answers to queries. A event paradigm is discussed to facilitate the hybrid approach and to identify typical moving objects behaviors. Finally, a query concerning signal coverage of moving objects has been studied and applied to maritime data showing the relevance of a hybrid approach to deal with moving object data processing.

Ökosysteme und die Lebensräume seltener Tier- und Pflanzenarten machen nicht an Staatsgrenzen halt. Grenzgebiete sind aufgrund ihrer peripheren Lage, dünnen Besiedlung und charakteristischen Naturräume wie Flüsse oder Gebirge oft sogar besonders reich an schützenswerten Landschaften. In grenzüberschreitenden Großschutzgebieten ist es erforderlich, auch die Tätigkeit der Schutzgebietsverwaltungen grenzüberschreitend zu koordinieren, um die Kohärenz der Schutzbemühungen sicherzustellen. In der Nationalparkregion Sächsisch-Böhmische Schweiz sammeln die Verantwortlichen auf deutscher und tschechischer Seite Erfahrung in einem gemeinsamen Projekt.

Η τεράστια και ραγδαία ανάπτυξη στην επιστήμη και στην τεχνολογία σε αυτήν την υφήλιο, τέτοια όπως τα ΓΣΠ και η δορυφορική ψηφιακή χαρτογράφηση οφείλεται στην επιτακτική ανάγκη της ανάπτυξης των χωρών να την προλάβουν και να την αξιοποιήσουν. Η χρήση της τεχνολογίας των ΓΣΠ είναι ουσιώδης, καθώς εξελίσσεται σε ένα από τα καλύτερα και γρηγορότερα εργαλεία ως προς την αξιοποίηση των παραγωγικών πόρων και βοηθά στην απόφαση υποστήριξης της διαδικασίας. Τα ΓΣΠ χρησιμοποιούν την τεχνολογία των ηλεκτρονικών χαρτών δημιουργώντας αλληλεπίδραση με πολύ-επίπεδους χάρτες έτσι ώστε να βρεθούν βέλτιστες λύσεις για τα προβλήματα. Συνδυάζει χωρικά και μη-χωρικά δεδομένα για να κατασκευάσει πληροφορίες που μπορούν εύκολα να αναλυθούν από αυτούς που παίρνουν αποφάσεις. Χρησιμοποιώντας την τεχνολογία των ΓΣΠ έχουμε ένα ισχυρό εργαλείο για την επίτευξη του σχεδιασμού αφού ο ψηφιακός χάρτης θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί στην εύρεση καλύτερων τοποθεσιών για διαφορετικούς σκοπούς όπως στις τράπεζες, στα ΑΤΜ, στα νέα σχολεία, εστιατόρια κτλ. Η εργασία συζητά τα κριτήρια που χρησιμοποιήθηκαν στη στατική ανάλυση και επίσης αναφέρεται στην επιτυχία της GIS ανάλυσης στο να προτείνει τοποθεσίες για τα ΑΤΜ. / The huge and rapid advancement in science and technology in this globe such as GIS and Satellite digital mapping makes it a must for developing countries to catch-up and utilize it. Usage of GIS-technology is essential, as it is becoming one of the better and faster tools to manage resources and helps in the decision support process .A GIS uses electronic mapping technology in producing interactive multi-layer maps so that queries are set to find optimal solutions for problems. It combines spatial and non-spatial data to construct visualized information that can be easily analyzed by decision makers.Using GIS technology is a powerful tool to help in planning since the digital map could be used in defining best positions for different purposes such as banks, ATMs, new schools, restaurant, etc. The paper discusses the criteria used in the spatial analysis, and also, reports on the success of the resultant GIS analysis to suggest proper locations for ATM’s.

Πρόθεση της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και υλοποίηση συγκεκριμένης τεχνικής προσδιορισμού της θέσης του συνδρομητή (η γνωστή Power of Arrivals), καθώς αυτά τα δεδομένα μπορούσαν να μας παραχωρηθούν από την εταιρία Vodafone. Έως και σήμερα, στα Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) δίκτυα δεν υπάρχει κανένας συγκεκριμένος αλγόριθμος, ενσωματωμένος στο λογισμικό, για τον προσδιορισμό της θέσης ενός συνδρομητή. Η μόνη δυνατότητα εντοπισμού που υλοποιείται ως και σήμερα, είναι είτε χρησιμοποιώντας τεχνολογία Global Positioning System (GPS) είτε κάποιο ειδικό σταθερό τμήμα λογισμικού υπολογιστή (firmware). Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται μια λεπτομερής περιγραφή της πλέον γνωστής μεθόδου Power Of Arrivals (POA). Η προσπάθεια που καταβλήθηκε είχε ως βασικό άξονα την εφαρμογή αυτής της τεχνικής με τις ελάχιστες δυνατές τροποποιήσεις στο δίκτυο αλλά και έχοντας ως γνώμονα ότι η εταιρία Vodafone είναι αυτή που μας παραθέτει τα δεδομένα λήψης των σημάτων. / -

Σε αυτή την εργασία στόχος είναι να συντεθεί μία βάση φωτοσταθερών που θα μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την γεωμετρική διόρθωση δορυφορικών εικόνων που έχουν ληφθεί από σαρωτές με παρόμοια χαρακτηριστικά σε διαφορετικές χρονικές στιγμές. Πιο συγκεκριμένα η βάση δεδομένων δημιουργήθηκε με φωτοσταθερά που προσδιορίσθηκαν από δορυφορική εικόνα Landsat–ETM (pixel=15m, παγχρωματικό) ενώ οι συντεταγμένες των φωτοσταθερών μετρήθηκαν στο έδαφος με GPS (φορητό, Garmin 12 ). Η περιοχή μελέτης είναι στο λεκανοπέδιο Αττικής. Τα φωτοσταθερά που χρησιμοποιήθηκαν κατά κανόνα αντιστοιχούσαν σε διασταυρώσεις κεντρικών οδών που αναγνωρίσθηκαν όχι μόνο στην εικόνα αλλά και σε τοπογραφικό χάρτη κλίμακας 1:10.000 προκειμένου να διευκολυνθεί η πρόσβαση στο ύπαιθρο. Η γεωμετρική διόρθωση υλοποιήθηκε με πολυώνυμο δευτέρου βαθμού (μη παραμετρικό μοντέλο στο λογισμικό επεξεργασίας εικόνας) ErMapper και το μέσο τετραγωνικό σφάλμα ήταν 7,01 μέτρα. Στην συνέχεια η πλειονότητα των φωτοσταθερών αναγνωρίσθηκαν και σε δορυφορική εικόνα (VNIR) με χωρική διακριτική ικανότητα 15μ, επιβεβαιώνοντας την δυνατότητα χρήσης της βάσης για την διόρθωση διαχρονικών (multi-temporal) δεδομένων. Προσδιορίσθηκαν οι κανόνες επιλογής φωτοσταθερών για την δημιουργία βάσεως δεδομένων και προσδιορίσθηκαν οικονομοτεχνικά στοιχεία που καθορίζουν το κόστος των εργασιών. / A database of Ground Control Points was established for the geometric correction of multi-temporal satellite imagery. More specifically the high resolution (15 meters ) panchromatic band of a Landsat image was used for the recognition of Ground Control Points, their coordinates were measured on the ground by a hand-held Garmin GPS. The GCPs selected corresponded to main streets intersections that were easily recognized in the 15th meter resolution image. A non parametric method (second order polynomial) was used for the geometric corrections of the images. The resulted RMS was equal to 7,01 meter. Then the majority GCPs were also recognized in an Aster (VNIR) image with resolution 15m.This fact indicated that a GCP database can be used for the corrections of multitemporal imagery (like Aster with revisit time 16 days) that covers Attiki Regions. The rules for the selection of GCPs in order to construct a database were determined as well as the cost of processing for GCP.

Cette thèse s'inscrit dans un partenariat entre l'INRA et l'INRIA et dans le champs de l'extraction de connaissances à partir de bases de données spatiales. La problématique porte sur la caractérisation et la simulation de paysages agricoles. Plus précisément, nous nous concentrons sur des lignes qui structurent le paysage agricole, telles que les routes, les fossés d'irrigation et les haies. Notre objectif est de modéliser les haies en raison de leur rôle dans de nombreux processus écologiques et environnementaux. Nous étudions les moyens de caractériser les structures de haies sur deux paysages agricoles contrastés, l'un situé dans le sud-Est de la France (majoritairement composé de vergers) et le second en Bretagne (Ouest de la France, de type bocage). Nous déterminons également si, et dans quelles circonstances, la répartition spatiale des haies est structurée par la position des éléments linéaires plus pérennes du paysage tels que les routes et les fossés et l'échelle de ces structures. La démarche d'extraction de connaissances à partir de base de données (ECBD) mise en place comporte différentes étapes de prétraitement et de fouille de données, alliant des méthodes mathématiques et informatiques. La première partie du travail de thèse se concentre sur la création d'un indice spatial statistique, fondé sur une notion géométrique de voisinage et permettant la caractérisation des structures de haies. Celui-Ci a permis de décrire les structures de haies dans le paysage et les résultats montrent qu'elles dépendent des éléments plus pérennes à courte distance et que le voisinage des haies est uniforme au-Delà de 150 mètres. En outre différentes structures de voisinage ont été mises en évidence selon les principales orientations de haies dans le sud-Est de la France, mais pas en Bretagne. La seconde partie du travail de thèse a exploré l'intérêt du couplage de méthodes de linéarisation avec des méthodes de Markov. Les méthodes de linéarisation ont été introduites avec l'utilisation d'une variante des courbes de Hilbert : les chemins de Hilbert adaptatifs. Les données spatiales linéaires ainsi construites ont ensuite été traitées avec les méthodes de Markov. Ces dernières ont l'avantage de pouvoir servir à la fois pour l'apprentissage sur les données réelles et pour la génération de données, dans le cadre, par exemple, de la simulation d'un paysage. Les résultats montrent que ces méthodes couplées permettant un apprentissage et une génération automatique qui capte des caractéristiques des différents paysages. Les premières simulations sont encourageantes malgré le besoin d'un post-Traitement. Finalement, ce travail de thèse a permis la création d'une méthode d'exploration de données spatiales basée sur différents outils et prenant en charge toutes les étapes de l'ECBD classique, depuis la sélection des données jusqu'à la visualisation des résultats. De plus, la construction de cette méthode est telle qu'elle peut servir à son tour à la génération de données, volet nécessaire pour la simulation de paysage / This thesis is part of a partnership between INRA and INRIA in the field of knowledge extraction from spatial databases. The study focuses on the characterization and simulation of agricultural landscapes. More specifically, we focus on linears that structure the agricultural landscape, such as roads, irrigation ditches and hedgerows. Our goal is to model the spatial distribution of hedgerows because of their role in many ecological and environmental processes. We more specifically study how to characterize the spatial structure of hedgerows in two contrasting agricultural landscapes, one located in south-Eastern France (mainly composed of orchards) and the second in Brittany (western France, \emph{bocage}-Type). We determine if the spatial distribution of hedgerows is structured by the position of the more perennial linear landscape features, such as roads and ditches, or not. In such a case, we also detect the circumstances under which this spatial distribution is structured and the scale of these structures. The implementation of the process of Knowledge Discovery in Databases (KDD) is comprised of different preprocessing steps and data mining algorithms which combine mathematical and computational methods. The first part of the thesis focuses on the creation of a statistical spatial index, based on a geometric neighborhood concept and allowing the characterization of structures of hedgerows. Spatial index allows to describe the structures of hedgerows in the landscape. The results show that hedgerows depend on more permanent linear elements at short distances, and that their neighborhood is uniform beyond 150 meters. In addition different neighborhood structures have been identified depending on the orientation of hedgerows in the South-East of France but not in Brittany. The second part of the thesis explores the potential of coupling linearization methods with Markov methods. The linearization methods are based on the use of alternative Hilbert curves: Hilbert adaptive paths. The linearized spatial data thus constructed were then treated with Markov methods. These methods have the advantage of being able to serve both for the machine learning and for the generation of new data, for example in the context of the simulation of a landscape. The results show that the combination of these methods for learning and automatic generation of hedgerows captures some characteristics of the different study landscapes. The first simulations are encouraging despite the need for post-Processing. Finally, this work has enabled the creation of a spatial data mining method based on different tools that support all stages of a classic KDD, from the selection of data to the visualization of results. Furthermore, this method was constructed in such a way that it can also be used for data generation, a component necessary for the simulation of landscapes

Selon la méthode utilisée pour construire un modèle structural en trois dimensions et selon l'application à laquelle il est destiné, son maillage, en d'autres termes sa représentation informatique, doit être adapté afin de respecter des critères de type, de nombre et de qualité de ses éléments. Les méthodes de maillage développées dans d'autres domaines que la géomodélisation ne permettent pas de modifier le modèle d'entrée. Ceci est souhaitable en géomodélisation afin de mieux contrôler le nombre d'éléments du maillage et leur qualité. L'objectif de cette thèse est de développer des méthodes de maillage permettant de remplir ces objectifs afin de gérer la complexité géométrique des modèles structuraux définis par frontières. Premièrement, une analyse des sources de complexité géométrique dans ces modèles est proposée. Les mesures développées constituent une première étape dans la définition d'outils permettant la comparaison objective de différents modèles et aident à caractériser précisément les zones plus compliquées à mailler dans un modèle. Ensuite, des méthodes originales de remaillage surfacique et de maillage volumique fondées sur l'utilisation des diagrammes de Voronoï sont proposées. Les fondements de ces deux méthodes sont identiques : (1) une optimisation de type Voronoï barycentrique est utilisée pour globalement obtenir un nombre contrôlé d’éléments de bonne qualité et (2) des considérations combinatoires permettant de construire localement le maillage final, éventuellement en modifiant le modèle initial. La méthode de remaillage surfacique est automatique et permet de simplifier un modèle à une résolution donnée. L'originalité de la méthode de maillage volumique est que les éléments générés sont de types différents. Des prismes et pyramides sont utilisés pour remplir les zones très fines du modèle, tandis que le reste du modèle est rempli avec des tétraèdres / Depending on the specific method used to build a 3D structural model, and on the exact purpose of this model, its mesh must be adapted so that it enforces criteria on element types, maximum number of elements, and mesh quality. Meshing methods developed for applications others than geomodeling forbid any modification of the input model, that may be desirable in geomodeling to better control the number of elements in the final mesh and their quality. The objective of this thesis is to develop meshing methods that fulfill this requirement to better manage the geometrical complexity of B-Rep geological structural models. An analysis of the sources of geometrical complexity in those models is first proposed. The introduced measures are a first step toward the definition of tools allowing objective comparisons of structural models and permit to characterize the model zones that are more complicated to mesh. We then introduce two original meshing methods based on Voronoi diagrams: the first for surface remeshing, the second for hybrid gridding. The key ideas of these methods are identical: (1) the use of a centroidal Voronoi optimization to have a globally controlled number of elements of good quality, and (2) combinatorial considerations to locally build the final mesh while sometimes modifying the initial model. The surface remeshing method is automatic and permits to simplify a model at a given resolution. The gridding method generates a hybrid volumetric mesh. Prisms and pyramids fill the very thin layers of the model while the remaining regions are filled with tetrahedra

Text in English / In recent years, there have been tremendous advances in information technology, robotics, communication technology, nanotechnology, and artificial intelligence, resulting in the merging of physical, digital, and biological worlds that have come to be known as the "fourth industrial revolution”. In this context, the present study engages such technology in the green economy and to tackle the techno-economic environmental impact assessments challenges associated with floating solar system applications in the agricultural sector of South Africa. In response, this exploratory study aimed to examine the development of a Geographical Information System (GIS)-based support platform for Environmental Impact Assessment (EIA) and due-diligence analyses for future planned agricultural floating solar systems, especially with the goal to address the vast differences between the environmental impacts for land-based and water-based photovoltaic energy systems. A research gap was identified in the planning processes for implementing floating solar systems in South Africa’s agricultural sector. This inspired the development of a novel GIS-based modelling tool to assist with floating solar system type energy infrastructure planning in the renewable energy discourse. In this context, there are significant challenges and future research avenues for technical and environmental performance modelling in the new sustainable energy transformation. The present dissertation and geographical research ventured into the conceptualisation, designing and development of a software GIS-based decision support tool to assist environmental impact practitioners, project owners and landscape architects to perform environmental scoping and environmental due-diligence analysis for planned floating solar systems in the local agricultural sector. In terms of the aims and objectives of the research, this project aims at the design and development of a dedicated GIS toolset to determine the environmental feasibility around the use of floating solar systems in agricultural applications in South Africa. In this context, the research objectives of this study included the use of computational modelling and simulation techniques to theoretically determine the energy yield predictions and computing environmental impacts/offsets for future planned agricultural floating solar systems in South Africa. The toolset succeeded in determining these aspects in applications where floating solar systems would substitute Eskom grid power. The study succeeded in developing a digital GIS-based computer simulation model for floating solar systems capable of (a) predicting the anticipated energy yield, (b) calculating the environmental offsets achieved by substituting coal-fired generation by floating solar panels, (c) determining the environmental impact and land-use preservation benefits of any floating solar system, and (d) relating these metrics to water-energy-land-food (WELF) nexus parameters suitable for user project viability analysis and decision support. The research project has demonstrated how the proposed GIS toolset supports the body of geographical knowledge in the fields of Energy and Environmental Geography. The new toolset, called EIAcloudGIS, was developed to assist in solving challenges around energy and environmental sustainability analysis when planning new floating solar installations on farms in South Africa. Experiments conducted during the research showed how the geographical study in general, and the toolset in particular, succeeded in solving a real-world problem. Through the formulation and development of GIS-based computer simulation models embedded into GIS layers, this new tool practically supports the National Environmental Management Act (NEMA Act No. 107 of 1998), and in particular, associated EIA processes. The tool also simplifies and semi-automates certain aspects of environmental impact analysis processes for newly envisioned and planned floating solar installations in South Africa. / Geography / M.Sc. (Geography)