Les algorithmes de localisation, cartographie 3D et de contrôle constituent une catégorie cruciale de la recherche en robotique mobile. Leur développement permet une localisation précise des plateformes robotiques, ainsi qu'une optimisation de leurs mouvements. Les progrès dans ce domaine reposent largement sur les jeux de données collectées sur le terrain. Ces jeux de données améliorent la performance et la précision de ces algorithmes, notamment grâce aux trajectoires de contrôle en trois ou six degrés de liberté. Ces trajectoires de contrôle, considérées plus précises que les algorithmes évalués, permettent des comparaisons essentielles pour augmenter l'efficacité desdits algorithmes. La génération de trajectoires de contrôle repose principalement sur trois systèmes : les caméras, les systèmes de positionnement par satellites et les stations totales robotisées. Les systèmes basés sur les caméras offrent une précision millimétrique et des taux d'acquisition élevés, mais excellent uniquement en environnements intérieurs. Les systèmes de positionnement par satellites sont privilégiés en extérieur pour leur précision centimétrique, conditionnée par la visibilité céleste. Les stations totales robotisées, utilisées en intérieur ou extérieur pour des trajets en trois degrés de liberté, affichent une précision millimétrique, mais peuvent rencontrer des obstacles dans la ligne de mire. L'utilisation de plusieurs systèmes de positionnement par satellites ou caméras permet d'obtenir des trajectoires de contrôle en six degrés de liberté de ces capteurs. Un système de ce type n'existe pas avec des stations totales robotisées. Cette thèse propose la première conception d'un système de trajectoire en six degrés de liberté à partir de trois stations totales robotisées. Ce système s'adapte à divers environnements, intérieurs et extérieurs, générant des trajectoires de contrôle pour des plateformes robotiques mobiles dotées de trois prismes actifs. La précision obtenue par ce système avoisine le millimètre. L'objectif de cette thèse est de décrire le fonctionnement de ce système, ainsi que d'analyser et d'améliorer sa précision à travers des déploiements variés. L'introduction explique la problématique explorée ainsi que la méthodologie employée pour la résoudre. Le chapitre 1 expose les concepts fondamentaux pour les comparaisons de trajectoires en robotique mobile. Dans le chapitre 2, le fonctionnement de ce système à trois stations totales robotisées sera expliqué, et des comparaisons avec des systèmes de positionnement par satellites seront menées. Les stations totales robotisées surpassent les systèmes de positionnement par satellites en termes de précision pour générer des trajectoires de contrôle, notamment en milieu forestier. Le chapitre 3 présente une nouvelle méthode de calibration extrinsèque qui améliore la précision du système de trois stations totales robotisées. Nous comparons cette nouvelle méthode aux méthodes de calibration extrinsèque existantes en robotique mobile et en géomatique, démontrant sa supériorité en termes de précision et d'efficacité sur le terrain. Le chapitre 4 analyse en détail l'incertitude associée au système à trois stations totales robotisées, notamment la propagation du bruit des mesures. Nous démontrons que les bruits prédominants proviennent de la précision inhérente aux stations totales et de la calibration extrinsèque. Le chapitre 5 relate les enseignements tirés sur le terrain lors de multiples déploiements sur dix-huit mois. Nous analyserons les défis rencontrés lors de l'utilisation du système et prodiguons des conseils aux chercheurs travaillant avec des stations totales robotisées. Cette thèse démontre la faisabilité de générer une trajectoire de contrôle en six degrés de liberté pour une plateforme robotique grâce à trois stations totales robotisées. / Localization, 3D mapping, and control algorithms are a critical category in mobile robotics research. Their development enables precise localization of robotic platforms and optimization of their movements. Progress in this domain heavily relies on field-collected datasets. These datasets fuel algorithm iteration to enhance performance and precision, particularly through three or six-degrees-of-freedom control trajectories. These control trajectories, considered more accurate than evaluated algorithms, facilitate crucial comparisons to boost algorithmic efficiency. Control trajectory generation predominantly relies on three systems: cameras, satellite positioning systems, and robotic total stations. Camera-based systems offer millimeter precision and high acquisition rates, excelling in indoor environments. Satellite positioning systems are favored outdoors for centimeter precision, contingent on sky visibility. Robotic total stations, applicable indoors or outdoors for three degrees of freedom trajectories, achieve millimeter precision but can encounter line-of-sight obstacles. The use of multiple satellite positioning or camera systems enables six-degrees-of-freedom control trajectories of these sensors or receivers. Such a system does not exist with robotic total stations. This thesis proposes the inaugural design of six-degrees-of-freedom trajectory system using three robotic total stations. This adaptable system operates in diverse indoor and outdoor environments, generating control trajectories for mobile robotic platforms equipped with three active prisms. The precision achieved by this system approaches the millimeter scale. The thesis aims to describe the system's functioning and enhance its precision through diverse deployments. The introduction explains the main problematic of the thesis and the methodology employed to solve it. Chapter 1 lays out fundamental concepts for mobile robotic trajectory comparisons. In Chapter 2, we detail the setup of this three robotic total station system, along with initial comparisons against satellite positioning systems. Robotic total stations outperform satellite positioning systems in precision for generating control trajectories, especially in forested environments. Chapter 3 introduces a novel extrinsic calibration method that enhances the precision of the three robotic total station system. We compare this novel method against existing extrinsic calibration methods in mobile robotics and geomatics, demonstrating its superiority in terms of precision and on-field efficiency. Chapter 4 meticulously analyzes the uncertainty associated with the three robotic total station system, including the propagation of measurement noise. We demonstrate that this predominant noise comes from inherent total station precision and extrinsic calibration. Chapter 5 recounts insights gained during multiple eighteen-month deployments. We analyze challenges encountered during system usage and offer guidance to researchers working with robotic total stations. This thesis showcases the feasibility of generating a six-degrees-of-freedom control trajectory for a robotic platform using three robotic total stations.

Dans le cadre de ce mémoire, nous étudions le développement du réseau de librairies agréées, entre 1966 et 1985. Trois facteurs principaux ayant affecté l’évolution de ce réseau sont considérés en parallèle, soit les fluctuations démographiques, le développement du réseau des institutions subventionnées et les transformations de la mesure d’agrément. Conçue afin d’assurer l’accessibilité du livre au Québec, la Loi de l’accréditation des libraires permet à des librairies situées dans des régions présentant un achalandage plus faible de s’établir et idéalement de prospérer. Puisque certains critères d’agrément des librairies sont liés au territoire québécois, l’analyse est complétée par le biais d’un système d’information géographique, qui permet de visualiser une évolution en fonction de l’espace et du temps. Dans le premier chapitre, nous étudions l’évolution spatiotemporelle de la clientèle potentielle des librairies agréées de l’époque, tant particulière qu’institutionnelle. Dans le deuxième chapitre, nous examinons en détail l’évolution de la mesure d’agrément, tout en mettant en lumière le rôle des différents acteurs politiques dans les prises de décision gouvernementales, notamment sur les questions d’espaces et d’identité nationale. Nous constatons entre autres que les nombreuses pressions externes exercées sur le gouvernement, qui émanent des associations professionnelles et des entreprises étrangères, auxquelles répondent différemment les partis politiques au pouvoir, complexifient significativement l’évolution de la mesure d’accréditation. Enfin, nous analysons dans le troisième chapitre le développement spatiotemporel du réseau des librairies agréées afin de vérifier l’impact des différents facteurs à l’œuvre.

Dans ce mémoire nous présentons une méthode pour référencer deux nuages de points denses. Cette méthode commence par l'analyse d'un nuage de points de grand volume, composé d’environ 2 millions de points recueillis par un LiDAR (Light Detection And Ranging) monté sur une voiture, afin de le segmenter en surfaces représentatives pertinentes en termes de géométrie et de localisation. Ensuite, nous présentons la construction de descripteurs pour chacun des segments trouvés afin d’obtenir des caractéristiques significatives des segments. Ces descripteurs sont le FPFH (Fast Point Feature Histograms) et l’histogramme des orientations de surface. Pour finir, les descripteurs recueillis sur deux nuages de points différents du même environnement extérieur sont comparés pour repérer les segments similaires et ainsi permettre la localisation du véhicule par rapport à l'environnement extérieur. / In this work we present a method to reference two dense point clouds. We begin by analyzing a point cloud of a large number of points, approximately 2 million points collected by a LiDAR mounted on a car, in order to segment this point cloud into surfaces that feature representative regions of the point cloud that are interesting in terms of geometry. Then the construction of descriptors for each segment found is made to identify significant features. These descriptors are the FPFH (Fast Point Feature Histograms) and the surface orientation histogram. Finally, the descriptors collected on two different point clouds of the same outdoor environment are compared to identify similar segments and thus to allow the location of the vehicle in relation to the outdoor environment.

De tous temps, l'amélioration des moyens de guérison et de prévention des maladies a constitué un enjeu majeur de nos sociétés. Les possibilités offertes désormais par les technologies modernes ont permis de multiplier le nombre d'applications médicales mais toutes ces pratiques nouvelles ont un impact dans le domaine de l'expérimentation animale et impliquent aussi un suivi sanitaire à grande échelle. Le travail présenté dans cette thèse a pour but de moderniser la surveillance de l'état de santé des souris de laboratoire, et s'inscrit dans un projet collaboratif entre le LEAT et TIRO-MATOs. L’objectif est la conception d’un système capable de faciliter ce suivi au quotidien. Pour cela, la conception d'une antenne à 433MHz, connectée à un capteur de température, implantable dans une souris et intégrant notamment l'impact de l'environnement biologique a tout d’abord été étudiée. Après caractérisation des éléments obtenus, la faisabilité d’un système de géolocalisation est présentée. Afin de disposer également de la capacité d’identification des sujets, cette étude s’est poursuivie à 868 MHz (standard RFID). Dans cette partie, l’antenne interrogatrice placée sous la cage, a été plus particulièrement étudiée. Afin de comparer les différentes antennes obtenues, des mesures de puissance récupérées par le lecteur (RSSI) sont réalisées, utilisant pour cela des phantoms de souris spécialement mis au point pour cette étude. Les conclusions tirées par comparaison notamment avec les résultats de phantoms numériques ont permis de concevoir un dispositif de diversité à 4 antennes et de le tester en présence de un à quatre phantoms dans quatre différentes zone de la cage. / The improvement of the methods of cure and prevention of diseases has always constituted a major objective in our societies. The possibilities offered by modern technologies allow the multiplication of the number of medical applications but all these new practices have an impact on pre-clinical animal studies which require a large-scale health status follow-up. This work, which aims at modernizing the supervision of laboratory mice in an animal facility, is a collaborative project between the LEAT and TIRO-MATOs labs. The objective is the design of a system allowing to facilitate this follow-up for the researchers while leading to new research areas. Thus, we first studied the conception of an antenna working at 433MHz, connected to a mouse implanted temperature sensor, taking also into account the biological environment impact. After having characterized the obtained elements, the feasibility of a localization system has been studied. In order to identify several mice within a cage, the study has focused on using an UHF RFID (Radio Identification Frequency) standard (868 MHz). In this part, a reader antenna placed under the cage has been investigated. Different solutions have been proposed and compared thanks to the received power (RSSI level) recorded by the reader. For that purpose, mice “phantoms” have been specifically developed. The comparison of the different results obtained particularly with numerical mice “phantoms”, led to the conception of a reading diversity system composed of 4 antennas. This last system allows to detect the presence of up to four phantoms within a cage divided into four zones.

Les smartphones équipent désormais toutes les couches de la population, indépendamment de l'âge ou de la profession. Ces équipements sont de plus en plus utilisés pour créer, manipuler et diffuser des informations contraintes par la sécurité (confidentialité, intégrité, authenticité). Plusieurs moyens de protection existent selon le type d'informations et les contraintes de sécurité (droit d'auteur, traçabilité, etc.). Cette thèse propose une solution de tatouage spécifique à l'image capturée depuis un smartphone afin de la rendre valable en justice. Son objectif est de lier la preuve à l'image et d'empêcher toute modification du contenu de l'image ainsi que des éléments de preuve. La confidentialité de l?image n'étant pas recherchée, le tatouage présente l'intérêt de conserver la lisibilité de l'image probante et donc autorise sa diffusion. La preuve est aussi constituée des données contextuelles de l'image: son auteur, la date de prise de vue ou encore sa position géographique. Peu de moyens sont disponibles pour vérifier cette géolocalisation. La seconde partie de la thèse propose ainsi des méthodes logicielles permettant la mise en oeuvre de contrôles destinés à améliorer l'authenticité de la géolocalisation. Enfin, le dernier chapitre propose une analyse critique des travaux de sécurité concernant les autres besoins d'authentification nécessaire à la réalisation d'une bonne preuve / Smartphones are nowadays ubiquitous, they can be found in anybody's hands with no consideration of one's age or work. They are used to create, manipulate and broadcast security constrained pieces of information (in term of confidentiality, integrity or authenticity). Different protection types can be found, with regard to the security constraints (copyrights, document tracking, etc.). This thesis presents a watermarking scheme tailored for smartphone-captured images, which scheme allows the use of the image as an evidence. The goal is linking the evidence to the image and forbidding any content modification. Confidentiality not being a constraint, the scheme keeps the image visible and allow its broadcast. Contextual pieces of data are part of the evidence: author name, date of shot and geographic location (geolocation). Few means are available to assess this geolocation. The second part of the thesis aims to fill this gap by proposing software based countermeasures to enhanced geolocation authenticity. Finally, the last chapter presents a critic of security works on the other authentication methods required to forge a strong proof

Titre de l'écran-titre (visionné le 5 septembre 2023) / Ce mémoire porte sur la localisation d'un véhicule de transport collectif dans un milieu urbain. L'approche proposée se fait en 2 phases : une phase de construction de la carte globale du trajet d'intérêt et une phase de localisation. Lors de la phase de construction de la carte, la carte est construite à partir des données de localisation de vérité terrain et de keypoints Intrinsic Shape Signature extraits des nuages de points locaux obtenus à l'aide d'un LiDAR monté sur le véhicule. Les keypoints sont mis en registre avec la méthode du plus proche voisin pour construire la carte. Lors de la phase de localisation, les données récoltées sont les données d'odométrie et les nuages de points obtenus par un LiDAR. Pour localiser le véhicule, on exploite un filtre à particules. Dans un premier temps, les keypoints Intrinsic Shape Signature sont extraits du nuage de points. Ensuite, les particules sont déplacées selon les mesures d'odométrie. Ensuite, l'algorithme Iterative Closest Point avec une erreur point à point sur les keypoints est appliqué sur chaque particule pour raffiner la pose de celles-ci. Puis le poids de chaque particule est mis à jour avec un calcul d'erreur basé sur les plus proches voisins entre la carte et les keypoints du scan local. Finalement, la pose du véhicule est estimée par un moyenne pondérée des 10% des particules ayant les poids les plus élevés. La méthode proposée est validée expérimentalement sur 2 sessions du jeu de données North Campus Long-Term. Ce jeu de données est récolté sur le campus de l'Université du Michigan en 27 sessions étalées sur 15 mois. Les résultats obtenus démontrent une erreur de 0.106 m et de 0.229 m pour les sessions "2012-01-08" et "2012-08-04". / This thesis is about the localization of a collective transportation vehicle in an urban setting. The proposed approach is done in two stages: a mapping stage and a localization stage. During the mapping stage, the map is built from ground truth pose data and from Intrinsic Shape Signature keypoints extracted from a point cloud obtained with a LiDAR mounted on the vehicle. The keypoints are registered with the closest neighbors method to build the map. During the localization stage, the data used are odometry measure and point cloud obtained with a LiDAR. To locate the vehicle, we make use of a particle filter. First, we extract the keypoints from the local scan. Then, the particles are moved based on the odometry measurements. Then, the Iterative Closest Point algorithm with a point to point error on the keypoints is applied to each particle to refine its pose. The particle's weight is updated with an error based on the nearest neighbours between the map and the keypoints from local scan. Finally, the vehicle's pose is estimated by a weighted mean of the 10% of the particles with the greater weights. The proposed method is validated on 2 sessions from the dataset North Campus Long-Term. This dataset was taken on the campus of University of Michigan on 27 sessions over the course of 15 months. The results show an error of 0.106 m and of 0.229 m on the sessions "2012-01-08" and "2012-08-04".

Les travaux de recherche de cette thèse contribuent à l'intégration des nouvelles technologies dans la pratique gérontologique, en vue de répondre aux besoins des personnes âgées. Dans la première partie de ce travail et après une présentation générale du domaine, la thèse s'ouvre sur une enquête exploratoire, auprès de professionnels des soins, concernant les besoins des personnes âgées. Cette enquête est suivie par une présentation des réponses à ces besoins, apportées par la télémédecine et les nouvelles technologies. Dans la deuxième partie, nous procédons à une approche bidimensionnelle pour la mise de nouvelles technologies au service des personnes âgées. La première dimension de cette approche concerne la consultation de gérontechnologie clinique. La deuxième dimension aborde trois modèles cliniques d'utilisation des trois technologies suivantes expérimentées dans ce travail : la géolocalisation, la visioconférence et l'actimetrie. La troisième partie, une discussion reprend les nombreuses dimensions de la recherche telle que la sélection de groupe thématique de la Classification Internationale du Fonctionnement, du Handicap et de la Santé (CIF) pour la gérontechnologie, l'attitude des utilisateurs envers les technologies utilisées, les limites à cette utilisation, les services rendus par ces technologies, ainsi qu'une notion éthique. La discussion s'ouvre également sur des proposition concernant : 1) une classification des technologies pour la gérontologie, 2) un modèle clinique générique d'intégration de dispositifs technologiques à la gérontologie, et 3) un centre d'appel médicalisé mettant en ouvre ces nouvelles technologies.

La démocratisation des terminaux mobiles et l'accroissement des débits disponibles permettent d'envisager de nouvelles applications, en particulier relatives au contextes. Celles-ci nécessitent d'assurer la continuité des services et la détection de la position du terminal mobile. Nous proposons d'une part la géolocalisation des terminaux et, d'autre part, la prédiction de la mobilité.<br /><br />Les systèmes satellites ne fonctionnant pas à l'intérieur des bâtiments, nous basons nos travaux sur les réseaux Wi-Fi. Deux méthodologies se démarquent pour localiser un terminal Wi-Fi : l'une repose sur une cartographie des puissances, l'autre repose sur le calcul des distances entre le terminal et des points dont les coordonnées sont connues. Chaque modèle ayant ses points faibles, nous les avons combinés pour améliorer la précision finale.<br /><br />Nous proposons un premier modèle qui calcule les distances entre le terminal mobile et des points d'accès en se basant sur la puissance du signal reçu. Il en déduit la position du terminal par calcul. Le second modèle proposé restreint la recherche à une zone homogène grâce à la cartographie des puissances avant d'utiliser le premier modèle.<br /><br />Nous avons expérimenté nos modèles ainsi que les modèles fondamentaux de l'état de l'art en étendant leurs conditions d'application. Les résultats des systèmes basés sur la propagation des ondes sont de l'ordre de 9 à 15 mètres d'erreur. Les modèles basés sur une cartographie permettent quant-à-eux d'atteindre une précision de l'ordre de 3 à 7 mètres selon les conditions.<br /><br />L'historique des positions permet à un système d'apprentissage d'acquérir un modèle des déplacements des terminaux puis de prédire les déplacements futurs par l'étude et la comparaison du modèle obtenu à des déplacements ultérieurs. Nous avons proposé en particulier d'employer les chaînes de Markov et les réseaux bayésiens pour effectuer l'apprentissage et la prédiction de la mobilité. Nous avons enrichi ces modèles d'un seuil qui détermine le choix des politiques à appliquer en fonction des déplacements du terminal. La précision de nos modèles est variable en fonction des paramètres d'ordre et de seuil mais permet d'atteindre des taux de réussite de la prédiction de 75%. Cette précision permet d'envisager l'anticipation des handovers et l'application d'une politique appropriée.

Le secteur des transports est confronté au défi posé par la mobilité durable. Alors qu'il est indispensable du point de vue socio-économique, les externalités négatives sociales et économiques (dépendance au pétrole) et environnementales (émissions de GES dans l'atmosphère) qu'il provoque pose la question de sa pérennité. Face à ce constat, les décideurs politiques proposent, essentiellement à l'échelle communautaire, diverses pistes d'actions destinées à relever ce défi. Une d'entre elle vise à optimiser les flux physiques via l'utilisation des technologies de l'information et de la communication (TIC) L'idée est que leur utilisation pendant le trajet permet d'optimiser les déplacements physiques des voyageurs. Cette thèse se propose de vérifier la véracité de ce postulat en prenant comme exemple le cas des applications géolocalisées sur téléphonie mobile. L'analyse de la littérature académique ne permet pas de répondre à cette question car elle est trop focalisée autour des usages filaires des TIC ainsi que, dans le cas de la géolocalisation, sur les terminaux dédiés GPS. Pour répondre à cette question, une étude qualitative portant sur des entretiens semi-directifs auprès de 30 acteurs clés à été réalisée. Les résultats obtenus montrent que loin d'être un instrument d'optimisation, celles-ci favorisent une augmentation des flux physiques et l'apparition de nouvelles externalités environnementales. De plus, la capacité de ces services à modifier à court-terme les schémas de déplacements de leurs utilisateurs paraît grandement surévaluée. Le déploiement des applications géolocalisées sur téléphonie mobile ne semblent pas constituer pas une réponse au défi posé par la mobilité durable.

Les travaux réalisés au cours de cette thèse s'inscrivent dans les problématiques de localisation d'un véhicule par vision. Nous nous plaçons en particulier dans le cas de parcours sur de longues distances, c'est à dire plusieurs kilomètres. Les méthodes actuelles de localisation et cartographie simultanées souffrent de problèmes de dérives qui les rendent difficilement exploitables après plusieurs centaines de mètres. Nous proposons dans ce mémoire de pallier ces limites en exploitant une connaissance à priori sur la géométrie de l'environnement parcouru.Cette information est extraite d'un Système d'Information Géographique. En particulier, les travaux réalisés se basent sur les modèles 3D des bâtiments des villes et sur une carte de la route.Dans la première partie de ce mémoire, nous proposons une approche permettant de corriger hors ligne une reconstruction SLAM en exploitant la connaissance d'un modèle 3D simple de l'environnement. Cette correction s'applique en deux étapes. En premier lieu, un recalage non-rigide entre le nuage de points reconstruit et le modèle 3D est effectué de sorte à retrouver la cohérence globale de la reconstruction. Dans le but de raffiner le nuage de points obtenu, un ajustement de faisceaux contraint par le SIG est alors effectué sur l'ensemble de la reconstruction.La particularité de cet ajustement de faisceaux est qu'il prend implicitement en compte les contraintes géométriques apportées par le modèle 3D. La reconstruction ainsi corrigée est alors utilisée en tant que base de données pour la relocalisation en ligne d'une caméra mobile. La précision de relocalisation obtenue est en particulier suffisante pour les applications de réalité augmentée.Dans la deuxième partie de ce mémoire, nous détaillons une solution permettant de corriger en ligne la reconstruction SLAM. Pour cela, les contraintes géométriques apportées par le SIG sont exploitées au fur et à mesure de la trajectoire du véhicule. Nous montrons tout d'abord que la connaissance de la position relative de la caméra par rapport à la route permet de corriger de façon robuste la dérive de facteur d'échelle. De plus, lorsque les contraintes géométriques sont suffisantes, la reconstruction SLAM réalisée jusqu'à l'instant courant est recalée sur le SIG.Cela permet de corriger ponctuellement la dérive observée sur la position courante de la caméra.Le processus complet permet dès lors de localiser le véhicule avec une précision semblable à celle d'un système GPS sur des trajectoires de plusieurs kilomètres.Les deux méthodes proposées ont été testées à la fois sur des séquences de synthèse et réelles. Des résultats qualitatifs et quantitatifs sont présentés tout au long de ce mémoire.