In this thesis, we introduce a Rao-Blackwellized Particle Filter (RBPF) for the algorithm Simultaneously Localizing and Mapping (SLAM) to be used on an Autonomous Underwater Vehicle (AUV) with a Stochastic Variational Gaussian Process (SVGP) algorithm. With a positive result, the combination was proven to be working. The main limitation has been the complexity of the two algorithms. Even though we got the two working together in a dynamic environment, it has only worked in a simulation. Before testing the solution on a real AUV in a natural environment, modifications need to be added, speeding up the whole process. / I det här examensarbetet har vi introducerat ett Rao-Blackwellized Partikel Filter (RBPF) med lokaliserings och kartläggnings algoritmen (SLAM). Detta för att användas på en autonom undervattensfarkost (AUV), tillsammans med algoritmen för att förutspå hittills osedda platser (SVGP). Kombinationen av de två algoritmerna på farkosten visade sig fungera. Den största begränsningen har varit hur tunga de båda algoritmerna är, vilket har lett till att färre partiklar har kunnat användas och med mindre noggrann träning per partikel. Dessutom har resultaten endast visats i en simulerad miljö. Innan det blir möjligt att testa kombinationen i en verklig miljö måste modifikationer göras för att snabba på träningen av algoritmerna och på så sett kunna använda sig av fler partiklar.

Cette thèse, co-dirigée par Jean-Marc Boucher et Ronan Fablet (IMT Atlantique) et co-encadrée par Didier Charlot (iXBlue), Gilles Le Chenadec et Michel Legris (ENSTA Bretagne), a été réalisée dans le cadre d'une convention CIFRE au sein de la société iXBlue. iXblue développe et commercialise un sondeur multifaisceaux (MBES) SEAPIX principalement dédié au marché de la pêche. Ce système a été développé pour offrir le meilleur compromis entre performances de détection et son coût de revient. Outre les caractéristiques classiques d'un MBES, il propose la particularité unique de pouvoir insonifier des fauchées différentes sous le navire par dépointage électronique du faisceau d'émission de bâbord à tribord et d'avant en arrière. Le travail de thèse a pour objectif d'étudier l'apport de ces nouvelles capacités multi-fauchées dans l'analyse et la classification des fonds marins. La première partie du travail a consisté à réaliser une analyse détaillée de la chaîne de mesure. Cette étude a permis d'évaluer la consistance des niveaux de rétrodiffusion entre les différents modes d'insonification. La deuxième partie s'est intéressée à la recherche des caractéristiques discriminantes du signal rétrodiffusé en tenant compte de la géométrie d'acquisition de chaque mode d'insonification. La dernière étape du travail a porté sur des méthodes de fusion des données acquises. Cette étude s'est réalisée en deux approches; la première considère des données venant du même mode d'insonification (intra-mode) et la seconde venant de modes différents (inter-mode), pour la cartographie des fonds marins. Les résultats expérimentaux obtenus mettent en évidence l'intérêt de la chaîne de traitement proposée et d'une architecture multi-mode sur les jeux de données réelles traitées. / This thesis, co-directed by Jean-Marc Boucher and Ronan Fablet (IMT Atlantique) and co-supervised by Didier Charlot (iXBlue), Gilles Le Chenadec and Michel Legris (ENSTA Bretagne), was realized in the context of a convention CIFRE with the company iXBlue.iXblue develops and commercializes a multibeam echosounder (MBES) SEAPIX primarily dedicated to the fishery market. The system is optimized to offer the best compromise between performances capabilities and cost. In addition to the classical characteristics of an MBES, it offers the unique feature of scanning the seafloor (and the water column volume) by electronical beamform multiple the emission swaths from port to starboard, as well as from forward to backward. The objective of the thesis is to study the contribution of these new multi-swath capacities in the analysis and classification of the seafloor.The first part of the work consisted in carrying out a detailed analysis of the measurement chain. This study evaluated the consistency in acquiring the backscattering strength from different insonification modes. The second part investigated the discriminant characteristics of the backscattered signal while taking into account the acquisition geometry of each insonification mode. The last stage of the work involved to methods of fusing the acquired data. This study was carried out in two approaches; the first considers data from the same insonification mode (intra-mode) and the second from different modes (inter-mode), for the seafloor classification. The obtained experimental results highlight the interest of the proposed processing chain and a multi-mode architecture on the real datasets.

Orientador: Mauricio Galo / Resumo: Um Levantamento Hidrográfico (LH) tem como principal meta a obtenção de dados para a edição e atualização de documentos náuticos, estes, voltados à segurança das atividades de navegação. Objetivando padronizar parâmetros de incerteza das cartas náuticas, a Organização Hidrográfica Internacional (OHI) define níveis mínimos de confiança para diferentes ordens. A sugestão dessas especificações foi internalizada pela Marinha do Brasil, responsável pela produção das cartas náuticas brasileiras, na NORMAM-25. Um desses parâmetros é a Incerteza Vertical Total máxima permitida, um indicador de qualidade da medição da profundidade. A informação de profundidade influencia no calado máximo permitido a uma embarcação para transitar em uma região com segurança, o que pode impactar inclusive nas limitações de transações comerciais em terminais portuários, uma vez que as profundidades estimadas com acurácia potencializam os parâmetros de operação dos portos. Por se tratar de um ambiente dinâmico, seja por ação da própria natureza ou devido a atividades antrópicas, a atualização de uma carta náutica deve ser uma preocupação constante. Como complemento à tradicional técnica de levantamento por meio de um ecobatímetro acoplado a embarcações, há a opção de se realizar um LH com o emprego da tecnologia LiDAR (Light Detection And Ranging) a partir de aeronaves, por meio de um aerolevantamento batimétrico por LiDAR (ALB – Airborne LASER Bathymetry), que operam com pulsos LASER na região verde do e... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: A Hydrographic Survey (HS) has as main goal to obtain data for editing and updating nautical documents, these, focused on the safety of navigation. In order to establish a standard of uncertainty parameters for nautical charts, the International Hydrographic Organization (IHO) defines minimum levels of confidence for different orders. The suggestion of these specifications was acknowledged by the Brazilian Navy, institution responsible to produce Brazilian nautical charts, as described in NORMAM-25. One such parameter is the maximum allowed Total Vertical Uncertainty, a quality indicator of the depth measurement. Depth information influences the maximum operational draft for a vessel to safely travel in a region, causing impact on port operations and limiting the commercial transactions. Accurately estimated depths enhance the operational parameters of the ports. Due to the aim of representing a dynamic environment, whether as consequence of the action of nature itself or because of anthropic activities, updating a nautical chart must be a constant concern. As a complement to the traditional survey technique conducted with a boat-coupled echosounder, there is the option of performing a HS using LiDAR (Light Detection And Ranging) technology from aircraft, through LiDAR aerial bathymetry (ALB - Airborne LASER Bathymetry), which operate with LASER pulses in the green region of the electromagnetic spectrum. Considering these points, this work analyzed the differences between the... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Les dunes marines sont de grandes structures sédimentaires qui, ensemble, couvrent de larges zones appelées champs de dunes. Des dunes ont été découvertes dans tous les océans, de la côte jusqu'aux talus continentaux. Leur forme et mobilité sont des témoins du lien étroit qui existe entre le transport sédimentaire, l'hydrodynamique (courants marins) et la topographie du fond. L'étude des dunes est intéressante scientifiquement parlant, mais elle est également motivée par des enjeux économiques et environnementaux. Les dunes peuvent être étudiées de deux manières : La modélisation et l'analyse de données de terrain (granulométrie, courantométrie, données sismiques, données bathymétriques). Ces deux approches sont très différentes mais complémentaires. Avec l'amélioration des données Sondeur Multi-Faisceaux (SMF), il est maintenant possible de visualiser la morphologie des dunes et de suivre leur évolution de manière plus détaillée. Plusieurs méthodes automatiques d'analyse de la morphologie et de la dynamique des dunes ont été développées pour analyser les Modèles Numériques de Terrain (MNTs) construits à partir de ces données SMF. Pourtant, aucun ne permet d'estimer les valeurs de descripteurs morphologiques et dynamiques pour chaque dune. L'analyse et l'évaluation de ces descripteurs restent régionales avec le découpage des MNTs en régions rectangulaires. Seul un traitement manuel permet d'estimer ces descripteurs pour chaque dune. L'objectif de cette thèse est de développer des algorithmes automatiques permettant de quanti er la morphologie et la dynamique de chaque dune. Pour ce faire, une représentation des données SMF sous forme d'une tessellation triangulaire a été préférée au classique MNT régulier. Tout d'abord, les dunes doivent être extraites de la topographie du fond marin. Un algorithme par accroissement de régions avec adaptation de l'échelle d'analyse, issu de la géomorphométrie est proposé. Les crêtes de dunes sont d'abord extraites en combinant un algorithme de simplification de tessellations avec un algorithme d'extraction de lignes de crête. La résolution de la tessellation est adaptée par l'algorithme de simplification afin de faciliter l'extraction des lignes de crête. Les lignes de crête sont des objets bien définis en géométrie différentielle. Leur extraction s'appuie sur l'interprétation de cette définition appliquée à des modèles discrets du fond (tessellations). Les crêtes servent d'embryons à l'algorithme d'extraction des dunes. L'estimation des paramètres morphologiques des dunes (longueur, largeur, hauteur, etc.) découle de l'extraction automatique des dunes. L'utilisation d'une méthode de recalage non rigide (isométrique) pour la quantification de la dynamique est discutée. Des tessellations représentant la topographie d'un même champ de dunes à différents moments sont analysées par l'algorithme d'extraction des dunes. Ensuite, une dune est associée à une dune d'une autre tessellation qui lui correspond (même dune à un autre instant). La dynamique de chaque dune est quantifiée à partir des résultats de l'algorithme de recalage : les transformations permettant d'aligner différentes représentations d'une dune. / Marine dunes are large sedimentary mounds often organized in dunefields. Theyhave been discovered in oceans all around the globe, from continental rises to nearshore areas. These mobile seafloor structures reflect the unique and complex relationship between the sediment, the seafloor topography and the hydrodynamics (currents). Dunes are not only interesting at a scientific level. In fact, their study is also motivated by economic, safety and environmental reasons. The study of dunes can be divided into two complementary approaches: Modelling and analysis of in situ data (granulometry, current, bathymetric data).The increased quality of MultiBeam EchoSounder (MBES) data allows scientists to monitor and visualize the complexity of, both, dune morphology and dynamics. Au-tomatic methods to characterize dune morphology and dynamics using Digital TerrainModels (DTMs) have already been proposed. But, none does it at the dune scale. Mor-phological and dynamical descriptors are estimated for patches of the dunefield. Today, the evaluation of such descriptors for each dune can only be achieved manually.The objective of this thesis is to design automatic algorithms for the quantification of dune morphology and dynamics. A representation of MBES data as triangular meshes has been preferred to the usual gridded DTMs. The first stage consists of delineating dunes in the seafloor. A scale adaptative, region growing algorithm based on geomorphometry is proposed. The combination of mesh implification and crest extraction algorithms enables to accurately recover dune crest lines. The mesh simplification facilitates the crest extraction by adapting the mesh resolution. Crest extraction is based on the discrete interpretation of the definition of crest lines in differential geometry. The crests are, then, used as seed regions by the dune extraction algorithm.