The safety of Powered Two Wheelers (PTWs) is important for public authorities and roadadministrators around the world. Recent official figures show that PTWs are estimated to represent only 2% of the total traffic but represent 30% of total deaths on French roads. However, as these estimated figures are obtained by simply counting the number plates registered, they do not give a true picture of the PTWs on the road at any given moment. This dissertation comes under the project METRAMOTO and is a technical applied research work and deals with two problems: detection of PTWsand the use of a laser scanner to count PTWs in the traffic. Traffic generally contains random vehicles of unknown nature and behaviour such as speed,vehicle interaction with other users on the road etc. Even though there are several technologies that can measure traffic, for example radars, cameras, magnetometers etc, as the PTWs are small-sized vehicles, they often move in between lanes and at quite a high speed compared to the vehicles moving in the adjacent lanes. This makes them difficult to detect. the proposed solution in this research work is composed of the following parts: a configuration to install the laser scanner on the road is chosen and a data coherence method is introduced so that the system is able to detect the road verges and its own height above the road surface. This is validated by simulator. Then the rawd ata obtained is pre-processed and is transform into the spatial temporal domain. Following this, an extraction algorithm called the Last Line Check (LLC) method is proposed. Once extracted, the objectis classified using one of the two classifiers either the Support Vector Machine (SVM) or the k-Nearest Neighbour (KNN). At the end, the results given by each of the two classifiers are compared and presented in this research work. The proposed solution in this research work is a propototype that is intended to be integrated in a real time system that can be installed on a highway to detect, extract, classify and counts PTWs in real time under all traffic conditions (traffic at normal speeds, dense traffic and even traffic jams).

The goal of the Q-weak experiment is to make a measurement of the proton's weak charge ($Q^p_W = 1-4\sin^2\theta_W$) to an accuracy of ~4%. This would represent a ~0.3% determination of the weak mixing angle ($\sin^2\theta_W$) at low energy. The measurement may be used for a precision test of the Standard Model (SM) prediction on the running of $\sin^2\theta_W$ with energy scale. The Q-weak experiment operates at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). The experiment determines the proton's weak charge by measuring the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at low momentum transfer $Q^2 = 0.026 (GeV/c)^2$ and forward angles (~8 degree). The anticipated size of the asymmetry, based on the SM, is about 230 parts per billion (ppb). With the proposed accuracy, the experiment may probe new physics beyond Standard Model at the TeV scale. This thesis focuses on my contributions to the experiment, including track reconstruction for momentum transfer determination of the scattering process, and the focal plane scanner, a detector I designed and built to measure the flux profile of scattered electrons on the focal plane of the Q-weak spectrometer to assist in the extrapolation of low beam current tracking results to high beam current. Preliminary results from the commissioning and the first run period of the Q-weak experiment are reported and discussed.

Nous avons développé un système intégré permettant l'acquisition simultanée de la forme 3D ainsi que de la réflectance des surfaces des objets scannés. Nous appelons ce système un scanner 3D multispectral du fait qu'il combine, dans un couple stéréoscopique, une caméra multispectrale et un système projecteur de lumière structurée. Nous voyons plusieurs possibilités d'application pour un tel système mais nous mettons en avant des applications dans le domaine de l'archivage et la diffusion numériques des objets du patrimoine. Dans le manuscrit, nous présentons d'abord ce système ainsi que tous les calibrages et traitements nécessaires à sa mise en oeuvre. Ensuite, une fois que le système est fonctionnel, les données qui en sont générées sont riches d'informations, hétérogènes (maillage + réflectances, etc.) et surtout occupent beaucoup de place. Ce fait rend problématiques le stockage et la transmission, notamment pour des applications en ligne de type musée virtuel. Pour cette raison, nous étudions les différentes possibilités de représentation et de codage des données acquises par ce système pour en adopter la plus pertinente. Puis nous examinons les stratégies les plus appropriées à la compression de telles données, sans toutefois perdre la généralité sur d'autres données (type satellitaire). Nous réalisons un benchmark des stratégies de compression en proposant un cadre d'évaluation et des améliorations sur les stratégies classiques existantes. Cette première étude nous permettra de proposer une approche adaptative qui se révélera plus efficace pour la compression et notamment dans le cadre de la stratégie que nous appelons Full-3D.

Cette thèse porte sur la quantification de deux aléas que sont le recul des falaises crayeuses en Haute-Normandie et les inondations par la mer en Manche centrale et orientale. Ces phénomènes générateurs de dommages, interdépendants, ont un fonctionnement méconnu qui se manifeste par des événements d'intensité et de fréquence variées. La démarche quantitative adoptée s'appuie sur une approche systémique et par emboîtement d'échelles spatiales et temporelles. Ce travail intègre le rapport fréquence/intensité des événements, et par conséquent, l'efficacité des facteurs et des processus responsables de leur déclenchement. Ce travail vise à : 1) calculer les vitesses et les rythmes de recul des falaises ; 2) déterminer les facteurs responsables du déclenchement des mouvements gravitaires ; 3) quantifier la production de débris et les taux d'ablation du front de falaise ; 4) évaluer les évolutions en fréquence et en intensité des submersions marines ; 5) déterminer l'origine de ces évolutions ; 6) réfléchir sur les méthodes de cartographie de l'aléa " inondation par la mer " et " recul des falaises ".

Cette thèse a été effectuée en collaboration entre le Centre de Robotique CAOR de MINES ParisTech et MENSI-Trimble sous convention CIFRE (Convention Industrielle de Formation par la Recherche), afin de concevoir un nouveau système de scanner laser innovant dédié aux systèmes mobiles de cartographie. Pour cela, nous avons développé une méthode d'analyse qualitative des relevés laser et une démarche de conception par simulation d'un système mobile de cartographie. Nous avons ensuite élaboré plusieurs concepts de scanners laser mobiles. A l'aide du simulateur, nous avons virtuellement réalisé ces concepts et avons fait des acquisitions simulées afin d'analyser les données. Après avoir obtenu les résultats de l'analyse, nous avons choisi un concept, réalisé son prototypage et effectué son évaluation en situation réelle.

La ponction rénale percutanée est un geste d'urologie courant préliminaire à l'ablation de calculs. La taille réduite des cavités rénales, la présence de structures nobles, et l'information limitée que fournit l'imagerie interventionnelle, rendent complexe l'insertion de l'aiguille de ponction. En collaboration avec le service d'urologie de la Pitié-Salpêtrière, nous avons étudié la faisabilité d'un système d'assistance informatisée au geste de ponction. Notre travail a connu deux phases. D'abord, un protocole basé sur le triptyque planification/recalage/guidage a été validé ; il repose sur la segmentation manuelle des images scanner pré-opératoires et échographiques per-opératoires et sur un algorithme de recalage de nuages de points 3D. Dans un deuxième temps, une nouvelle méthode de recalage iconique permettant de s'affranchir des étapes de segmentation a été mise au point. Ces deux approches ont été mises en œuvre et expérimentées sur des fantômes, des pièces anatomiques et sur des données de patients. Nous en présentons les fondements et l'évaluation.

The goal of the Q-weak experiment is to make a measurement of the proton's weak charge ($Q^p_W = 1-4\sin^2\theta_W$) to an accuracy of ~4%. This would represent a ~0.3% determination of the weak mixing angle ($\sin^2\theta_W$) at low energy. The measurement may be used for a precision test of the Standard Model (SM) prediction on the running of $\sin^2\theta_W$ with energy scale. The Q-weak experiment operates at Thomas Jefferson National Accelerator Facility (Jefferson Lab). The experiment determines the proton's weak charge by measuring the parity violating asymmetry in elastic electron-proton scattering at low momentum transfer $Q^2 = 0.026 (GeV/c)^2$ and forward angles (~8 degree). The anticipated size of the asymmetry, based on the SM, is about 230 parts per billion (ppb). With the proposed accuracy, the experiment may probe new physics beyond Standard Model at the TeV scale. This thesis focuses on my contributions to the experiment, including track reconstruction for momentum transfer determination of the scattering process, and the focal plane scanner, a detector I designed and built to measure the flux profile of scattered electrons on the focal plane of the Q-weak spectrometer to assist in the extrapolation of low beam current tracking results to high beam current. Preliminary results from the commissioning and the first run period of the Q-weak experiment are reported and discussed.

De nombreux travaux ont montré le potentiel de la télédétection parscanner laser aéroporté pour caractériser les massifs forestiers.Cependant, l'application aux forêts complexes de montagne reste encorepeu documentée. On se propose donc de tester les deux principalesméthodes permettant d'extraire des paramètres forestiers sur desdonnées acquises en zone montagneuse et de les adapter aux contraintesspéci fiques à cet environnement. En particulier on évaluera d'unepart l'apport conjoint de la régression à vecteurs de support et de laréduction de dimension pour l'estimation de paramètres de peuplement,et d'autre part l'intérêt d'un apprentissage non supervisé pour ladétection d'arbres. / Numerous studies have shown the potential of airborne laser scanningfor the mapping of forest resources. However, the application of thisremote sensing technique to complex forests encountered in mountainousareas requires further investigation. In this thesis, the two mainmethods used to derive forest information are tested with airbornelaser scanning data acquired in the French Alps, and adapted to theconstraints of mountainous environments. In particular,a framework for unsupervised training of treetop detection isproposed, and the performance of support vector regression combinedwith dimension reduction for forest stand parameters estimation isevaluated.

Depuis des décennies, les chercheurs essaient de développer des systèmes intelligents pour les véhicules modernes, afin de rendre la conduite plus sûre et plus confortable. Ces systèmes peuvent conduire automatiquement le véhicule ou assister un conducteur en le prévenant et en l'assistant en cas de situations dangereuses. Contrairement aux conducteurs, ces systèmes n'ont pas de contraintes physiques ou psychologiques et font preuve d'une grande robustesse dans des conditions extrêmes. Un composant clé de ces systèmes est la fiabilité de la perception de l'environnement. Pour cela, les capteurs lasers sont très populaires et largement utilisés. Les capteurs laser 2D classiques ont des limites qui sont souvent compensées par l'ajout d'autres capteurs complémentaires comme des caméras ou des radars. Les avancées récentes dans le domaine des capteurs, telles que les capteurs laser 3D qui perçoivent l'environnement avec une grande résolution spatiale, ont montré qu'ils étaient une solution intéressante afin d'éviter l'utilisation de plusieurs capteurs. Bien qu'il y ait des méthodes bien connues pour la perception avec des capteurs laser 2D, les approches qui utilisent des capteurs lasers 3D sont relativement rares dans la littérature. De plus, la plupart d'entre elles utilisent plusieurs capteurs et réduisent le problème de la 3ème dimension en projetant les données 3D sur un plan et utilisent les méthodes classiques de perception 2D. Au contraire de ces approches, ce travail résout le problème en utilisant uniquement un capteur laser 3D et en utilisant les informations spatiales fournies par ce capteur. Notre première contribution est une extension des méthodes génériques de cartographie 3D fondée sur des grilles d'occupations optimisées pour résoudre le problème de cartographie et de localisation simultanée (SLAM en anglais). En utilisant des grilles d'occupations 3D, nous définissons une carte d'élévation pour la segmentation des données laser correspondant au sol. Pour corriger les erreurs de positionnement, nous utilisons une méthode incrémentale d'alignement des données laser. Le résultat forme la base pour le reste de notre travail qui constitue nos contributions les plus significatives. Dans la deuxième partie, nous nous focalisons sur la détection et le suivi des objets mobiles (DATMO en anglais). La deuxième contribution de ce travail est une méthode pour distinguer les objets dynamiques des objets statiques. L'approche proposée utilise une détection fondée sur le mouvement et sur des techniques de regroupement pour identifier les objets mobiles à partir de la grille d'occupations 3D. La méthode n'utilise pas de modèles spécifiques d'objets et permet donc la détection de tout type d'objets mobiles. Enfin, la troisième contribution est une méthode nouvelle pour classer les objets mobiles fondée sur une technique d'apprentissage supervisée. La contribution finale est une méthode pour suivre les objets mobiles en utilisant l'algorithme de Viterbi pour associer les nouvelles observations avec les objets présents dans l'environnement, Dans la troisième partie, l'approche propose est testée sur des jeux de données acquis à partir d'un capteur laser 3D monté sur le toit d'un véhicule qui se déplace dans différents types d'environnement incluant des environnements urbains, des autoroutes et des zones piétonnes. Les résultats obtenus montrent l'intérêt du système intelligent proposé pour la cartographie et la localisation simultanée ainsi que la détection et le suivi d'objets mobiles en environnement extérieur et dynamique en utilisant un capteur laser 3D. / With an anticipation to make driving experience safer and more convenient, over the decades, researchers have tried to develop intelligent systems for modern vehicles. The intended systems can either drive automatically or monitor a human driver and assist him in navigation by warning in case of a developing dangerous situation. Contrary to the human drivers, these systems are not constrained by many physical and psychological limitations and therefore prove more robust in extreme conditions. A key component of an intelligent vehicle system is the reliable perception of the environment. Laser range finders have been popular sensors which are widely used in this context. The classical 2D laser scanners have some limitations which are often compensated by the addition of other complementary sensors including cameras and radars. The recent advent of new sensors, such as 3D laser scanners which perceive the environment at a high spatial resolution, has proven to be an interesting addition to the arena. Although there are well-known methods for perception using 2D laser scanners, approaches using a 3D range scanner are relatively rare in literature. Most of those which exist either address the problem partially or augment the system with many other sensors. Surprisingly, many of those rely on reducing the dimensionality of the problem by projecting 3D data to 2D and using the well-established methods for 2D perception. In contrast to these approaches, this work addresses the problem of vehicle perception using a single 3D laser scanner. First contribution of this research is made by the extension of a generic 3D mapping framework based on an optimized occupancy grid representation to solve the problem of simultaneous localization and mapping (SLAM). Using the 3D occupancy grid, we introduce a variance-based elevation map for the segmentation of range measurements corresponding to the ground. To correct the vehicle location from odometry, we use a grid-based incremental scan matching method. The resulting SLAM framework forms a basis for rest of the contributions which constitute the major achievement of this work. After obtaining a good vehicle localization and a reliable map with ground segmentation, we focus on the detection and tracking of moving objects (DATMO). The second contribution of this thesis is the method for discriminating between the dynamic objects and the static environment. The presented approach uses motion-based detection and density-based clustering for segmenting the moving objects from 3D occupancy grid. It does not use object specific models but enables detecting arbitrary traffic participants. Third contribution is an innovative method for layered classification of the detected objects based on supervised learning technique which makes it easier to estimate their position with time. Final contribution is a method for tracking the detected objects by using Viterbi algorithm to associate the new observations with the existing objects in the environment. The proposed framework is verified with the datasets acquired from a laser scanner mounted on top of a vehicle moving in different environments including urban, highway and pedestrian-zone scenarios. The promising results thus obtained show the applicability of the proposed system for simultaneous localization and mapping with detection, classification and tracking of moving objects in dynamic outdoor environments using a single 3D laser scanner.

Submitted by VITOR HUGO MARQUES LUIZ null (vitorhmluiz@hotmail.com) on 2016-03-14T14:35:25Z No. of bitstreams: 1 tese Vitor Hugo repositório.pdf: 12742690 bytes, checksum: 808cc9757cd523a743880c2238379bc1 (MD5) / Approved for entry into archive by Sandra Manzano de Almeida (smanzano@marilia.unesp.br) on 2016-03-14T17:09:34Z (GMT) No. of bitstreams: 1 luiz_vhm_dr_araiq_par.pdf: 1804257 bytes, checksum: 83b423fb984c5b0c70d305405ab840c2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-03-14T17:09:34Z (GMT). No. of bitstreams: 1 luiz_vhm_dr_araiq_par.pdf: 1804257 bytes, checksum: 83b423fb984c5b0c70d305405ab840c2 (MD5) Previous issue date: 2016-02-25 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Este trabalho descreve o desenvolvimento de métodos analíticos para a determinação quantitativa de furosemida e bumetanida em amostras de urina utilizando espectroscopia por reflectância difusa (para a furosemida) e por imagem por scanner com quantificação através do histograma de cores utilizando o padrão RGB (para ambas). Envolve também o desenvolvimento de um método quantitativo para a detecção de chumbo em resíduos de armas de fogo (GSR) nas mãos de atiradores utilizando membranas de celulose bacteriana como substrato de coleta, visando o descobrimento do tempo de disparo. Também foi realizada a quantificação de chumbo em amostras de tintura para cabelos utilizando método previamente desenvolvido, visando detecção da adulteração destes produtos e controle de qualidade. Estuda também a potencialidade do uso das membranas de celulose bacteriana para a coleta de impressões digitais. Os métodos desenvolvidos consistem na reação da furosemida (FUR) com o regente cromogênico paradimetilaminocinamaldeído (p-DAC) 0,70% e ácido clorídrico (HCl) 1,72 mol L-1 em papel de filtro qualitativo com barreiras hidrofóbicas, com detecção espectrofotométrica e por histograma de cores; na reação do íon chumbo(II) (Pb2+) com rodizonato de sódio (ROD) 0,16% em meio micelar de dodecil sulfato de sódio (SDS) 5 mmol L-1 em membranas de celulose bacterianas, com detecção espectrofotométrica e por microscopia eletrônica de varredura (MEV); na reação de bumetanida (BMT) com o reagente p-DAC 0,6% e HCl 0,26 mol L-1 em papel de filtro qualitativo com barreiras hidrofóbicas, com detecção por histograma de cores e na coleta de impressões digitais utilizando membrana de celulose bacteriana impregnadas com ninidrina, nitrato de prata ou óxido de zinco, dos quais o nitrato de prata e a ninidrina atuaram como agentes de coleta razoáveis. Todas as concentrações foram otimizadas por planejamentos quimiométricos. As reações foram realizadas na forma de spot test, envolvendo a formação de um produto colorido em 545 nm para o chumbo, em 585 nm para a furosemida e 520 nm para a bumetanida. As curvas analíticas foram contruídas a partir de soluções padrões dos respectivos analitos. Os métodos desenvolvidos para a bumetanida e para a furosemida foram aplicados em amostras de urina sintética e natural fortificadas e os resultados obtidos foram comparados estatisticamente com métodos comparativos. A validação dos métodos foi realizada por adição de padrão e recuperação e por comparação de métodos, no caso da FUR e da BMT, obtendo-se recuperações entre 98,0 e 115,3% para os métodos de quantificação da furosemida e entre 93,0 e 102,0% para o método de quantificação da bumetanida. O método de coleta de GSR é baseado na utilização de membranas finas de celulose bacteriana desenvolvidas pelo Grupo de Materiais Fotônicos do IQ-UNESP.Para os GSR foram realizadas 40 coletas totais em tempos de coleta após o disparo (diferentes e conhecidos), sendo sua comparação realizada através das curvas analíticas, mostrando ser possível a detecção do tempo de disparo com uma margem de erro de aproximadamente 5 minutos. Os resultados foram comparados estatisticamente e os valores obtidos a partir de testes estatísticos mostraram que os métodos podem ser usados para análises de rotina em laboratórios forenses. / This work describes the development of analytical methods for the quantitative determination of furosemide and bumetanide in urine samples using diffuse reflectance spectroscopy (for furosemide) and scanning imaging with quantification by color histogram using RGB color pattern (for both). It involves also the development of a quantitative method for the detection of lead in gunshot residues (GSR) in the hands of the shooters using bacterial cellulose membranes as substrate collection, aiming the discovery of shooting time. It is also done the quantification of lead in progressive hair lotions samples using a previously developed method, aiming the detection of products adulterations and quality control. It also studies the potentiality of the usage of bacterial cellulose membranes for the collection of fingerprints. The developed methods are consisted in the reaction of furosemide (FUR) with the cromogenic reagent p-dimethylamino cinnamaldehyde (p-DAC) 0.70% and hydrochloric acid (HCl) 1.72 mol L-1 in qualitative filter papers with hydrophobic barrier, with spectrophotometric detection and by color histogram; in the reaction of lead(II) ion (Pb2+) with sodium rhodizonate (ROD) 0.16% in micellar medium of sodium dodecyl sulfate (SDS) 5 mmol L-1 in bacterial cellulose membranes with spectrophotometric detection and by scanning electron microscopy; in the reaction of bumetanide (BMT) with the reagent p-dimethylamino cinnamaldehyde (p-DAC) 0.6% and hydrochloric acid (HCl) 0.27 mol L-1 in qualitative filter papers with hydrophobic barrier with color histogram detection an in the collect of fingerprints using bacterial cellulose membranes impregnated with ninhydrine, silver nitrate or zinc oxide, of which the silver nitrate and ninhydrin acted as reasonable collection agents. All concentrations were optimized through chemometrics designs. The reactions were carried out as spot test, involving the formation of a colored product at 545 nm for lead, in 585 nm for furosemide and in 520 nm for bumetanide. Analytical curves were built from standard solutions of the respective analytes. The methods developed for furosemide and bumetanide were applied in fortified synthetic and natural urine samples and the results obtained were compared statistically with comparative methods. The validation of the methods were performed by standard addition and recovery and by comparison of methods, for FUR and BMT, yielding recoveries between 98.0 and 115.3% for furosemide quantification methods and between 93.0 and 102.0% for the quantification method for bumetanide. GSR collection method is based on the use of thin membranes of bacterial cellulose developed by Photonic Materials Group IQ-UNESP. For GSR, 40 total collections were carried out in known and different times of collection after shooting times and their comparison through analytical curves were done, showing the possibility of the detection of the shooting time with an error of 5 minutes, approximately. The results were statistically compared and the values obtained from statistical tests showed that the methods can be used for routine analysis in forensic laboratories.