Québec Université Laval, Bibliothèque 2020

Dans les bases de données spatiales actuellement mises en oeuvre, les phénomènes naturels sont généralement représentés par des géométries ayant des frontières bien délimitées. Une telle description de la réalité ignore le vague qui caractérise la forme de certains objets spatiaux (zones d'inondation, lacs, peuplements forestiers, etc.). La qualité des données enregistrées est donc dégradée du fait de ce décalage entre la réalitée et sa description. Cette thèse s'attaque à ce problème en proposant une nouvelle approche pour représenter des objets spatiaux ayant des formes vagues et caractériser leurs relations topologiques. Le modèle proposé, appelé QMM model (acronyme de Qualitative Min-Max model), utilise les notions d'extensions minimale et maximale pour représenter la partie incertaine d'un objet. Un ensemble d'adverbes permet d'exprimer la forme vague d'un objet (ex : a region with a partially broad boundary), ainsi que l'incertitude des relations topologiques entre deux objets (ex : weakly Contains, fairly Contains, etc.). Cette approche est moins fine que d'autres approches concurrentes (modélisation par sous-ensembles flous ou modélisation probabiliste). Mais elle nécessite un processus d'acquisition complexe des données. De plus elle est relativement simple à mettre en oeuvre avec les systèmes existants de gestion de bases de données. Cette approche est ensuite utilisée pour contrôler la qualité des données dans les bases de données spatiales et les entrepôts de données spatiales en spécifiant les contraintes d'intégrité basé sur les concepts du modèle QMM. Une extension du langage de contraintes OCL (Object Constraint Language) a été étudiée pour spécifier des contraintes topologiques impliquant des objets ayant des formes vagues. Un logiciel existant (outil OCLtoSQL développé à l'Université de Dresden) a été étendu pour permettre la génération automatique du code SQL d'une contrainte lorsque la base de données est gérée par un système relationnel. Une expérimentation de cet outil a été réalisée avec une base de données utilisée pour la gestion des épandages agricoles. Pour cette application, l'approche et l'outil sont apparus très efficients. Cette thèse comprend aussi une étude de l'intégration de bases de données spatiales hétérogènes lorsque les objets sont représentés avec le modèle QMM. Des résultats nouveaux ont été produits et des exemples d'application ont été explicités.

De nos jours, les centres de transformation primaire de produits forestiers doivent adapter rapidement leurs approvisionnements afin d’être en mesure de satisfaire les besoins du marché. Pour répondre promptement aux commandes passées par les usines, les équipes de récolte doivent être déployées dans des peuplements forestiers possédant les caractéristiques désirées. Toute déviation à cet égard entraîne des coûts supplémentaires liés à la mise en place de mesures correctives. Ces mesures se traduisent habituellement par une augmentation des stocks coupés en forêt ou encore par des déplacements plus nombreux des équipements de récolte. Une pénurie, c’est-à-dire un manque de matière première à l’usine ou encore l’impossibilité de satisfaire la demande des clients sont d’autres effets possibles. Une connaissance adéquate de la distribution du volume des arbres sur pied par espèce et par classes de diamètres à hauteur de poitrine (DHP) pour les principales strates forestières apparaît donc comme une première étape pour améliorer la précision des approvisionnements. Cette connaissance semble en effet nécessaire pour être en mesure d’améliorer la gestion de la chaîne d’approvisionnement (ou de création de valeur) mais aussi pour mieux protéger l’environnement. Or, la forêt est très variable et il est difficile de prédire de manière précise la distribution des diamètres des tiges des peuplements qui la composent. L’erreur générée par cette variabilité engendre une incertitude quant à ces prédictions de ces distributions. Ce projet vise à évaluer la faisabilité de développer un système spatial qui puisse permettre de répondre à une demande pour un produit donné dans un délai court et motivé par les besoins des clients. Pour y arriver, des fonctions graphiques de distribution du volume cumulé en fonction du diamètre (DHP) pour chacune des strates forestières ont été développées et par la suite regroupées. À ces fonctions ont été appliquées des équations de régression basées sur le DHP afin de valider celles qui étaient significatives. Par la suite, un lien a été fait avec la carte forestière dans un logiciel SIG pour obtenir la probabilité de trouver le produit recherché. Ces étapes ont été réalisées avec succès donnant ainsi la possibilité de créer un outil pour le planificateur forestier qui lui permet de mieux tenir compte de la variabilité des stocks ligneux en forêt. Ce projet a ainsi démontré qu’il est possible d’utiliser l’information des inventaires forestiers pour développer des relations entre les données forestières et l’erreur qu’elles génèrent. Il a été possible d’intégrer ces informations pour créer un outil informatique fonctionnel qui présente une probabilité de trouver dans la forêt un produit spécifique donné. / Presently forest products transformation centers must be able to quickly adapt their resource supply in order to satisfy market needs. In order to react quickly to mill demands, forest harvesting activities must be deployed directly in forest stands that contain standing timber with the characteristics necessary to meet processing requirements. An inability to do this engenders involves additional costs related to the installation of corrective measures. Such measures usually result in an increase in forest stocks cut and/or in additional displacements of forest harvesting equipment. A shortage of supply -- i.e. a lack of raw material at the processing plant -- or difficulty in satisfying market needs are other possible effects. An adequate knowledge of standing tree distributions by species and diameter classes for the principal forest strata being harvested thus seems to be a useful way of ensuring adequate product-specific supply. Such knowledge indeed would seem to be required to improve forest management across the entire supply chain, and would also provide for better environmental protection. However, because forests are intrinsically highly variable, it is difficult to predict in a precise manner species and diameter distributions for specific stands in a given forest. This inherent forest variability generates uncertainty when these distributions are estimated or predicted. This project evaluates the developmental feasibility of a spatial system that can enable an immediate response in harvesting operations to a request for a specific species and size of tree by a processing facility that is motivated by clients’ needs. To accomplish this, species-specific graphic functions of volumes based on tree diameter distributions for each forest stratum were developed and compiled. Regression equations based on tree diameter were applied to these functions in order to validate those that were significant. Subsequently a link was established between the diameter distribution functions and a map of forest strata in a GIS software tool to obtain the probability of finding a sufficient volume of the desired tree type. The functionality discussed has been successfully implemented in this project in order to create a tool for forest planners that takes into account the variability of timber stocks in forests. This project has demonstrated that it is possible to use existing forest inventory information to develop relations between the forest data and the error it generates. Moreover, it was possible to integrate this information to create a functional GIS-based tool that indicates the likelihood of finding a desired quantity of a specific product in the forest.

Au cours des dernières années, différents types de travaux ont été réalisés indépendamment au sein du même centre de recherche (Centre de Recherche en Géomatique de l'Université Laval). Parmi ceux-ci, on retrouve des travaux axés sur l'acquisition et le traitement des données spatiales en sport de plein air d'une part, et des travaux axés sur l'exploration et l'analyse des données spatiales avec une solution SOLAP d'autre part. L'exploitation conjointe de ces travaux permettait de répondre à de nouvelles attentes et plus particulièrement à une nouvelle application : l'évaluation et l'analyse de la performance d'athlètes pratiquant un sport extérieur grâce à des données calculées à partir d'observations GPS. En effet, suite à des observations GPS, la position, la vitesse et l'accélération de l'athlète peuvent être calculées précisément. Cependant, aucun logiciel ne permettait d'analyser rapidement et facilement les nouvelles données recueillies. / Pourtant, les entraîneurs d'athlètes de haut niveau désirent obtenir des données sur les performances actuelles, de façon rapide et exacte, pour ainsi adapter immédiatement leur entraînement et favoriser le succès de l'athlète. Or, la technologie SOLAP offre aux utilisateurs une interface cliente très intuitive pour l'analyse spatio-temporelle. Cependant, son fonctionnement ne permettait pas d'ajouter rapidement de nouvelles données obtenues à partir d'observations GPS. Cette recherche visait alors à développer une approche répondant à des besoins d'analyse SOLAP en temps réel retrouvés dans certaines applications et plus particulièrement dans le sport de haut niveau. Nous avons aussi vérifié qu'une solution SOLAP utilisée dans le domaine de la gestion des entreprises pour faciliter les prises de décision peut être transposée dans celui de l'analyse de la performance des athlètes. Pour ce faire, un SOLAP juste-à-temps, baptisé SOLAP-SPORT, a été développé dans le cadre de ce projet de recherche.

Les apports d’un cadastre 3D ont été démontrés par plusieurs chercheurs et organisations. Malgré ces nombreux travaux, très peu d’analyses et de synthèses sont proposées quant à l’utilité ou les usages spécifiques d’une représentation volumique (3D) cadastral dans le contexte particulier d’une gestion municipale. Dans ce sens, l’objectif principal de cette étude est de mieux connaître les usages actuels et besoins des gestionnaires municipaux en matière de représentation volumique cadastrale lorsque des propriétés sont superposées (cas spécifique où la 3e dimension géométrique est perçue comme étant intéressante). L’étude porte spécifiquement sur les cas indiqués comme étant du cadastre vertical du système du cadastre du Québec géré par le ministère des Ressources naturelles du Québec (MRN) et son usage dans certaines villes et municipalités québécoises. Les résultats sont présentés sous forme d’une enquête menée auprès d’un échantillon d’usagers municipaux et par la proposition de mécanismes menant à la production la plus automatisée possible de modèles 3D réalisés à partir des plans complémentaires issus du système du cadastre du Québec. Un sondage sur les usages actuels des plans cadastraux du Québec et des plans complémentaires du cadastre vertical a été effectué auprès d’intervenants municipaux responsables de la géomatique et de la gestion territoriale dans leur municipalité. 48 répondants des 36 municipalités ont participé au sondage, soit 32 répondants de 21 différentes villes, 15 répondants de 15 Municipalité régionale de comté (MRC) et un répondant de la Communauté Métropolitaine de Montréal. Les résultats montrent que 91% des acteurs municipaux sondés utilisent les plans cadastraux et lorsque des situations de superposition verticale des propriétés existent, où le cadastre vertical est disponible, 84% des répondants exploitent effectivement les plans complémentaires dans leurs activités professionnelles. Les répondants ont confirmé un réel besoin de posséder une représentation volumique cadastrale puisque que 81% ont répondu vouloir disposer de ce genre de représentation. Les mêmes usages que ceux des plans cadastraux sont envisagés pour la 3D soit comme appui aux systèmes qui servent à la taxation, à l'émission des permis de construction, au zonage et à l'aménagement du territoire et urbanisme. En termes de contenu de la représentation volumique, les mesures officielles (i.e. la longueur des limites, la superficie et le volume), la distinction entre les lots privés et communs et la géométrie volumique des lots sont jugées nécessaires par 85% des répondants. Finalement, une procédure qui se décline en deux grandes étapes de vectorisation et de modélisation 3D est proposée pour la construction automatisée d’une représentation volumique à partir des fichiers PDF des plans complémentaires. Celle-ci a été testée sur un condominium de trois étages, et prend 17 minutes avec 64 interventions pour la compléter. / Several researches and organizations have demonstrated the role of 3D volumetric representation in cadastral systems. Nevertheless, only a few have examined the usefulness and applications of 3D cadastral representations in municipal management. Thereupon, the principal objective of this study is to better understand the current and anticipated needs for the applications of 3D cadastral representations in municipal management in case of super-imposed properties (where the 3rd geometric dimension is foreseen as appealing). The research specifically investigates the case of vertical cadaster as noted in Quebec’s cadastral system arranged by the Ministry of Natural Resources (MNR) of Quebec Province as well as its application in number of cities and municipalities across the province. This study presents the interests as well as the requirements based on an inquiry among several municipal partners. Moreover, a mechanism is proposed to automate, as much as possible, the procedure to reconstruct cadastral 3D models from the complementary plans (vertically super-imposed data) which exist in Quebec’s cadastral system. A user survey targeting the actual applications of cadastral maps of Quebec as well as the complementary plans of the vertical cadaster was carried out among the municipal authorities who are responsible for geomatics and land management across the province. Totally, 48 participants from 36 municipalities responded to the survey. This includes 21 cities (32 participants), fifteen regional county municipalities (fifteen participants), and one metropolitan community (one participant). The results show that 91% of the participating municipal actors use cadastral maps. In case of super-imposed properties, where vertical cadaster is available, 84% of the respondents effectively benefit from the complementary plans for regulating the respective professional activities. The respondents have confirmed a real need for volumetric cadastral representation as 81% of them would like to have such representation at their disposal. 3D cadastral models have been considered useful to enhance the principal usages of cadastral maps such as taxation, issuance of construction permits, and regional and urban planning. In terms of content, 85% of the respondents indicate that the capabilities to represent the official measures (i.e. length of limits and edges, area, and volume), to distinguish between private and common lots, and to provide the volumetric geometry of the lots are among the necessary requirements of volumetric cadastral representations. Finally, a two-step procedure (vector digitization followed by 3D modeling) is proposed to improve the automation of volumetric cadastral reconstruction from image-form complementary plans (stored in PDF files). This procedure has been tested on a three-story condominium and takes 64 interventions in 17 minutes to complete.

L’objectif de cette étude est de développer une solution GPS optimale, en termes de précision, coût, et poids de l’équipement, afin de déterminer à une fréquence élevée les vitesses et les accélérations d’un athlète. Le mémoire est divisé en trois parties distinctes. Premièrement, la théorie relative aux calculs de la vitesse à partir de mesures GPS est présentée. Deuxièmement, la théorie relative aux calculs des accélérations est exposée. Troisièmement, les résultats relatifs aux tests terrain sont présentés. Ces tests ont permis de comparer différents paramètres servant à définir une méthodologie GPS optimale. Les principaux paramètres sont : le mode de traitement qui est soit en absolu ou en relatif ; les algorithmes de traitement exploitant les positions, les mesures de fréquence Doppler ou les mesures de phase ; les méthodes de pondération des observations ; les techniques de filtrage ; ainsi que les récepteurs GPS de diverses qualités. / The main objective of this research is to develop an optimal solution in terms of precision, cost and weight of the equipment for computing the athlete’s velocities and accelerations using high data rate GPS measurements. This thesis is divided into three major sections. First, the theory about the computation of velocity is presented. Then, the theory about the computation of acceleration is shown. Finally, results of field tests are given. These tests were conducted to compare different parameters used to define an optimal strategy to obtain precise velocities and accelerations. The principal parameters tested are: computation modes (stand-alone or differential); processing algorithms using pre-computed positions, Doppler frequencies or carrier phase measurements; weighted observation matrices using satellites elevation angles or signal/noise ratio; filtering techniques using a moving average or Fast Fourier Transform; and GPS receivers of different quality (low cost receiver or geodetic receiver).

Dans un premier temps, cette recherche développe une méthodologie pour la modélisation des coûts généralisés de déplacement en transport privé et public. La méthodologie permet l’automatisation des spécifications de paramètres pour la géo-simulation d’itinéraires individuels multimodaux avec TransCAD. Nous présentons les trois applications SIG-T développées dans le cadre de ce projet : CRADVoyagesTC – pour la définition et la localisation de l’offre du transport en commun, CRADTNetwork – pour la construction de graphes de transport en commun, et CRADRoutes – pour la simulation d’itinéraires individuels multiples. Dans un second temps, une étude de cas réalise la simulation d’itinéraires ayant pour origine les lieux de résidence et pour destination les principales agglomérations commerciales du territoire de la Communauté Métropolitaine de Québec (CMQ). Cette étude de cas vise à démontrer le bon fonctionnement et l’efficience de la méthodologie développée pour de futures recherches portant sur l’accessibilité et la mobilité. Les résultats sont commentés de manière sommaire. / This research develops a methodology for modelling generalized trip costs using private and public transportation modes. The methodology enables computer-assisted specification of parameters for disaggregated multimodal trip geo-simulations using TransCAD. We present three developed GIS-T applications within the current project: CRADVoyagesTC – for public transit supply definition and localization, CRADTNetwork – for public transit graph construction, and CRADRoutes – for multiple disaggregated trip paths simulation. Finally, a proof of concept application based on trip simulation using as origin the residential places and as destination the major shopping places of the Quebec Metropolitan Area (QMA) is presented. The main objective of this study case is to demonstrate the functionality and the efficiency of the developed methodology to be used in future accessibility and mobility researches. Preliminary results are discussed.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2015-2016 / L’évaluation muséale est un champ principalement actif dans le milieu universitaire et dans les grandes institutions muséales. Les ressources humaines et financières restreintes sont souvent des freins pour les petits et moyens musées à procéder à des démarches d’évaluation autre que le taux de fréquentation. Pourtant, ces études seraient aussi bénéfiques pour eux qu’elles peuvent l’être pour les grandes institutions. Les systèmes de positionnement intérieur semblent une voie intéressante pour permettre aux petits et moyens musées de réaliser des évaluations plus facilement, rapidement et avec un minimum de ressources spécialisées. Malgré un intérêt du milieu muséal et académique pour ces nouvelles technologies, peu de solutions ont été explorées et de méthodes développées dans l’optique d’en faire un outil adapté aux réalités des petits et moyens musées. Ce projet de recherche a pour objectif le développement d’une méthodologie qui intègre un système de positionnement au sein d’une démarche d’évaluation portant sur les parcours muséographiques en contexte de moyen musée. La méthodologie proposée est testée par la réalisation d’une évaluation muséale in situ. / The field of museum evaluation is mostly active in academia and bigger museums. Limited human and financial resources are often impediments for small and medium-size museums to conduct evaluation approaches other than attendance census. However, evaluation studies would be as beneficial for them as they are for large institutions. Indoor positioning systems seem like an attractive approach to enable small and medium-size museums to conduct evaluations more quickly, more easily and in a manner that requires less specialized resources. Although museum professionals and academics have shown interest for these new technologies, few solutions have been explored and methods developed in order to create a tool adapted to the realities of small and medium-sized museums. This research project aims to develop a methodology that integrates a positioning system in the evaluation process of the adequacy between the conceptual and visitor paths in the context of a medium sized museum. The proposed methodology has been tested by applying it to an on-site evaluation.

Au fil des dernières années, le développement d'applications Internet et le développement rapide des technologies mobiles ont provoqué, dans les organisations publiques et privées, la mise en place d'un mécanisme capable d'intégrer ces nouveaux développements aux systèmes d'information existants. Ce mécanisme doit être en mesure d'intégrer différentes structures et des technologies hétérogènes par le partage des données. C'est pourquoi il est important de faire un choix éclairé lorsqu'il faut sélectionner l'outil approprié pour l'intégration de ces systèmes. Dans ce projet de recherche, on propose le développement d'un cadre d'évaluation systématique pour les outils d'intégration de systèmes d'information par l'approche par médiateur, en focalisant l'évaluation sur trois critères : le temps d'implémentation, la performance et la complexité d'implémentation. (1) Le critère du temps porte sur l'évaluation du temps que prend l'implémentation d'un outil depuis l'étude bibliographique jusqu'à l'implémentation dans un prototype qui implémente différentes structures de données. (2) Le critère de performance consiste en la vitesse avec laquelle l'outil peut traiter différents jeux de données. (3) Le critère de complexité correspond à l'évaluation de la complexité d'implémentation de l'outil de manière quantitative basée sur l'application de différentes métriques logicielles. Ce dernier critère permet, en ajoutant une partie quantitative, de renforcer le premier critère qui donne une évaluation plus qualitative de la complexité d'implémentation de l'outil. Les résultats obtenus avec l'application du cadre d'évaluation pour les outils d'intégration ont permis de proposer un système de médiation comme mécanisme d'intégration de systèmes hétérogènes capable de traiter différentes structures de données, de faire le stockage de ces données et de les partager entre les systèmes intégrés en privilégiant la facilité d'implémentation, la performance ou encore la maintenabilité.

L'usage de l'information géographique par une société d'assurance se révèle être un précieux atout dans un marché mature et perturbé par d'incessants événements d'ampleur. L'angle d'approche adopté vise à montrer que l'intérêt de son emploi se décline à tous les niveaux de la chaîne de valeur assurantielle (souscription, gestion de sinistre, cumul de risque, réassurance). Nous montrons que le recours à l'information géographique et à ses techniques associées ouvre de multiples voies de développement des métiers de l'assurance. La première vise à estimer le coût d'un événement extrême pour répondre aux exigences imposées par la législation (Solvabilité 2) et offrir des éléments de réflexion quant au dimensionnement des protections financières. La deuxième vise au renforcement de l'offre de protection contre les risques naturels, là où le régime CatNat trouve ses limites et n'intervient pas. Il s'agit de créer des produits d'assurance complémentaires et innovants agissant aux contours d'un système parfois flou et lacunaire. La troisième s'inscrit dans une perspective d'accompagnement des assurés en les informant des risques latents auxquels ils sont soumis, en leurs prodiguant des conseils en matière de prévention face à des risques bien souvent sous estimés et ne recevant généralement pas toute l'attention et de facto, la préparation qui leurs sont dues.