Avec le développement rapide des technologies permettant la collecte et l’échange des données géospatiales, la quantité de bases de données géospatiales disponibles est en constante augmentation. Ces bases de données géospatiales représentent souvent une même réalité géographique de façon différente, et sont, par conséquent, sémantiquement hétérogènes. Afin que les utilisateurs de différentes bases de données puissent échanger des données et collaborer dans un but commun, ils doivent avoir une compréhension commune de la signification des données échangées et résoudre ces hétérogénéités, c’est-à-dire que l’interopérabilité sémantique doit être assurée. Il existe actuellement plusieurs approches visant à établir l’interopérabilité sémantique. Cependant, l’arrivée puis la récente prolifération des réseaux ad hoc modifient et rendent plus complexe la résolution du problème de l’interopérabilité sémantique. Les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales sont des réseaux qui peuvent s’auto-organiser, pour des besoins ponctuels, sans qu’une structure particulière soit définie a priori. En raison de leur dynamicité, de l’autonomie des sources qui les composent, et du grand volume de sources disponibles, les approches dites « traditionnelles » qui ont été conçues pour établir l’interopérabilité sémantique entre deux sources ou un nombre limité et statique de sources ne sont plus adaptées. Néanmoins, bien que les caractéristiques d’une approche pour l’interopérabilité sémantique dans les réseaux ad hoc doivent permettre d’agir sur un grand volume de sources, il demeure essentiel de prendre en compte, dans la représentation de la sémantique des données, les caractéristiques particulières, les contextes et les dimensions spatiales, thématiques et temporelles des données géospatiales. Dans cette thèse, une nouvelle approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel dans les réseaux ad hoc de bases de données géospatiales est proposée afin de répondre à la fois aux problématiques engendrées par les réseaux ad hoc et les bases de données géospatiales. Les contributions de cette approche pour l’interopérabilité sémantique en temps réel concernent majoritairement la collaboration dynamique entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau ad hoc, la représentation et l’extraction des connaissances, le mapping sémantique automatisé, la similarité sémantique et la propagation des requêtes dans le réseau ad hoc. Le cadre conceptuel qui sous-tend l’approche se base sur les principes de la communication dans les réseaux sociaux. À la suite du cadre conceptuel qui établit les fondements de l’approche, cette thèse présente un nouveau modèle de représentation des coalitions de bases de données géospatiales, dans le but de faciliter, dans un contexte d’interopérabilité sémantique, la collaboration entre les utilisateurs de bases de données géospatiales du réseau. Sur la base de ce modèle, une approche de découverte des sources pertinentes et de formation des coalitions se basant sur les principes de l’analyse des réseaux est proposée. Afin de gérer les changements du réseau en temps réel, des opérateurs de gestion des changements dans les coalitions sont proposés. Une fois les coalitions établies, les échanges de données entre les membres d’une même coalition ou de coalitions différentes ne peuvent être assurées que si la représentation de la sémantique est suffisamment riche et que les ontologies qui décrivent les différentes bases de données sont sémantiquement réconciliées. Pour ce faire, nous avons développé dans cette thèse un nouveau modèle de représentation des concepts, le soit le Concept multi-vues augmenté (Multi-View Augmented Concept - MVAC) dont le rôle est d’enrichir les concepts des ontologies avec leurs différentes contextes, la sémantique de leurs propriétés spatiotemporelles, ainsi que les dépendances entre leurs caractéristiques. An Ensuite, une méthode pour générer les concepts MVAC est développée, laquelle comprend une méthode pour l’extraction des différentes vues d’un concept qui sont valides dans différents contextes, puis une méthode d’augmentation du concept qui extrait les dépendances implicites au moyen d’algorithme de fouille de règles d’association. Ensuite, deux modèles complémentaires furent développés pour résoudre les hétérogénéités sémantiques entre les concepts MVAC. Dans un premier lieu, un modèle graduel de mapping sémantique automatisé, le G-MAP, établit les relations sémantiques qualitatives entre les concepts MVAC au moyen de moteurs de raisonnement basé sur des règles d’inférence qui intègrent de nouveaux critères de matching. Ce modèle se distingue par sa capacité à prendre en compte une représentation plus riche et complexe des concepts. Puis, nous avons développé un nouveau modèle de similarité sémantique, Sim-Net, adapté aux réseaux ad hoc et basé sur le langage de la logique descriptive. La contribution des deux modèles permet une interprétation optimale par l’utilisateur de la signification des relations entre les concepts de différentes bases de données géospatiales, améliorant ainsi l’interopérabilité sémantique. La dernière composante est une approche multi-stratégies de propagation des requêtes dans le réseau ad hoc, où les stratégies, formalisées à l’aide du langage Lightweight Coordination Calculus (LCC) qui supporte les interactions basées sur des normes sociales et des contraintes dans un système distribué, représentent différents moyens employés pour communiquer dans les réseaux sociaux. L’approche de propagation intègre un algorithme d’adaptation en temps réel des stratégies aux changements qui modifient le réseau. L’approche a été implémentée sous forme de prototype utilisant la plateforme Java JXTA qui simule les interactions dynamiques entre des pairs et des groupes de pairs (réseau peer-to-peer). L’utilité, la faisabilité et les avantages de l’approche sont démontrés par un scénario de gestion de désastre naturel. Cette thèse apporte aussi une contribution supplémentaire en développant le nouveau concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ainsi qu’un cadre pour l’évaluation de la qualité de l’interopérabilité sémantique en tant que processus. Ce cadre est utilisé à des fins d’évaluation pour valider l’approche. Ce concept de qualité de l’interopérabilité sémantique ouvre de nombreuses perspectives de recherches futures concernant la qualité des échanges de données dans un réseau et son effet sur la prise de décision. / The recent technological advances regarding the gathering and the sharing of geospatial data have made available important volume of geospatial data to potential users. Geospatial databases often represent the same geographical features but from different perspectives, and therefore, they are semantically heterogeneous. In order to support geospatial data sharing and collaboration between users of geospatial databases to achieve common goals, semantic heterogeneities must be resolved and users must have a shared understanding of the data being exchanged. That is, semantic interoperability of geospatial data must be achieved. At this time, numerous semantic interoperability approaches exist. However, the recent arrival and growing popularity of ad hoc networks has made the semantic interoperability problem more complex. Ad hoc networks of geospatial databases are network that self-organize for punctual needs and that do not rely on any predetermined structure. “Traditional” semantic interoperability approaches that were designed for two sources or for a limited static number of known sources are not suitable for ad hoc networks, which are dynamic and composed of a large number of autonomous sources. Nevertheless, while a semantic interoperability approach designed for ad hoc network should be scalable, it is essential to consider, when describing semantics of data, the particularities, the different contexts and the thematic, spatial and temporal aspects of geospatial data. In this thesis, a new approach for real time semantic interoperability in ad hoc network of geospatial databases that address the requirements posed by both geospatial databases and ad hoc networks is proposed. The main contributions of this approach for real time semantic interoperability are related to the dynamic collaboration among user agents of different geospatial databases, knowledge representation and extraction, automatic semantic mapping and semantic similarity, and query propagation in ad hoc network based on multi-agent theory. The conceptual framework that sets the foundation of the approach is based on principles of communication between agents in social network. Following the conceptual framework, this thesis proposes a new model for representing coalitions of geospatial databases that aim at supporting the collaboration among user agents of different geospatial databases of the network, in a semantic interoperability context. Based on that model, a new approach for discovering relevant sources and coalitions mining based on network analysis techniques is proposed. Operators for the management of events affecting coalitions are defined to manage real times changes occurring in the ad hoc network. Once coalitions are established, data exchanges inside a coalition or between different coalitions are possible only if the representation of semantics of rich enough, and the semantic reconciliation is achieved between ontologies describing the different geospatial databases. To achieve this goal, in this thesis we have defined a new representation model for concepts, the Multi-View Augmented Concept (MVAC). The role of this model is to enrich concepts of ontologies with their various contexts, the semantics of their spatiotemporal properties, and the dependencies between their features. A method to generate MVAC concept was developed. This method includes a method for the extraction of the different views of a concept that correspond to the different contexts, and an augmentation method based on association rule mining to extract dependencies between features. Then, two complementary models to resolve semantic heterogeneity between MVAC concepts were developed. First, a gradual automated semantic mapping model, the G-MAP, discovers qualitative semantic relations between MVAC concepts using rule-based reasoning engines that integrate new matching criteria. The ability of this model to take as input a rich and complex representation of concepts constitutes the contribution of this model with respect to existing ones. Second, we have developed Sim-Net, a Description Logic- based semantic similarity model adapted to ad hoc networks. The combination of both models supports an optimal interpretation by the user of the meaning of relations between concepts of different geospatial databases, improving semantic interoperability. The last component is a multi-strategy query propagation approach for ad hoc network. Strategies are formalized with the Lightweight Coordination Calculus (LCC), which support interactions between agents based on social norms and constraints in a distributed system, and they represent the different strategies employed to communicate in social networks. An algorithm for the real time adaptation of strategies to changes affecting the network is proposed. The approach was implemented with a prototype using the Java JXTA platform that simulates dynamic interaction between peers and groups of peers. The advantages, the usefulness and the feasibility of the approach were demonstrated with a disaster management scenario. An additional contribution is made in this thesis with the development of the new notion of semantic interoperability quality, and a framework to assess semantic interoperability quality. This framework was used to validate the approach. This new concept of semantic interoperability quality opens many new research perspectives with respect to the quality of data exchanges in network and its impact on decision-making.

À mesure que les réseaux de communication sans fil se développent vers la 5G, une énorme quantité de données sera produite et partagée sur la nouvelle plate-forme qui pourra être utilisée pour promouvoir de nouveaux services. Parmis ceux-ci, les informations de localisation des terminaux mobiles (MT) sont remarquablement utiles. Par exemple, les informations de localisation peuvent être utilisées dans différents cas de services d'enquête et d'information, de services communautaires, de suivi personnel, ainsi que de communications sensibles à la localisation. De nos jours, bien que le système de positionnement global (GPS) des MT offre la possibilité de localiser les MT, ses performances sont médiocres dans les zones urbaines où une ligne de vue directe (LoS) aux satellites est bloqué avec de nombreux immeubles de grande hauteur. En outre, le GPS a une consommation d'énergie élevée. Par conséquent, les techniques de localisation utilisant la télémétrie, qui sont basées sur les informations de signal radio reçues des MT tels que le temps d'arrivée (ToA), l'angle d'arrivée (AoA) et la réception de la force du signal (RSS), ne sont pas en mesure de fournir une localisation de précision satisfaisante. Par conséquent, il est particulièrement difficile de fournir des informations de localisation fiables des MT dans des environnements complexes avec diffusion et propagation par trajets multiples. Les méthodes d'apprentissage automatique basées sur les empreintes digitales (FP) sont largement utilisées pour la localisation dans des zones complexes en raison de leur haute fiabilité, rentabilité et précision et elles sont flexibles pour être utilisées dans de nombreux systèmes. Dans les réseaux 5G, en plus d'accueillir plus d'utilisateurs à des débits de données plus élevés avec une meilleure fiabilité tout en consommant moins d'énergie, une localisation de haute précision est également requise. Pour relever un tel défi, des systèmes massifs à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) ont été introduits dans la 5G en tant que technologie puissante et potentielle pour non seulement améliorer l'efficacité spectrale et énergétique à l'aide d'un traitement relativement simple, mais également pour fournir les emplacements précis des MT à l'aide d'un très grand nombre d'antennes associées à des fréquences porteuses élevées. Il existe deux types de MIMO massifs (M-MIMO), soit distribué et colocalisé. Ici, nous visons à utiliser la méthode basée sur les FP dans les systèmes M-MIMO pour fournir un système de localisation précis et fiable dans un réseau sans fil 5G. Nous nous concentrons principalement sur les deux extrêmes du paradigme M-MIMO. Un grand réseau d'antennes colocalisé (c'est-à-dire un MIMO massif colocalisé) et un grand réseau d'antennes géographiquement distribué (c'est-à-dire un MIMO massif distribué). Ensuite, nous ex trayons les caractéristiques du signal et du canal à partir du signal reçu dans les systèmes M-MIMO sous forme d'empreintes digitales et proposons des modèles utilisant les FP basés sur le regroupement et la régression pour estimer l'emplacement des MT. Grâce à cette procédure, nous sommes en mesure d'améliorer les performances de localisation de manière significative et de réduire la complexité de calcul de la méthode basée sur les FP. / As wireless communication networks are growing into 5G, an enormous amount of data will be produced and shared on the new platform, which can be employed in promoting new services. Location information of mobile terminals (MTs) is remarkably useful among them, which can be used in different use cases of inquiry and information services, community services, personal tracking, as well as location-aware communications. Nowadays, although the Global Positioning System (GPS) offers the possibility to localize MTs, it has poor performance in urban areas where a direct line-of-sight (LoS) to the satellites is blocked by many tall buildings. Besides, GPS has a high power consumption. Consequently, the ranging based localization techniques, which are based on radio signal information received from MTs such as time-of-arrival (ToA), angle-of-arrival (AoA), and received signal strength (RSS), are not able to provide satisfactory localization accuracy. Therefore, it is a notably challenging problem to provide precise and reliable location information of MTs in complex environments with rich scattering and multipath propagation. Fingerprinting (FP)-based machine learning methods are widely used for localization in complex areas due to their high reliability, cost-efficiency, and accuracy and they are flexible to be used in many systems. In 5G networks, besides accommodating more users at higher data rates with better reliability while consuming less power, high accuracy localization is also required in 5G networks. To meet such a challenge, massive multiple-input multiple-output (MIMO) systems have been introduced in 5G as a powerful and potential technology to not only improve spectral and energy efficiency using relatively simple processing but also provide an accurate locations of MTs using a very large number of antennas combined with high carrier frequencies. There are two types of massive MIMO (M-MIMO), distributed and collocated. Here, we aim to use the FP-based method in M-MIMO systems to provide an accurate and reliable localization system in a 5G wireless network. We mainly focus on the two extremes of the M-MIMO paradigm. A large collocated antenna array (i.e., collocated M-MIMO ) and a large geographically distributed antenna array (i.e., distributed M-MIMO). Then, we extract signal and channel features from the received signal in M-MIMO systems as fingerprints and propose FP-based models using clustering and regression to estimate MT's location. Through this procedure, we are able to improve localization performance significantly and reduce the computational complexity of the FP-based method.

L'utilisation du territoire est régie par différents mécanismes que nous pourrions nommer géorèglementations comme par exemples les plans d'urbanisme, les permis de construire ou le zonage. La géorèglementation, en anglais, on parle de Land-use Regulation (LuR), permet d'imposer ou d'influencer l'utilisation d'un territoire dans le but d'atteindre des objectifs de politique publique. Qu'on le veule ou pas, la géorèglementation est nécessaire car elle permet de consolider une saine gestion des ressources, elle aide à la conservation et au développement du territoire, elle fournit un cadre législatif important pour assurer la sécurité et le bon fonctionnement pour l'accès et l'utilisation harmonieuse du territoire. La géorèglementation s'applique donc sur un territoire, où les composantes spatiales, comme la géométrie des éléments, sont primordiales. Il faudra par exemple tenir compte des marges de recul (donc distance) lors de la construction d'une maison, d'une superficie maximale de construction, etc. Ces composantes spatiales du territoire et son occupation peuvent également faire intervenir la 3e dimension comme la profondeur, la hauteur ou encore le volume. La pratique et la littérature montrent que la géorèglementation est actuellement principalement décrite dans des documents de planification et des lignes directrices, dont certains peuvent inclure une représentation spatiale en 2D (i.e. des cartes). On retrouve parfois de coupes transversales en 2D pour représenter l'étendue 2D/3D des LuRs. Cette manière de travailler à partir de document manuscrit et de plans 2D présente des lacunes importantes. Elle limite la possibilité d'avoir une compréhension complète et adéquate de l'étendue 3D des LuRs et donc dans la prise de décision, comme par exemple, la détection de conflits potentiels dans la délivrance de permis de construire ou d'aménagement. De plus, l'application et donc la validation de ces géorèglementations à partir de documents descriptifs prend du temps et laisse place à la subjectivité, ce qui peut conduire à de mauvaises décisions. Les autorités en matière de planification territoriale devraient avoir accès à toutes les informations et à toutes les représentations spatiales requises pour évaluer les LuRs et détecter les conflits potentiels. Force est de constater, que ce n'est pas le cas actuellement, et que même si des modèles 3D de bâtiments (BIM) ou de ville (CityGML) ont vu le jour, ils ne sont pas intégrés dans ces processus de géorèglementation. Cette recherche doctorale est dédiée à la conception et au développement d'un cadre de référence pour la modélisation géométrique 3D des LuRs, leur intégration dans le contexte des modèles de ville 3D et la détection automatique des conflits spatio-sémantiques potentiels lors de la validation des LuRs. Ce cadre de référence vise donc à soutenir les autorités en matière d'application de géorèglementations. La recherche se décline en cinq sous-objectifs soit 1) proposer un inventaire des différents LuRs 3D en précisant leurs composantes 3D/verticales, 2) proposer une classification fonctionnelle basée sur l'ampleur des conflits potentiels des LuRs 3D pour soutenir la prise de décision des autorités, 3) modéliser les LuRs en 3D puis les combiner avec d'autres sources d'information (ex. BIM, CityGML et cartes de zonage), 4) détecter les conflits spatiaux et sémantiques potentiels qui pourraient survenir entre les LuRs modélisés et les objets physiques comme les éléments de construction et, 5) concevoir et développer une preuve de faisabilité. Parmi plus de 100 de géorèglementations 2D/3D passés en revue, 18 de géorèglementations 3D sont inventoriées et discutées en profondeur. Par la suite, pour chacune de ces géorèglementations, les informations et paramètres requis pour leur modélisation 3D automatique sont établis. L'approche proposée permet l'intégration de la modélisation 3D de ces géorèglementations à des modèles de villes et de bâtiments 3D (par exemple, BIM, CityGML et le zonage). Enfin, la thèse fournie un cadre procédurale pour vérifier automatiquement si les géorèglementations 3D viennent en conflit avec des éléments de bâtis planifiés. La preuve de faisabilité est un prototype Web basée sur une étude de cas axée sur le processus d'émission de permis de construire d'un bâtiment situé dans la ville de Melbourne, Victoria, Australie. Les géorèglementations 3D suivantes ont été modélisées et vérifiées : 1) limites de construction en hauteur, 2) exposition au soleil pour estimer l'efficacité énergétique du bâtiment, 3) limite des zones d'ombrage, 4) limites de l'impact sonore, 5) zonage de vue, 6) marges latérales et arrières, 7) marges de rue (côtés et frontaux), et 8) limites d'inondation. / The use and developments of land are regulated by utilising different mechanisms called Land-use Regulation (LuR) in various forms such as planning activities, zoning codes, permit requirements, or subdivision controls of cities. LuR makes it possible to impose or influence the use and development of land in order to achieve public policy objectives. Indeed, LuR is essential since it allows the appropriate reinforcement of resource management, contributes to the land protection and development, and provides a tangible legal framework to ensure safety and proper functioning for the harmonious access and use of land. LuRs applies to land, where the spatial components, such as the geometry of the elements, are essential. For example, setback and height limits (i.e., the distance) or different floors' gross area should be considered when owners/developers propose a new construction on their property. These spatial components of the land, its occupied elements (e.g., building elements), or LuR itself can comprise the third dimension (i.e., depth, height, or even volume). Literature and related works show that LuR is currently mainly described in planning documents and guidelines, some of which may include 2D spatial representation (i.e., maps) or 2D cross-sections to represent the LuRs' 2D/3D extent. This method (i.e., working on textual documents and 2D plans) has significant shortcomings in understanding the LuRs' 3D extent and in decision-making (e.g., detecting potential conflicts in issuing planning/building permits). Moreover, checking LuRs' descriptions inside the textual documents is time-consuming, and subjective which might lead to erroneous decisions. Planning authorities need to have access to all information and the spatial representation that is required to assess LuRs and detect their potential conflicts. Clearly, it is generally lacking and even if 3D models of buildings (e.g., BIM designs) or cities (e.g., CityGML) have emerged, they do not incorporate the concept of LuRs. This Ph.D. research follows qualitative engineering type of method that generally aims to propose a conceptual framework for modelling 3D LuRs geometrically as part of 3D city models and formalising geometric and semantic requirements for detecting LuRs' potential conflicts automatically to support planning authorities in the statuary planning phase. To achieve the general objective, five specific objectives are defined as: 1) to formulate an inventory of various 3D LuRs specifying their 3D/vertical components, 2) to propose a functional classification based on the magnitude of 3D LuRs' potential conflicts for supporting planning authorities' decision-making goals, 3) to model LuRs in 3D and then combine them with other sources of information (e.g., BIM, city models, and zoning maps), 4) to automate the detection of potential spatio-semantic conflicts that might arise between the modelled LuRs and physical objects like building elements, and 5) to design and develop proof of feasibility for modelling and verifying 3D LuRs automatically. Among more than one hundred 2D/3D reviewed LuRs, eighteen 3D LuRs are inventoried and discussed thoroughly. For each of these LuRs, the research work identifies and proposes the required information (as level of information need) by considering both geometries and semantics to combine modelled LuRs with other sources of information (e.g., BIM, CityGML, and planning maps). Finally, the thesis proposes the level of information need considering requirements to verify 3D LuRs automatically for detecting potential conflicts using analytical rules (e.g., clash detection). The proof of feasibility is a web-based prototype based on a case study located in the City of Melbourne (where planning activities are under the control of authorities in the state of Victoria, Australia) focusing on the planning permit process. The following 3D LuRs were modelled and verified: 1) building height limits, 2) energy efficiency protection, 3) overshadowing open space, 4) noise impacts, 5) overlooking, 6) side and rear setbacks, 7) street setbacks (side and front), and 8) flooding limits.

"Plusieurs efforts importants ont été faits pour élaborer un « système de communication », c'est à dire un ensemble complet et cohérent de messages, à des fins d'interopérabilité. C'est l'objectif visé par HL7 v3 qui consiste pragmatiquement à construire un ensemble de messages articulés autour d'un modèle de données de haut niveau. C'est aussi le cas du travai du comité TC 215 de 1TSO l qui aélaboré un projet de norme portant sur « Informatique de la santé — Système de concepts en appui de la continuité des soins — : Concepts fondamentaux » en 2008 que nous dénommoms norme ou système de concepts ISO TC 215 (2008). La norme ISO TC 215 (2008) vise à standardiser la terminologie des concepts du domaine de la santé et faciliter l'interopérabilité des systèmes d'information de santé. Ce système de concepts a été formalisé suivant une approche de modélisation orienté concepts à l'aide du formalisme UML. Par ailleurs, depuis l'an 2000, le Ministère de la Santé et des Services Sociaux (MSSS) du Québec a entrepris le développement de l'architecture d'information (AI) de l'ensemble du réseau de la santé et des services sociaux (RSSS) sous l'égide d'une équipe de spécialistes en SIO du Centre de Recherche et de Transfert en Architecture d'Entreprise (CeRTAE) de l'Université Laval. L'AI du MSSS, modélisée avec le formalisme entité/association, vise une meilleure gestion des ressources informationnelles du réseau de la santé et des services sociaux de la province et cherche à garantir l'interopérabilité sémantique des différents systèmes du réseau pour faciliter l'accès à l'information et la prise de décision par les acteurs du réseau. Si l'Ai du MSSS a bien évolué, sans toutefois développer de nouveaux messages, mais cependant a pu servir de base pour répondre à la demande de validation de messages HL7 v3, le travail sur la norme ISO TC 215 (2008) a du mal à déboucher sur un cadre concret d'interopérabilité sous forme d'un système de communication électronique comme le montre le récent arrêt du travail dans ce projet de norme. Chacune de ces 2 tentatives de contribuer à la réalisation d'un système de communication au plan sémantique n'a pas totalement abouti dans sa démarche ; l'une a le potentiel d'établir la liste des messages sans avoir réussi à en établir concrètement le contenu alors que l'autre a réussi à organiser l'ensemble des contenus d'une manière cohérente sans déterminer les messages. Cette constatation est à l'origine de ce travail de recherche, En combinant ces deux approches qui ont le mérite d'être fondées con-ceptuellement, est-il possible de produire un système de communication garantissant l'interopérabilité ? Pour mener notre recherche, l'étude du cas de la santé a été entreprise puisque nous avions la chance de diposer du résultat de l'application de chacune des deux approches avec un terrain commun et un objectif commun. Le problème d'opérationnalisation d'un système de concepts est un problème qui comporte des aspects structurés et non structurés. Pour résoudre ce problème nous avons développé une démarche heuristique. Pour conduire ce travail, nous nous sommes inspirés des étapes de la recherche-action et de la méthodologie des systèmes souples de Checkland. L'unité d'analyse abordée concrètement est le système d'information du MSSS du Québec. Ce travail a permis de formaliser une heuristique pour opérationnaliser un système de concepts au moyen d'une architectue d'information sur la base de l'intégration des deux approches. Mais nous en soulignons les limites en mentionnant que pour établir un tel système de communication il ne suffit pas de considérer seulement le plan sémantique, il faut aussi prendre en compte le plan organisationnel. Cette recherche contribue à faire avancer les connaissances dans le domaine de la pratique de l'architecture d'entreprise.Ce travail démontre l'importance d'une architecture d'information pour asseoir l'interopérabilité d'ordre sémantique des systèmes information de santé et de la combiner avec une approche conceptuelle pour mettre en place un système de communication électronique à base de messages. En termes d'implications managériales, les résultats de cette recherche pourraient servir de guide lors d'un projet d'opérationnalisation d'un système de concepts. 1. ISO : International Standard Organisation

La visualisation géographique de l'information est un aspect important du SOLAP. Elle est le troisième élément clé pour supporter une analyse facile, rapide et intuitive des données prônée par l'approche SOLAP. Cependant, à ce jour, aucune étude ne s'est intéressée spécifiquement à cet aspect du SOLAP et les stratégies de visualisation utilisées traditionnellement dans les SIG ne conviennent pas à l'approche interactive et multidimensionnelle. Ce mémoire présente une recherche exploratoire proposant premièrement de placer la visualisation géographique au coeur de la relation entre l'utilisateur et la base de données. Cette stratégie fait ressurgir plusieurs besoins et possibilités explorées au cours de ce mémoire. Le respect de la flexibilité d'analyse SOLAP, les divers types de visualisation nécessaires pour rendre les différents types de requêtes, puis les manipulations graphiques qui peuvent s'opérer dans un environnement SOLAP font l'objet de propositions. Deuxièmement, ce mémoire propose une méthode permettant une relation directe entre les données et leur visualisation, sans l'intermédiaire de l'utilisateur. La solution théorique résultante respecte la philosophie d'exploration interactive prônée par l'approche SOLAP. Elle suggère l'intégration de l'expertise en visualisation géographique à l'intérieur même de la technologie SOLAP par l'ajout de métadonnées et d'une base de connaissances sémiologiques. Ce premier pas vers une amélioration du processus de visualisation avec SOLAP ouvre la porte à plusieurs recherches ultérieures.

La disponibilité accrue de l’information géospatiale est, de nos jours, une réalité que plusieurs organisations, et même le grand public, tentent de rentabiliser; la possibilité de réutilisation des jeux de données est désormais une alternative envisageable par les organisations compte tenu des économies de coûts qui en résulteraient. La qualité de données de ces jeux de données peut être variable et discutable selon le contexte d’utilisation. L’enjeu d’inadéquation à l’utilisation de ces données devient d’autant plus important lorsqu’il y a disparité entre les nombreuses expertises des utilisateurs finaux de la donnée géospatiale. La gestion des risques d’usages inappropriés de l’information géospatiale a fait l’objet de plusieurs recherches au cours des quinze dernières années. Dans ce contexte, plusieurs approches ont été proposées pour traiter ces risques : parmi ces approches, certaines sont préventives et d’autres sont plutôt palliatives et gèrent le risque après l'occurrence de ses conséquences; néanmoins, ces approches sont souvent basées sur des initiatives ad-hoc non systémiques. Ainsi, pendant le processus de conception de la base de données géospatiale, l’analyse de risque n’est pas toujours effectuée conformément aux principes d’ingénierie des exigences (Requirements Engineering) ni aux orientations et recommandations des normes et standards ISO. Dans cette thèse, nous émettons l'hypothèse qu’il est possible de définir une nouvelle approche préventive pour l’identification et l’analyse des risques liés à des usages inappropriés de la donnée géospatiale. Nous pensons que l’expertise et la connaissance détenues par les experts (i.e. experts en geoTI), ainsi que par les utilisateurs professionnels de la donnée géospatiale dans le cadre institutionnel de leurs fonctions (i.e. experts du domaine d'application), constituent un élément clé dans l’évaluation des risques liés aux usages inadéquats de ladite donnée, d’où l’importance d’enrichir cette connaissance. Ainsi, nous passons en revue le processus de conception des bases de données géospatiales et proposons une approche collaborative d’analyse des exigences axée sur l’utilisateur. Dans le cadre de cette approche, l’utilisateur expert et professionnel est impliqué dans un processus collaboratif favorisant l’identification a priori des cas d’usages inappropriés. Ensuite, en passant en revue la recherche en analyse de risques, nous proposons une intégration systémique du processus d’analyse de risque au processus de la conception de bases de données géospatiales et ce, via la technique Delphi. Finalement, toujours dans le cadre d’une approche collaborative, un référentiel ontologique de risque est proposé pour enrichir les connaissances sur les risques et pour diffuser cette connaissance aux concepteurs et utilisateurs finaux. L’approche est implantée sous une plateforme web pour mettre en œuvre les concepts et montrer sa faisabilité. / Nowadays, the increased availability of geospatial information is a reality that many organizations, and even the general public, are trying to transform to a financial benefit. The reusability of datasets is now a viable alternative that may help organizations to achieve cost savings. The quality of these datasets may vary depending on the usage context. The issue of geospatial data misuse becomes even more important because of the disparity between the different expertises of the geospatial data end-users. Managing the risks of geospatial data misuse has been the subject of several studies over the past fifteen years. In this context, several approaches have been proposed to address these risks, namely preventive approaches and palliative approaches. However, these approaches are often based on ad-hoc initiatives. Thus, during the design process of the geospatial database, risk analysis is not always carried out in accordance neither with the principles/guidelines of requirements engineering nor with the recommendations of ISO standards. In this thesis, we suppose that it is possible to define a preventive approach for the identification and analysis of risks associated to inappropriate use of geospatial data. We believe that the expertise and knowledge held by experts and users of geospatial data are key elements for the assessment of risks of geospatial data misuse of this data. Hence, it becomes important to enrich that knowledge. Thus, we review the geospatial data design process and propose a collaborative and user-centric approach for requirements analysis. Under this approach, the user is involved in a collaborative process that helps provide an a priori identification of inappropriate use of the underlying data. Then, by reviewing research in the domain of risk analysis, we propose to systematically integrate risk analysis – using the Delphi technique – through the design of geospatial databases. Finally, still in the context of a collaborative approach, an ontological risk repository is proposed to enrich the knowledge about the risks of data misuse and to disseminate this knowledge to the design team, developers and end-users. The approach is then implemented using a web platform in order to demonstrate its feasibility and to get the concepts working within a concrete prototype.

Le projet IMAGE vise à offrir des outils aux utilisateurs pour augmenter et accélérer la compréhension de situations complexes. En utilisant des technologies de pointe et des concepts de réalité virtuelle, un environnement virtuel immersif a été développé. Ce mémoire présente la deuxième version du projet IMAGE et se concentre sur les aspects visuels et immersifs de l'environnement. Les outils de visualisation et de manipulation sont conçus dans le but d'offrir de nouvelles possibilités dans l'analyse de situations complexes. La première version du projet (IMAGE VI) est tout d'abord présentée. Par la suite, une revue des différents concepts utilisés dans le projet est effectuée. Après une présentation du module Exploration, principale plateforme développée dans le cadre d'IMAGE V2, la problématique de la représentation des simulations dans un environnement immersif est abordée. La solution proposée, nommée arbre multichronique, est une manière de visualiser de l'information dans un espace virtuel et sera ensuite expliquée en détails. Finalement, une évaluation du système ainsi qu'une discussion sur le développement du projet complètent le mémoire.

En raison de la nature dynamique et volumétrique de l'écosystème marin pélagique, sa modélisation spatiale constitue un défi important. La représentation conventionnelle des phénomènes de ce milieu s’effectue par des coupes statiques verticales ou horizontales dans un environnement bidimensionnel (2D). Cependant, comme le démontre ce mémoire, l'étude de l'écosystème marin peut être grandement améliorée grâce à la modélisation spatiale tridimensionnelle (3D). L’apport principal de cette étude est d’avoir démontré le potentiel et la pertinence de la modélisation spatiale 3D pour l’environnement pélagique marin. Cette étude confirme que les outils émergents de visualisation scientifique dans le domaine de la modélisation géologique peuvent servir à améliorer l’étude de cet écosystème. Elle permet également de combler une lacune importante identifiée dans la littérature scientifique en examinant la performance des méthodes d’interpolation spatiale 3D. L’interpolation spatiale est une étape essentielle de la modélisation spatiale 3D des phénomènes continus (p.ex. salinité, température, etc.), mais aucune étude n’avait encore évalué son efficacité pour l’environnement pélagique marin. Il s’agit donc d’un pas important vers le développement d’un système d’information géographique (SIG) marin 3D complet. Les avantages de migrer vers une modélisation spatiale 3D sont discutés dans le contexte de la campagne océanographique ArcticNet-Malina, réalisée dans la mer de Beaufort (Arctique canadien) en 2009. Des représentations spatiales 3D basées sur une stratégie d’interpolation 3D robuste et optimale de cinq variables pélagiques marines (température, concentration en chlorophylle a, coefficient d’atténuation particulaire, distribution des eaux de l'halocline supérieure et flux vertical de carbone organique particulaire) sont présentées et leurs valeurs écologiques sont discutées. / Spatial modeling of the marine pelagic ecosystem is challenging due to its dynamic and volumetric nature. Consequently, conventional oceanographic spatial analysis of this environment is in a 2D environment, limited to static cutting planes in horizontal and vertical sections to present various phenomena. However, the study of the marine pelagic ecosystem can benefit from 3D spatial modeling. The main contribution of this study is to show that recent advances in 3D spatial modeling tools developed primarily for geological modeling can be exploited to extend the usual interpretation of marine pelagic phenomena from a 2D to a 3D environment. This study also fills a major gap identified in the literature by examining the performance of 3D spatial interpolation methods. Such interpolation is an essential step in 3D spatial modeling of continuous phenomena (eg, salinity, temperature, etc.), but no study has yet evaluated its performance for the marine pelagic environment. Accordingly, this study constitutes an important step towards the development of a complete 3D marine GIS. The benefits of migrating to a 3D spatial modeling of the marine environment are discussed in the context of the oceanographic campaign ArcticNet-Malina, conducted in the Beaufort Sea (Canadian Arctic) in 2009. 3D spatial representations based on a robust and optimal 3D interpolation strategy for five pelagic variables (temperature, chlorophyll a, particulate attenuation coefficient, distribution of upper halocline water mass and vertical flux of particulate organic carbon) of the ArcticNet-Malina campaign are presented and their ecological values are discussed.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de recherche sur les maladies vectorielles de Lyme et Virus du Nil au sein de l'Agence de Santé Publique du Canada (ASPC) ayant pour finalité d'évaluer et de cartographier les risques sanitaires associés à ces maladies infectieuses liées au climat aux échelles municipales, provinciales et fédérale. Dans ce contexte, cette recherche vise à démontrer la faisabilité, la pertinence et les enjeux de recourir aux méthodes de réduction d'échelle pour obtenir à une haute résolution spatio-temporelle (100/30 m et 1 jour) avec au plus des marges d'erreur de 2 unités, des déterminants climatiques et microclimatiques (DCMC) en milieu hétérogène du Canada. Un cadre méthodologique d'application des méthodes de réduction d'échelle, Random Forest Regression (RFR), Thermal sharpening (TsHARP), Pixel block intensity modulation (PBIM), a été proposé pour estimer la température de surface (LST) de MODIS 1000 m à 100/30 m. Des expérimentations basées sur cette approche ont été effectuées sur trois sites au Québec à différentes époques. Les résultats, spatialement représentatifs, ont été validés avec les températures de l'air et celles prises par de Landsat 08 avec des marges d'erreur autour de 2°C. L'analyse des résultats démontre la capacité effective des méthodes de réduction d'échelle à discriminer la LST dans l'espace. Toutefois, dans le contexte du projet de l'ASPC, ces résultats sont non concluants à 100/30 m en l'absence d'une plus-value significative au plan spatial de LST. Cette analyse a conduit à discuter des enjeux temporels, spatiaux, méthodologiques et de gestion de gros volumes de données en lien avec la réduction d'échelle dans le contexte du projet. / This research is part of the Public Health Agency of Canada's (PHAC) research on Lyme and West Nile Virus vector-borne diseases, which aims to assess and map the health risks associated with these climate-related infectious diseases at the municipal, provincial and federal levels. In this context, this research aims to demonstrate the feasibility, relevance and challenges of using downscaling methods to obtain high spatial and temporal resolution (100/30 m and 1 day), with margins of error of no more than 2 units, of climatic and microclimatic determinants (CMDs) in a heterogeneous Canadian environment. A methodological framework for the application of downscaling methods, Random Forest Regression (RFR), Thermal sharpening (TsHARP), Pixel block intensity modulation (PBIM), has been proposed to estimate the surface temperature (LST) from MODIS 1000 m to 100/30 m. Experiments with our approach were carried out at three sites in Quebec at different times. The spatially representative results were validated with air and Landsat 08 temperatures with error margins around 2°C. The analysis of our results demonstrates the effective capacity of downscaling methods to discriminate LST in space. However, in the context of the ASPC project, these results are inconclusive at 100/30 m in the absence of a significant, expected increase in the spatial accuracy of LST. This analysis led to a discussion of the temporal, spatial, methodological and large data volume management issues related to downscaling in the context of the project.

La recherche présentée dans cet ouvrage vise à concevoir un modèle de SIG adapté à la dynamique et aux dimensions collaboratives formelles du processus de design urbain délibératif. Le prototype développé vise également à saisir les représentations spatiales créées et échangées au cours du processus, mais aussi à proposer une représentation cartographique de la dynamique du processus. La conception et le développement du SIG est basé sur deux séries d’observations réalisées dans le cadre de deux ateliers de design urbain offerts par la Faculté d’architecture de l’Université Laval durant les sessions d’hiver et d’automne 2005. Nous présentons dans un premier temps les éléments du problème. Nous précisons ensuite la démarche méthodologique de recherche engagée de manière à situer la réflexion présentée. Plus loin nous décrivons les procédures de recherche. Nous présentons enfin les principaux résultats de cette recherche. / The intention of the research presented in this work is to develop a GIS model adapted to the dynamics and to the formal collaborative dimensions of the deliberative urban design process. The prototype developed is also meant to include the spatial representations that are created and exchanged during the process, and to propose a cartographic representation of the dynamics of this process. The conception and development of the GIS is based on two series of observations carried out during two urban design workshops that were held in the autumn and winter semesters 2005 at the Faculty of Architecture of Laval University. First of all, we introduce the main features of the problem. Then, we describe the research process in order to situate the thinking presented here. Following this we describe the research procedures. Finally, we provide the main results of this research.