Le scanner LiDAR est une technologie de plus en plus populaire auprès des ingénieurs, arpenteurs-géomètres, architectes et autres professionnels qui ont recours à la modélisation 3D dans le cadre de leur travail. L'intégration de ce capteur à un système de navigation (IMU + GNSS) permet de former un Système LiDAR Mobile (SLM). Les SLM ont été initialement développés pour des véhicules aéroportés, mais ont été plus récemment adaptés aux véhicules terrestres. Toutes les observations du SLM sont combinées pour former un nuage de points par géoréférencement direct. De manière à limiter la propagation des erreurs systématiques dues à l'assemblage de ces capteurs, un calibrage du système est nécessaire. Le calibrage d'un SLM implique la détermination des bras de levier et des angles de visée qui correspondent sommairement à la distance et à l'orientation entre le LiDAR et l'IMU. Le fabricant fournit habituellement des valeurs pour ces éléments, mais il est nécessaire de peaufiner ces valeurs qui sont propres à chaque système. Étant donné qu'il est impossible de déterminer précisément les angles de visée avec des mesures manuelles, les observations sur le terrain sont utilisées afin de les estimer (calibrage in situ). Un problème avec le calibrage in situ est que les observations GNSS introduisent des erreurs de plusieurs centimètres dans la solution, ce qui nuit au calibrage. Pour éliminer le recours aux observations GNSS, des méthodes alternatives de calibrage s'imposent. Le but de ce travail de recherche est d'instaurer une procédure de cueillette et de traitement des données acquises par un SLM en laboratoire de façon à développer une méthode de calibrage libre d'erreurs de positionnement GNSS. Cette méthode de calibrage doit permettre d'estimer les angles de visée et les bras de levier d'un SLM à partir des instruments et des infrastructures présentes au laboratoire de métrologie de l’Université Laval. / The LiDAR scanner is an increasingly popular technology for engineers, land surveyors, architects and other professionals who use 3D modeling as part of their work. The integration of this sensor with a navigation system (IMU + GNSS) makes it possible to form a Mobile LiDAR System (MLS). MLSs were originally developed for airborne vehicles, but were more recently adapted to land vehicles. All MLS observations are combined to form a point cloud by direct georeferencing. In order to limit the propagation of systematic errors due to the assembly of these sensors, it is necessary to properly calibrate the system. The calibration of an MLS involves the determination of the lever arms and boresight angles that correspond to the distance and orientation between the LiDAR and the IMU. The manufacturer usually provides values for these elements, but it is necessary to fine-tune these values that are unique to each system. Since it is impossible to accurately determine boresight angles with manual measurements, field observations are used to estimate them (in situ calibration). A problem with in situ calibration is that GNSS observations introduce errors of several centimeters into the solution, which is harmful for a proper calibration. In order to eliminate the need for GNSS observations, alternative methods of calibration are required. The aim of this research is to set up a procedure for the collection and processing of data acquired by an MLS in a laboratory in order to develop a calibration method free of GNSS positioning errors. This calibration method should allow estimation of the boresight angles and the lever arms of an MLS with the instruments and infrastructures inside the metrology laboratory of Laval University.

L'extraction d'éléments curvilignes d’images de télédétection, surtout proches de la limite de résolution ou lorsqu'elles sont bruitées, représente toujours un défi important pour les algorithmes informatiques, alors que pour les interprètes humains c'est une tâche immédiate. Dans ce travail une méthode novatrice est présentée pour guider l'extraction d’éléments curvilignes (routes, cours d'eau, etc) d’images de télédétection. Cette méthode a pour but de mettre à jour les systèmes d'informations géographiques (SIG) grâce à un modèle inédit (ELECA) qui comporte trois parties. Le modèle ELECA tire avantage de deux idées principales. Les données utilisées ne sont pas seulement les images de télédétection mais également les données des SIG qui ne sont pas nécessairement à jour. Le modèle s’appuie également sur des progrès récents des sciences psycho-cognitives en imitant partiellement le mouvement des yeux durant une recherche visuelle. Ainsi les trois parties du modèle ELECA sont (1) une méthode de recherche de l’information locale qui utilise un oeil virtuel pour ne se focaliser qu’aux lieux d’information probable, évitant ainsi un traitement global de l’image ; (2) une méthode simple et rapide d’extraction de l’information locale par une adaptation astucieuse d’une analyse en composantes connexes ; et (3) une méthode originale de fusion des informations locales qui s’appuie sur des travaux de reconstruction de l’espace global par raisonnement spatial qualitatif. Le modèle ELECA évite de cette manière certains pièges dans lesquels tombent souvent les méthodes courantes/classiques. En particulier, la technique proposée peut être mise en oeuvre pour des images partiellement masquées ou de basse résolution pour lesquelles seulement des interprètes humains peuvent traiter l'image présentement. La méthode a été aussi élaborée pour être rapide et efficace afin de pouvoir réaliser des mises à jour de SIG très rapides lorsque nécessaire. La dernière partie de ce travail est consacrée à l’élaboration d’une solution informatique supportant le modèle ELECA. Une architecture logicielle souple et adaptative est mise en avant, permettant l’intégration de développements ultérieurs pour le modèle. Enfin un volet algorithmique montre concrètement que les solutions du modèle ELECA sont implantables en termes informatiques. / The extraction of curvilinear elements from remote sensing images, especially when noisy or near the limit of resolution constitutes a significant challenge for data-processing algorithms. In this work a method is presented for linear feature extraction in remote sensing (RS) images. An original model (ELECA) is introduced allowing out of date geographical information system (GIS) data to be updated though the use of a visual search method that mimics human eye movements. The ELECA model is composed of three parts : (1) a visual search module using virtual gaze to avoid processing the entire image ; (2) a simple and fast method for local information extraction by a clever adaptation of connected-component labeling ; and (3) an original method for the fusion of local information to construct a global representation at the scale of the image based on qualitative spatial reasoning techniques. The ELECA model avoids several problems characteristic of current methods. In particular, the proposed technique can be applied to low resolution or partially occluded images for which currently only human interpreters can successfully process the image. The technique is also designed to be very fast and efficient when a quick GIS update is needed. The last part of this project is devoted to the design of software which supports the ELECA model. The proposed software architecture is adaptive and allows the integration of future model developments. Finally it is shown how the ELECA model could be implemented. / La extracción de elementos curvilíneos de las imágenes de teledetección, sobre todo en proximidad del límite de resolución o en presencia de ruido, representa siempre un reto importante para los algoritmos informáticos, mientras que para los intérpretes humanos es una tarea inmediata. Este trabajo presenta un método nuevo para guiar la extracción de elementos curvilíneos (carreteras, ríos, etc.) de imágenes de teledetección. El objetivo del método consiste en actualizar un sistema de información geográfica (SIG) gracias a un modelo inédito (ELECA) constituído de tres partes. El modelo ELECA desarrolla dos ideas principales. El modelo puede utilizar las imágenes de teledetección y los datos del SIG que están desactualizados. El modelo se basa asimismo en resultados recientes de la investigación en ciencias psico-cognitivas, dado que imita parcialmente el movimiento de los ojos durante una búsqueda visual. Las tres partes del modelo ELECA son: (1) un método de búsqueda de la información local que utiliza un ojo virtual par focalizarse únicamente donde se encuentra la información probable, evitando un tratamiento global de la imagen; (2) un método simple y rápido de extracción de la información local, que utiliza una adaptación astuciosa de un análisis en componentes conexos; y (3) un método original de fusión de informaciones locales que se apoya sobre trabajos de reconstrucción del espacio global por razonamiento espacial cualitativo. El modelo ELECA evita así algunas trampas en las que caen a menudo los métodos clásicos. En particular, la técnica propuesta puede ser utilizada para imágenes parcialmente enmascaradas o de baja resolución, que sólo pueden ser tratadas actualmente por intérpretes humanos. El método ha sido elaborado para ser eficiente en la actualización rápida de un SIG si es necesario. La última parte de este trabajo presenta una solución informática elaborada para soportar el modelo ELECA. Una arquitectura de programa flexible y adaptable es presentada, permitiendo la integración de desarrollos ulteriores del modelo. Finalmente, un aspecto algorítmico muestra concretamente que las soluciones del modelo ELECA. se pueden implantar en términos informáticos.

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).

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.

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.

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.

Les responsables de la gestion des déchets ménagers et les décideurs doivent aujourd'hui tenter de mettre en place un service qui réponde qualitativement aux attentes des usagers et qui respecte les normes législatives et réglementaires. Les évolutions de la gestion des déchets entraînent inévitablement un besoin en informations. Cet objectif n'est pas évident à atteindre car il implique indubitablement la nécessité pour les collectivités locales d'informations préalables. Quelles sont ces informations ? De quelles natures sont-elles ? D'où proviennent-elles ? Comment les obtenir ?Cette recherche porte sur l'identification des informations indispensables ou simplement pertinentes pour une optimisation des schémas de gestion des déchets ménagers, et sur les moyens à mettre en œuvre pour obtenir ces informations. L'objectif est de présenter des indicateurs de performances à référence spatiale sur ces territoires afin de mieux cerner puis optimiser leur gestion des déchets ménagers.

Dans les hautes vallées alpines, on observe des conflits d'intérêts entre l'économie du ski et les objectifs de préservation de la biodiversité dans le cadre du changement climatique global. Les enjeux sont importants et la concertation en matière d'aménagement devient très difficile Nous avons cherché à développer une méthodologie et un instrument d'aide à la concertation par heuristique visuelle. L'expérimentation de cet instrument est conduite sur le territoire de la Savoie et de la Haute Savoie. Cette thèse se développe en trois temps. Le premier temps définit le contexte général du changement climatique d'un point de vue global. Nous établissons ensuite un changement d'échelle pour nous rapprocher de l'échelon local. Il s'agit d'identifier les mécanismes d'émergence des conflits d'intérêts en fonction des enjeux simultanés économie du ski/préservation de la biodiversité. Le second temps développe une méthodologie pour aider la concertation autour de ce type de conflits par simulation interactive. C'est l'approche par heuristique visuelle. Nous montrons comment, une base de données doit être conçue, pour permettre la mise en œuvre de ce concept. Nous définissons également les types d'outils qui doivent être utilisés ainsi que leurs agencements pour la construction de l'environnement de simulation. Cette partie propose également une stratégie particulière d'amélioration de l'information continue quand il apparaît un besoin d'interpolation sur un faible jeu de données. Enfin, le dernier temps développe l'expérimentation sur notre terrain d'étude.