La prévention du risque volcanique est un enjeu majeur, notamment pour l'Etna, dont les éruptions fréquentes menacent la province de Catane. Sont exposés les éléments physiques nécessaires à la compréhension des mécanismes intervenant dans un écoulement de lave basaltique. Un système d'information intégrant les principaux aspects du risque volcanique et permettant la création de cartes de risques est alors proposé. Ce système comprend un modèle, basé sur les automates cellulaires et intégrant le traitement d'images satellitaires. Il permet de simuler l'évolution d'une coulée ainsi que son débit. Ce système est alors intégré dans un Système d'Information Géographique. Il est validé sur les éruptions 2001, 2006 et 2007. Enfin, nous développons, pour l'enrichir, un modèle numérique pour le refroidissement d'une coulée de lave à l'aide des Smoothed Particle Hydrodynamics. Ce modèle, validé sur différents cas test, est appliqué au refroidissement d'un lac et d'une coulée de lave. Keywords : risque volcanique, automates cellulaires, système de veille, information élaborée, système d'information géographique, Smoothed Particle Hydrodynamics

Depuis l'avènement du numérique, la demande de données par les utilisateurs des systèmes d'information géographique (SIG) ne fait qu'augmenter. Les organismes utilisateurs se retrouvent souvent devant plusieurs sources de données géographiques potentielles et ils doivent alors évaluer la qualité de chaque source en fonction de leurs besoins. Pour ce faire, ces organismes pourraient faire appel à un expert en qualité qui pourrait les aider à déterminer s'il y a adéquation (i.e. qualité externe) entre les données et leurs besoins. Pour utiliser le système MUM, l'expert en qualité doit recueillir de l'information sur les jeux de données. Dans le domaine de la géomatique, cette information se retrouve généralement sous la forme de métadonnées émises par les producteurs de données. Le système MUM, développé par Devillers et al. [2004b], a été conçu initialement en fonction d'une approche bottom-up, où on utilise des métadonnées fines pour extraire des indicateurs globaux de qualité, à l'aide d'opérateurs d'agrégation typiques des outils SOLAP. Il s'agit là d'une solution qui permet de faciliter l'analyse de la qualité, particulièrement dans des contextes de données hétérogènes. Par contre, comme le mentionnent les concepteurs de MUM, le manque de métadonnées fines est un obstacle à l'utilisation du système MUM dans sa forme actuelle. L'objectif de la présente recherche a donc été d'élaborer une méthode de génération des métadonnées dite top-down. Cette méthode permet de générer, lorsque possible, les métadonnées fines (au niveau des occurrences, voire des primitives géométriques) d'un jeu de données à l'aide des métadonnées grossières et des opinions d'experts touchant un ensemble d'occurrences. Cette méthodologie amène l'expert en qualité à utiliser dans certains cas des sources de données différentes. Ceci soulève alors un problème concernant l'hétérogénéité de la fiabilité des sources utilisées pour évaluer la qualité externe. Le concept de métaqualité a été introduit pour répondre à ce problème d'hétérogénéité. Il permet en effet de quantifier le risque lié à l'imperfection de l'information contenue dans les indicateurs de qualité. L'enrichissement du système MUM a donc été réalisé grâce à la conception du modèle E-QIMM (Extented Quality Information Management Model) qui est une extension du modèle QIMM de Devillers [2004] et qui permet d'intégrer la dimension ± Métaqualité ¿ dans le processus d'évaluation de la qualité.

La mobilité des personnes à mobilité réduite (PMR) joue un rôle important dans leur inclusion sociale. Les PMR ont besoin de se déplacer de manière autonome pour effectuer leurs routines quotidiennes comme aller à l'école, au travail, au centre de remise en forme ou faire du magasinage. Cependant, celles-ci ne sont pas entièrement exécutées en raison de la conception non-adaptée des villes pour ces personnes. En effet, la mobilité est une habitude de vie humaine qui est le résultat d'interactions entre les facteurs humains (par exemple, les capacités) et les facteurs environnementaux. Au cours des dernières années, la mise au point de technologies d’aide technique s'est développée progressivement pour permettre aux PMR d’améliorer leur qualité de vie. En particulier, ces technologies offrent une variété de caractéristiques qui permettent à ces personnes de surmonter divers obstacles qui réduisent leur mobilité et contribuent à leur exclusion sociale. Cependant, malgré la disponibilité des technologies d’aide à la navigation et à la mobilité, leur potentiel est mal exploité pour les PMR. En effet, ces technologies ne considèrent pas les interactions « humain-environnement » adéquatement pour ces utilisateurs. L'objectif général de cette thèse est d'utiliser les potentiels des méthodes et des technologies de science de l'information géographique (SIG) afin d’aider à surmonter les problèmes de mobilité des PMR en créant un cadre d'évaluation de l'accessibilité et en développant une approche personnalisée de routage qui prend en compte les profils de ces personnes. Pour atteindre ce but, quatre objectifs spécifiques sont considérés: 1) développer une ontologie de mobilité pour les PMR qui considère les facteurs personnels et environnementaux, 2) proposer une méthode de l’évaluation de l'accessibilité du réseau piétonnier pour la mobilité des PMR en considérant spécifiquement les interactions entre les facteurs humains (la confiance) et les facteurs environnementaux, 3) étudier le rôle des facteurs sociaux dans l'accessibilité des zones urbaines et, finalement, 4) affiner les algorithmes existants pour calculer les itinéraires accessibles personnalisés pour les PMR en considérant leurs profils. En effet, tout d'abord pour développer une ontologie pour la mobilité des PMR, la dimension sociale de l'environnement ainsi que la dimension physique sont intégrées et une nouvelle approche basée sur une perspective « nature-développement » est présentée. Ensuite, une approche fondée sur la confiance des PMR est développée pour l'évaluation de l'accessibilité du réseau piétonnier, compte tenu de l'interaction entre les facteurs personnels et les facteurs environnementaux. De plus, dans une perspective de considération des facteurs sociaux, le rôle des actions politiques sur l'accessibilité du réseau piétonnier est étudié et l'influence de trois politiques potentielles est analysée. Enfin, une nouvelle approche pour calculer des itinéraires personnalisés pour les PMR en tenant compte de leurs perceptions, de leurs préférences et de leurs confidences est proposée. Les approches proposées sont développées et évaluées dans le quartier Saint-Roch à Québec, et ce, en utilisant une application d'assistance mobile et multimodale développée dans le cadre du projet MobiliSIG. / Mobility of people with motor disabilities (PWMD) plays a significant role in their social inclusion. PWMD need to move around autonomously to perform their daily routines such as going to school, work, shopping, and going to fitness centers. However, mostly these needs are not accomplished because of either limitations concerning their capabilities or inadequate city design. Indeed, mobility is a human life habit, which is the result of interactions between people and their surrounded environments. In recent years, assistive technologies have been increasingly developed to enable PWMD to live independently and participate fully in all aspects of life. In particular, these technologies provide a variety of features that allow these individuals to overcome diverse obstacles that reduce their mobility and contribute to their social exclusion. However, despite increasing availability of assistive technologies for navigation and mobility, their potential is poorly exploited for PWMD. Indeed, these technologies do not fully consider the human-environment interactions. The overall goal of this dissertation is to benefit from the potentials of methods and technologies of the Geographic Information Sciences (GIS) in order to overcome the mobility issues of PWMD by creating an accessibility-assessing framework and ultimately by developing a personalized routing approach, which better considers the humanenvironment interaction. To achieve this goal, four specific objectives were followed: 1) develop a mobility ontology for PWMD that considers personal factors as well as environmental factors, 2) propose a method to evaluate the accessibility of the pedestrian network for the mobility of PWMD considering the interactions between human factors (confidence) and the environmental factors, 3) study of the role of social factors in the accessibility of urban areas, and finally, 4) refine the existing algorithms to calculate accessible routes for PWMD considering their profile. First, to develop an adapted ontology for mobility of the PWMD, the social dimension of the environment with the physical dimension were integrated and a new approach based on a “Nature-Development” perspective was presented. This perspective led to the development of useful ontologies, especially for defining the relationships between the social and physical parts of the environment. Next, a confidence-based approach was developed for evaluation of the accessibility of pedestrian network considering the interaction between personal factors and environmental factors for the mobility of PWMD. In addition, the role of policy actions on the accessibility of the pedestrian network was investigated and the influence of three potential policies was analyzed. Finally, a novel approach to compute personalized routes for PWMD considering their perception, preferences, and confidences was proposed. The approaches proposed were implemented in the Saint-Roch area of Quebec City and visualized within the multimodal mobile assistive technology (MobiliSIG) application

L’architecture et la géo-ingénierie sont des domaines où les professionnels doivent prendre des décisions critiques. Ceux-ci requièrent des outils de haute précision pour les assister dans leurs tâches quotidiennes. La Réalité Augmentée (RA) présente un excellent potentiel pour ces professionnels en leur permettant de faciliter l’association des plans 2D/3D représentatifs des ouvrages sur lesquels ils doivent intervenir, avec leur perception de ces ouvrages dans la réalité. Les outils de visualisation s’appuyant sur la RA permettent d’effectuer ce recalage entre modélisation spatiale et réalité dans le champ de vue de l’usager. Cependant, ces systèmes de RA nécessitent des solutions de positionnement en temps réel de très haute précision. Ce n’est pas chose facile, spécialement dans les environnements urbains ou sur les sites de construction. Ce projet propose donc d’investiguer les principaux défis que présente un système de RA haute précision basé sur les panoramas omnidirectionels. / Architecture and geo-engineering are application domains where professionals need to take critical decisions. These professionals require high-precision tools to assist them in their daily decision taking process. Augmented Reality (AR) shows great potential to allow easier association between the abstract 2D drawings and 3D models representing infrastructure under reviewing and the actual perception of these objects in the reality. The different visualization tools based on AR allow to overlay the virtual models and the reality in the field of view of the user. However, the architecture and geo-engineering context requires high-accuracy and real-time positioning from these AR systems. This is not a trivial task, especially in urban environments or on construction sites where the surroundings may be crowded and highly dynamic. This project investigates the accuracy requirements of mobile AR GIS as well as the main challenges to address when tackling high-accuracy AR based on omnidirectional panoramas.

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.

Au cours des dernières années, les réseaux de capteurs ont été de plus en plus utilisés dans différents contextes d’application allant de la surveillance de l’environnement au suivi des objets en mouvement, au développement des villes intelligentes et aux systèmes de transport intelligent, etc. Un réseau de capteurs est généralement constitué de nombreux dispositifs sans fil déployés dans une région d'intérêt. Une question fondamentale dans un réseau de capteurs est l'optimisation de sa couverture spatiale. La complexité de l'environnement de détection avec la présence de divers obstacles empêche la couverture optimale de plusieurs zones. Par conséquent, la position du capteur affecte la façon dont une région est couverte ainsi que le coût de construction du réseau. Pour un déploiement efficace d'un réseau de capteurs, plusieurs algorithmes d'optimisation ont été développés et appliqués au cours des dernières années. La plupart de ces algorithmes reposent souvent sur des modèles de capteurs et de réseaux simplifiés. En outre, ils ne considèrent pas certaines informations spatiales de l'environnement comme les modèles numériques de terrain, les infrastructures construites humaines et la présence de divers obstacles dans le processus d'optimisation. L'objectif global de cette thèse est d'améliorer les processus de déploiement des capteurs en intégrant des informations et des connaissances géospatiales dans les algorithmes d'optimisation. Pour ce faire, trois objectifs spécifiques sont définis. Tout d'abord, un cadre conceptuel est développé pour l'intégration de l'information contextuelle dans les processus de déploiement des réseaux de capteurs. Ensuite, sur la base du cadre proposé, un algorithme d'optimisation sensible au contexte local est développé. L'approche élargie est un algorithme local générique pour le déploiement du capteur qui a la capacité de prendre en considération de l'information spatiale, temporelle et thématique dans différents contextes d'applications. Ensuite, l'analyse de l'évaluation de la précision et de la propagation d'erreurs est effectuée afin de déterminer l'impact de l'exactitude des informations contextuelles sur la méthode d'optimisation du réseau de capteurs proposée. Dans cette thèse, l'information contextuelle a été intégrée aux méthodes d'optimisation locales pour le déploiement de réseaux de capteurs. L'algorithme développé est basé sur le diagramme de Voronoï pour la modélisation et la représentation de la structure géométrique des réseaux de capteurs. Dans l'approche proposée, les capteurs change leur emplacement en fonction des informations contextuelles locales (l'environnement physique, les informations de réseau et les caractéristiques des capteurs) visant à améliorer la couverture du réseau. La méthode proposée est implémentée dans MATLAB et est testée avec plusieurs jeux de données obtenus à partir des bases de données spatiales de la ville de Québec. Les résultats obtenus à partir de différentes études de cas montrent l'efficacité de notre approche. / In recent years, sensor networks have been increasingly used for different applications ranging from environmental monitoring, tracking of moving objects, development of smart cities and smart transportation system, etc. A sensor network usually consists of numerous wireless devices deployed in a region of interest. A fundamental issue in a sensor network is the optimization of its spatial coverage. The complexity of the sensing environment with the presence of diverse obstacles results in several uncovered areas. Consequently, sensor placement affects how well a region is covered by sensors as well as the cost for constructing the network. For efficient deployment of a sensor network, several optimization algorithms are developed and applied in recent years. Most of these algorithms often rely on oversimplified sensor and network models. In addition, they do not consider spatial environmental information such as terrain models, human built infrastructures, and the presence of diverse obstacles in the optimization process. The global objective of this thesis is to improve sensor deployment processes by integrating geospatial information and knowledge in optimization algorithms. To achieve this objective three specific objectives are defined. First, a conceptual framework is developed for the integration of contextual information in sensor network deployment processes. Then, a local context-aware optimization algorithm is developed based on the proposed framework. The extended approach is a generic local algorithm for sensor deployment, which accepts spatial, temporal, and thematic contextual information in different situations. Next, an accuracy assessment and error propagation analysis is conducted to determine the impact of the accuracy of contextual information on the proposed sensor network optimization method. In this thesis, the contextual information has been integrated in to the local optimization methods for sensor network deployment. The extended algorithm is developed based on point Voronoi diagram in order to represent geometrical structure of sensor networks. In the proposed approach sensors change their location based on local contextual information (physical environment, network information and sensor characteristics) aiming to enhance the network coverage. The proposed method is implemented in MATLAB and tested with several data sets obtained from Quebec City spatial database. Obtained results from different case studies show the effectiveness of our approach.

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.

Similar to the intensive developments in Geographic Information Systems (GIS) and spatial databases, the field of urban geosimulation was increasingly used in recent years, with an emphasis on high-resolution applications. This recent tendency does not agree however with the traditionally homogeneous spatial representation provided by regular cellular automata which are commonly used as the spatial structures of geosimulation applications. Several issues are raised in the literature, including reports of limitations in spatial reasoning and a lack of realism related to such spatial representations. The few solutions that, so far, deviate from the ‘dogma of regularity of the spatial representation’ are also subject to recent criticism. In this context, we propose an alternative multi-scale model based on the Voronoi diagram of polygons, which matches geographic features of the urban environment. The proposed theoretical model was developed and tested in the context of a urban geosimulation using high resolution spatial data, in the form of registered parcels of irregular shapes and sizes. The first results of the approach demonstrate the potential of our model in the context of urban geosimulation. Finally, based on our extensive analysis of the main approaches of space segmentation, we propose a schematic method to choose a spatial decomposition suited to urban geosimulation.

Les infrastructures d'information géospatiale (IIG) sont des systèmes à la fois techniques, sociaux, organisationnels et économiques. Ces infrastructures visent à démocratiser l'accès et l'utilisation des informations géographiques en vue de les rendre plus utiles à tous les niveaux de la société. Ce faisant, elles promeuvent le renforcement des capacités et des connaissances des individus afin d’accroître leur participation à la prise de décision publique et donc à la gestion du territoire. Cependant, la réalisation des IIG semble très dispendieuse et les résultats, autres que techniques, ne sont pas facilement observables. Par conséquent, il faut disposer des éléments nécessaires pour démontrer, notamment sur les plans social et politique, que les IIG sont beaucoup plus que de simples solutions géomatiques novatrices profitant de la flambée des technologies de l'information. Ces éléments étant encore méconnus, il est difficile de « vendre » ces infrastructures et d’obtenir les ressources requises pour leur réalisation. Le but de cette recherche est de proposer un cadre théorique comportant les critères d’évaluation des IIG et les règles permettant de tenir compte du contexte dans lequel chaque infrastructure est enracinée. Pour l’atteindre, nous avons mené une recherche qualitative, inductive et exploratoire. Elle a été conduite en trois phases. Dans la première, nous avons fait une revue bibliographique détaillée. À la deuxième, un sondage international a été réalisé selon les principes des études Delphi. Dans la troisième, deux études de cas ont été menées, l’une en Suisse et l’autre en Uruguay. Nous avons conclu que l’évaluation des IIG est, en soi, un processus participatif et de construction sociale de ce genre d’infrastructure. Ce processus doit être mené selon les critères associés à deux dimensions majeures : la « dimension qualité » et la « dimension vertu ». Chaque dimension est composée de zones d'évaluation. Nous proposons le paradigme de la valeur sociale d'usage comme le plus important critère d’évaluation. Les résultats obtenus apportent des éléments essentiels permettant d’évaluer et surtout de favoriser le succès des initiatives IIG. L’idée d'un processus évaluatif utile - servant à promouvoir l'apprentissage, la participation citoyenne et la transformation sociale - sous-tend le cadre d’évaluation proposé. / Many countries around the world are constructing Spatial Data Infrastructures (SDI). In order to meet more important SDI expectations and goals, several approaches have been conducted. However, the literature suggests that SDI initiatives do not necessarily meet the major users’ needs and that the most important objectives have not yet been reached. This fact raises a number of questions, mainly the issue as to whether or not the real usefulness of SDI initiatives is limited. If this were the case, SDI projects would not be sufficiently justified and consequently available resources scarcer. Therefore, it becomes necessary to evaluate SDI initiatives. In spite of this, there does not exist, to date, enough valid or widespread criteria based upon which SDI can be evaluated. Hence, it is essential that relevant criteria be defined, through which it is possible to evaluate such approaches, as well as their results. In order to reach this goal, we conducted qualitative research to develop a theoretical framework for the evaluation of SDI projects, through the identification and description of common success criteria across different contextual backgrounds. Our first step was to conceptualize the evaluation and success antecedents through the literature. Secondly, an International Web Survey was conducted applying Delphi study basis. Finally, the core of this research was two SDI case studies. Switzerland and Uruguay were examined in order to gain better understanding of criteria and context. We propose that SDI evaluation should be a process that involves everyone in the social construction of these infrastructures. Thus, SDI can be evaluated based on two major dimensions: "Quality Dimension" and "Virtue Dimension". Each dimension is composed of evaluation zones. We suggest that SDI can become largely valuable projects only if they are useful to society. This two-dimensional evaluation framework should be a good tool to help SDI organizations to estimate and improve the success of SDI initiatives. It allows the definition of conditions under which the SDI objectives may be planned and judged, while respecting the diversity of approaches adopted by each community. The notion of useful assessment, promoting training and social transformation, underlies the theoretical framework proposed.

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.