The accuracy of computer-based ground vehicle durability and ride quality simulations depends on accurate representation of road surface topology as an excitation to vehicle dynamics simulation software, since most of the excitation input to a vehicle as it traverses terrain is provided by the surface topology. It is not computationally efficient to utilise physically measured terrain topology for these simulations since extremely large data sets would be required to represent terrain of all desired types. Moreover, performing repeated simulations on the same set of measured data would not provide a random character typical of real world usage. There exist several methods of synthesising terrain data through the use of stochastic or mathematical models in order to capture such physical properties of measured terrain as roughness, bank angle and grade. In first part of this work, the autoregressive model and the Markov chain model have been applied to generate synthetic two-dimensional terrain profiles. The synthesised terrain profiles generated are expected to capture the statistical properties of the measured data. A methodology is then proposed; to assess the performance of these models of terrain in capturing the statistical properties of the measured terrain. This is done through the application of several statistical property tests to the measured and synthesized terrain profiles. The second part of this work describes the procedure that has been followed to assess the performance of these models in capturing the vehicle component fatigue-inducing characteristics of the measured terrain, by predicting suspension component fatigue life based on the loading conditions obtained from the measured terrain and the corresponding synthesized terrain. The terrain model assessment methodology presented in this work can be applied to any model of terrain, serving to identify which terrain models are suited to which type of terrain. / Master of Science

When considering the operation of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) or an Unmanned Ground Vehicle (UGV), such problems as landing site estimation or robot path planning become a concern. Deciding if an area of terrain has a level enough slope and a wide enough area to land a Vertical Take Off and Landing (VTOL) UAV or if an area of terrain is traversable by a ground robot is reliant on data gathered from sensors, such as cameras. 3-D models, which can be built from data extracted from digital cameras, can help facilitate decision making for such tasks by providing a virtual model of the surrounding environment the system is in. A stereo vision system utilizes two or more cameras, which capture images of a scene from two or more viewpoints, to create 3-D point clouds. A point cloud is a set of un-gridded 3-D points corresponding to a 2-D image, and is used to build gridded surface models. Designing a stereo system for distant terrain modeling requires an extended baseline, or distance between the two cameras, in order to obtain a reasonable depth resolution. As the width of the baseline increases, so does the flexibility of the system, causing the orientation of the cameras to deviate from their original state. A set of tools have been developed to generate 3-D point clouds from rigid and flexible stereo systems, along with a method for applying corrections to a flexible system to regain distance accuracy in a flexible system. / Master of Science

This research has investigated the effect of tyre rutting of wheeled construction plant performance traversing in wet and deformable terrain, specifically clay and sand. The purpose was to translate the wheel rutting into performance reduction measured in drawbar-pull. The ultimate goal was to translate the power loss into practical effects on cost, time and other economic variations on construction projects that are characterised by movement of wheeled plant on long haulage deformable roads. In order to achieve this aim, mathematical modelling was deployed based on Newton’s laws of motion, principles of energy conservation and numerical integration. The model is based on a single rigid wheel because construction plant tyres are inflated to high pressure in order to support heavy loads thereby translating the flexible tyres into rigid mode. The results from the mathematical model were verified using a three stage robust verification process which included computational analysis based on two existing semi-empirical methods and real experimental data. Laboratory experiments using Mobility SF- 3713 were also used to check the validity of the results. The results from the mathematical model verify that a flexible tyre can operate in rigid mode if it encounters softer and wet ground. Results further indicate that the soil cohesion, angle of shearing resistance and moisture content play key roles in the subsequent power loss created by motion resistance. All the results from computational analysis and the experiments were found to be consistent with the mathematical model results. The study concludes that there is ample evidence to suggest that there is significant power loss associated with wheeled construction plant traversing in soft terrain which can be assessed. The study further concludes that a combination of economic decisions on variables must be considered with respect to existing ground conditions. This will considerably reduce uncertainty levels in cost and resource management on construction projects.

Cette thèse porte sur l'étude de glissements de terrain rotationnels-translationnels complexes localisés en bordure littorale du Calvados. Ces glissements se manifestent par une activité régulière, avec des déplacements saisonniers variant de quelques millimètres à quelques centimètres par an. Ils revêtent un caractère plus spectaculaire lorsque les déplacements s'accélèrent brutalement sous l'action de facteurs de déclenchement divers et combinés. La complexité de ces processus hydro-gravitaires réside dans leur fonctionnement hétérogène dans le temps, et dans leur localisation dans un environnement littoral urbanisé. Ces secteurs sont donc des zones à risque à fort enjeux socio-économiques. Pour mieux comprendre le fonctionnement de ces glissements, les travaux se focalisent sur : * (1) la caractérisation de la structure interne des glissements à l'aide de données géophysiques, géotechniques et géomorphologiques ; * (2) les spécificités hydrologiques et hydrogéologiques du versant et la caractérisation des paramètres hydrodynamiques des corps aquifères qui composent ces glissements ; * (3) la caractérisation de la cinématique de versant en surface et en profondeur à partir d'un réseau de surveillance et la mise en évidence des variabilités spatiales et temporelles des déplacements actuels ; * (4) l'identification de seuils piézométriques ou pluviométriques qui expliqueraient le déclenchement des instabilités brusques et saisonnières ; * (5) l'évaluation des conséquences et la gestion du risque suite aux différentes crises d'accélération et l'évaluation du risque actuel à partir des conséquences potentielles et des scénarios d'extension des glissements.

Un programme expérimental a été conçu afin d'étudier la dispersion des polluants sur un terrain complexe avec un accent mis sur des conditions stables qui restent délicates pour la modélisation numérique. Ce programme expérimental est mené sur le site du SIRTA dans la banlieue sud de Paris et consiste à mesurer en champ proche la turbulence et la dispersion des polluants. L'objectif de ce programme est de caractériser la structure fine de la turbulence et de la dispersion associée par des mesures à haute résolution temporelle et spatiale. Ensuite, ces mesures permettent de valider et d'améliorer la qualité de simulations CFD pour la turbulence et la dispersion sur un site fortement hétérogène. Le dispositif instrumental comprend 12 anémomètres ultrasoniques mesurant en continu la vitesse du vent et la température à 10 Hz, et 6 détecteurs à photo-ionisation (PID) mesurant la concentration de gaz à 50 Hz pendant des essais de traçage. Plusieurs périodes d’observations intensives (POIs) avec des rejets de gaz ont été réalisées depuis Mars 2012.Tout d'abord, une étude détaillée de l'écoulement du vent sur le site est réalisée, car l’écoulement doit être caractérisé et correctement simulé avant de simuler la dispersion des polluants. Cette étude est basée sur deux ans de mesures en continu et sur les mesures acquises durant les POIs. La forte anisotropie de la turbulence dans la couche de surface est caractérisée à l’aide du calcul des variances, des échelles de longueur intégrales et des spectres des trois composantes de la vitesse du vent. La propagation des structures turbulentes entre les capteurs est caractérisée en utilisant les corrélations de vitesse. Les spectres de vitesse montrent plusieurs pentes dans différentes zones de fréquence. En outre, l’analyse des données montre l’impact de l'hétérogénéité du terrain sur les mesures. La forêt au nord du site expérimental modifie la vitesse et la direction du vent pour un grand secteur nord. Il induit un fort cisaillement de la direction du vent et une décélération en dessous de la hauteur de la forêt. Les simulations numériques sont effectuées avec le code de CFD Code_Saturne en mode RANS avec une fermeture k-ε adaptée pour les écoulements atmosphériques et un modèle de canopée pour la forêt. Ces simulations reproduisent correctement les caractéristiques de l'écoulement moyen sur le site des mesures, en particulier l'impact de la forêt pour les différentes directions du vent et pour la stratification neutre et stable. Les résultats de simulation montrent aussi le cisaillement de direction du vent et l’augmentation de l’énergie cinétique turbulente induits par la forêt. Une étude de sensibilité montre que ces effets sur l'écoulement s’accentuent quand la densité foliaire augmente. L’étude de dispersion est réalisée pour plusieurs POIs. L’analyse des données de concentration montre la cohérence avec les mesures de campagnes précédentes réalisées dans des zones proches de la source. Les fluctuations de concentrations sont caractérisées à travers les séries temporelles, l'histogramme et l'analyse statistique des concentrations. Une zone inertielle peut également être identifiée dans les spectres de concentration. Ensuite, la dispersion des polluants est modélisée par les équations de transport pour la concentration et sa variance. La concentration moyenne est globalement en bon accord avec les mesures pour toutes les POIs étudiées. L’accord avec les mesures sur la position du maximum de concentration dépend de la précision de la rotation du vent simulée en-dessous de la hauteur de la forêt. Les fluctuations de concentration obtenues dans les simulations semblent être affectées de manière significative par la condition initiale et la modélisation du terme de dissipation. Une étude de sensibilité à la paramétrisation est ensuite présentée / An experimental program has been designed in order to study pollutants dispersion at a complex site with a focus on stable conditions, which are still challenging for numerical modelling. This experimental program is being conducted at the SIRTA site in a southern suburb of Paris and consists in measuring, in near field, the turbulence and the pollutants dispersion. The aim of this program is to characterize the fine structure of turbulence and associated dispersion through high temporal and spatial resolution measurements. Then, these measurements allow to validate and improve the performance of CFD simulation for turbulence and dispersion in a heterogeneous field. The instrumental set up includes 12 ultrasonic anemometers measuring continuously wind velocity and temperature at 10 Hz, and 6 photo-ionization detectors (PIDs) measuring gas concentration at 50 Hz during tracer tests. Intensive observations periods (IOPs) with gas releases have been performed since March 2012.First of all, a detailed study of flow on the site is made, because it must be characterised and properly simulated before attempting to simulate the pollutants dispersion. This study is based on two years of continuous measurements and on measurements performed during IOPs. Turbulence strong anisotropy in the surface layer is characterized by calculating variances, integral length scales and power spectra of the three wind velocity components. Propagation of turbulent structures between sensors has been characterized with velocity correlations. Energy spectra show several slopes in different frequency regions. Also, data analyses show impact of terrain heterogeneity on the measurements. The forest to the north of experimental field modifies wind velocity and direction for a large northerly sector. It induces a strong directional wind shear and a wind deceleration below the forest height. Numerical simulations are carried out using the CFD code Code_Saturne in RANS mode with a standard k-ε closure adapted for atmospheric flows and a canopy model for the forest. These simulations are shown to reproduce correctly the characteristics of the mean flow on the measurements site, especially the impact of the forest for different wind directions, in both neutral and stable stratification. Simulations results also show the directional wind shear and the turbulent kinetic energy increase induced by the forest. A sensitivity study has been made for various values of forest density and shows that the typical features of canopy flow become more pronounced as canopy density increases. Pollutants dispersion study are made for several IOPs. Concentration data analysis shows a consistency with previous measurements made in a near-source region where the plume scale is smaller than the large-scale turbulence eddies. Concentration fluctuations are characterized through concentration time series, histogram and statistical analysis. The internal subrange can be observed in the concentration spectra. Next, pollutants dispersion are modelled by transport equations for concentration and its variance. The mean concentrations show a good agreement with measurements in values for all the IOPs studied, except that the position of the concentration peak depends on the accuracy of simulated wind rotation below the forest height. The concentration fluctuations obtained from simulations seem to be affected significantly by the initial condition and the modelling of the dissipation term. A sensitivity study to the parameterisation is then presented

This thesis describes the implementation and evaluation of a modular approach for generating 2D side-scroller game levels from a procedurally generated 3D world. Manually generating large amounts of game levels can take considerable amounts of time, and it maybe desirable to automate this process, using procedural content generation. The problem with using procedural content generation is that it is hard to generate coherent game levels. We implement a modular pipeline which, given a set of heightmaps, generates a 3Dworld. From this world, 2D game levels are generated by pathing and extracting terrain features which influence the content in the game levels. The resulting 2D game levels will, using our approach, have a coherent and logical look. The game levels themselves do not contain any interesting gameplay. Instead they rely on a game level designer to add gameplay elements. The resulting modular implementation is considered a success, it proves that it is possible to generate 2D game levels from a procedurally generated 3Dworld, using the features of that world.

Cette étude portant sur les glissements de terrain dans la vallée de la rivière Malbaie, en particulier sur le Grand glissement de Clermont, est basée sur la géomorphologie, la stratigraphie et la sédimentologie des dépôts meubles. L’analyse multidate de six séries de photographies aériennes a permis de répertorier les glissements ayant affecté la section aval de la vallée. D’après les données, il s’avère que les glissements à grande superficie sont antérieurs à 1950. L’étude de coupes stratigraphiques et de piézocônes a mis en évidence la présence de dépôts de glissements insérés entre des unités sédimentaires intactes. Les dates radiocarbones du matériel organique surmonté ou enfoui dans des sédiments déplacés et resédimentés démontrent que le glissement est survenu entre 1520 et 1580 AD. Cet évènement a probablement affecté divers endroits de la vallée; l’étude d’autres coupes situées en aval a fourni des résultats similaires, soit entre 1490 et 1600 AD.

La télédétection ouvre des perspectives nouvelles pour l’étude et la surveillance des volcans. Dans le cadre de cette thèse, différentes approches ont été abordées. L’imagerie satellite optique et thermique permet d’avoir une vue synoptique sur une large surface. La compréhension des changements d’état de surface est particulièrement importante dans le suivi de l’activité des volcans actifs. Plusieurs questions se posent : • Quels avantages offrent les satellites optiques d’observation de la Terre pour les calculs des volumes de lave émis ? • Quelles sont leurs limites ? • Les calculs de débits réalisés par télédétection sont-ils fiables ? • Quel est l’intérêt d’une approche multi-outils et multi-source ? Ces questions ont été abordées en prenant le Piton de la Fournaise pour cible. Plusieurs méthodes ont été mises en oeuvre et testées : 1) L’extraction automatique des contours de coulées de lave, 2) la création de modèle numérique d’élévation (MNE) par imagerie satellite, 3) le calcul de débits à partir d’images thermiques, 4) le suivi post éruptif d’une coulée par la modélisation de son refroidissement et la mesure des déformations observées in-situ. La plus-value de ce travail est la capacité de valider les résultats des modèles issus de la télédétection par des mesures in situ du fait de la proximité des sites étudiés. L’utilisation de ces techniques a permis d’obtenir des débits moyens d’écoulement des laves pour plusieurs éruptions et de suivre l’évolution topographique du volcan et de ses grandes structures. Les mesures thermiques par satellite fournissent le moyen de contraindre les variations du débit des éruptions dans le temps, tandis que les MNE ont permis d’obtenir un volume total dans le cas de coulées présentant de fortes épaisseurs. Grâce à ces techniques, il a été possible de définir deux types d’éruptions avec des évolutions semblables à celles observées sur différents volcans comme l’Etna (Italie) ou le Krafla (Islande). Les problèmes de nébulosité étant récurrent sur notre zone d’étude, la complémentarité des techniques est particulièrement intéressante pour obtenir une information fiable. Toutes les techniques utilisées dans cette thèse sont applicables à d’autres volcans ou à d’autres thématiques. / Remote sensing opens new perspectives for the study and monotoring of volcanoes. In this thesis, different approaches were discussed. optical and thermal satellite imagery provides a synoptic view over a wide area. The understanding of surface state changes is particulary important in the monotoring of the activity of active volcanoes. Several, questions arise: • What advantages offer optical observation satellites of the Earth for calculations of lava volumes issues? • What are their limits? • Calculations of flow by remote sensing are reliable? • What is the interest of a multi-tool and multi-source approach? These issues were addressed by taking the Piton de la Fournaise to target. Several methods have been implemented and tested: 1) automatic extraction of the contours of flows of lava, 2) the cretion of numerical model of elevation (DEM) imaging satellite, 3) the calculation of flows from thermal images, 4) follow-up post eruptive flow modelling of cooling and the observed deformations in-situ measurement. The added value of this work is the ability to validate the results of remote sensing measurements from models because of the proximity of the sites studied in situ. The use of these techniques to obtain the average flow rates of lavas to several eruptions and follow topographic evolution of the volcano and its large structures. Satellite thermal measurements provide the means of forcing changes in the flow of eruptions over time, while Dems helped to obtain a total volume in the case of flows with high thicknesses. With these techniques, it was possible to define two types of erutions with changes similar to those observed on different volcanoes.

Afin de bénéficier de vents importants, un nombre croissant d'éoliennes est installé en terrain complexe. Cependant, un terrain complexe accroit la complexité de l'écoulement et donc la prédiction du potentiel éolien. Dans ce travail, le vent en terrain complexe est simulé en soufflerie. L'objectif est d'étudier la capacité de la modélisation en soufflerie.La partie basse de l'atmosphère, appelée couche limite atmosphérique, est le siège d'important gradients de vitesse et de turbulence. Dans la soufflerie, ils sont reproduits grâce à des obstacles placés dans la section d'essai. Leurs tailles varient en fonction du type de terrain à modéliser. Cette approche expérimentale est validée par des données terrain. La reproduction des conditions atmosphériques est le paramètre crucial pour une bonne modélisation.Pour évaluer le vent en terrain complexe, le choix de la zone à reproduire autour du site d'intérêt est une question centrale : elle doit tenir compte de l'effet des reliefs environnants mais doit être assez réduite pour préserver un facteur d'échelle raisonnable dans la soufflerie. Une série d'études sur des collines simplifiées est ainsi réalisé afin de déterminer l'étendue spatiale du sillage en aval d'un relief simplifié afin de rationaliser le choix de la zone d'étude.Deux cas réels sont ensuite traités, l'ile de Bolund au Danemark et la montagne Alaiz en Espagne. Les résultats sont bons pour l'estimation de la vitesse du vent, entre 5 et 10 % mais la modélisation de la turbulence est plus difficile, des écarts jusqu'à 100 % sont enregistrés comparés aux données terrain. / To benefit from strong winds, an increasing number of wind turbines are placed in complex terrains. But complex terrains means complex flows and difficult wind resource assessment. This study proposed to use wind tunnel modelling to evaluate the wind in a complex topography. The goal of this study is to evaluate the possibilities of wind resources assessment by wind tunnel modelling and to quantify the important modelling parameters. The lower part of the atmosphere, the atmospheric boundary layer (ABL) is defined by a velocity and a turbulence gradient. The ABL is reproduced in the wind tunnel by placing obstacles and roughness elements of different size representative to the type of terrain desired. The flow produced in the wind tunnel is validated against field data and a wise choice of the obstacles is discussed to reproduce the desired wind profile. The right reproduction of the inflow conditions is found to be the most important parameter to reproduce. The choice of the area to reproduce around a site in usually difficult to make in order to keep a low scaling factor and to account for the surrounding topography. A series of tests on simplified hills helps the experimentalist in this choice by enlightening the longitudinal and vertical extension of the wake downstream different hills shapes. Finally, two complex topographies are studied in two wind tunnels, the Bolund hill in Denmark and the Alaiz mountain in Spain. The results are giving good results, 5 to 10 %, for predicting the wind speed but more scatter is observed for the modelling of the turbulence, up to 100 %. The laboratory simulation of atmospheric flows proves to be a demanding but reliable tool for the prediction of the mean wind speed in complex terrain.

Le relief des vallées modifie la structure et l'évolution de la couche limite atmosphérique (CLA) par comparaison avec le sol plat et ainsi affecte le transport et le mélange de polluants. L'objet de cette étude est alors de comprendre, au moyen de l'observation et de la simulation numérique, l'évolution de la structure de l'atmosphère (en particulier la CLA) dans les vallées. A cette fin, des données issues du programme POVA, relatif à la qualité de l'air dans les vallées alpines, sont analysées. Un modèle de type simulation des grandes échelles est également adapté (et évalué au moyen des données expérimentales). Les processus d'échanges verticaux couplant la CLA convective à l'atmosphère libre (AL) sont ensuite détaillés sur sol plat. Les résultats de cette étude permettent de caractériser et de quantifier les spécificités des écoulements en vallée et les mécanismes d'entraînement à l'interface entre la CLA et l'AL sur sol plat.