Québec Université Laval, Bibliothèque 2014

Lors d'une étude en santé environnementale il est primordial pour les chercheurs de connaître et de comprendre les relations entre la santé des populations et l'environnement dans lequel elles évoluent. Notre évaluation des étapes actuelles d'acquisition de données en santé environnementale nous a permis de constater qu'aucune méthodologie d'acquisition n'introduit systématiquement les références spatiales et temporelles lors de leur collecte. Nous estimons que la référence spatio-temporelle complémentaire à une procédure d'acquisition standardisée permettrait de donner un sens nouveau aux données hétérogènes, en les transformant en informations utiles à une plus large communauté d'utilisateurs. Nous avons donc défini une procédure d'acquisition de données spatio-temporelles. Cette procédure formalise, via une interface cartographique disponible sur un ordinateur de poche, le positionnement par GPS ou par toponyme d'échantillons utiles aux études en santé environnementale. De plus, elle automatise le peuplement de la base de données et s'assure de l'intégrité du lien entre l'identifiant de l'échantillon, le lieu et le moment de son acquisition jusqu'au rattachement des résultats d'analyses en laboratoire. Les données sont ensuite transférées et stockées dans une base de données multidimensionnelle (via un SOLAP) et accessibles par Internet. Ceci permet le partage direct des informations à d'autres chercheurs en environnement. La procédure a été implantée et mise à l'épreuve dans le cadre de la première mission du laboratoire mobile Atlantis. Cette mission s'est déroulée aux Bermudes et a permis aux spécialistes en environnement de collecter des échantillons d'eau, de sédiments, de pétoncles et de tissus humains (sang au cordon ombilical et placenta) à l'aide de cette procédure. Les chercheurs ont manifesté beaucoup d'enthousiasme et nos premiers tests montrent que la procédure d'acquisition est conviviale et qu'elle a été d'une grande utilité pour les spécialistes en facilitant leur collecte de données. De plus, il est clair que cette procédure basée sur un référentiel spatial commun favorise le partage des données à la base hétérogènes (toxicologie, microbiologie, chimie) pour parvenir à une analyse réellement intégrée.

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

La numérisation de nos espaces de vie et de mobilités s’est largement accentuée durant la dernière décennie. La multiplication des capteurs de toute nature permettant de percevoir et de mesurer notre espace physique en est le levier principal. L’ensemble de ces systèmes produit aujourd’hui de grands volumes de données hétérogènes sans cesse croissants, ce qui soulève de nombreux enjeux scientifiques et d'ingénierie en termes de stockage et de traitement pour la gestion et l’analyse de mobilités. Les travaux dans le domaine d’analyse des données spatio-temporelles ont largement été orientés soit vers la fouille de données historiques archivées, soit vers le traitement continu. Afin d’éviter les écueils de plus en plus prégnants dus à l’augmentation de ces volumes de données et de leur vélocité (temps de traitement trop long, modèles conceptuellement plus adaptés, analyse approximative des données), nous proposons la conception d’une approche hybride distribuée permettant le traitement combiné de flux temps-réel et de données archivées. L’objectif de cette thèse est donc de développer un nouveau système de gestion et de traitement distribué pour l’analyse des mobilités en particulier maritimes. La solution proposée répond principalement à des contraintes de temps-réel, les données archivées et les informations qui en sont extraites permettant d'améliorer la qualité de réponse. Une proposition de paradigme d'événements est également développée pour permettre ce traitement hybride mais aussi pour caractériser et identifier plus facilement des comportements types d'objets mobiles. Enfin, une requête appliquée sur des zones de couverture de signal pour des objets mobiles a été étudiée et testée sur des données maritimes mettant en exergue le besoin d'une approche hybride pour le traitement de trajectoires. / Over the past few years, the rapid prolifération of sensors and devices recording positioning information regularly produces very large volumes of heterogeneous data. This leads to many research challenges as the storage, distribution, management,Processing and analysis of the large mobility data generated still needs to be solved. Current works related to the manipulation of mobility data have been directed towards either mining archived historical data or continuous processing of incoming data streams.The aim of this research is to design a holistic System whose objective is to provide a combined processing of real time data streams and archived data positions. The proposed solution is real-time oriented, historical data and informations extracted from them allowing to enhance quality of the answers to queries. A event paradigm is discussed to facilitate the hybrid approach and to identify typical moving objects behaviors. Finally, a query concerning signal coverage of moving objects has been studied and applied to maritime data showing the relevance of a hybrid approach to deal with moving object data processing.

La croissance rapide et la complexité de nombreuses villes contemporaines offrent de nombreux défis de recherche pour les scientifiques à la recherche d'une meilleure compréhension des mobilités qui se produisent dans l'espace et dans le temps. A l’heure où de très grandes séries de données de trajectoires en milieu urbain sont disponibles grâce à profusion de nombreux capteurs de positionnement et de services de nombreuses et nouvelles opportunités de recherche et d’application nous sont offertes. Cependant, une bonne intégration de ces données de mobilité nécessite encore l'élaboration de cadres méthodologiques et conceptuels tout comme la mise en oeuvre de bases de données spatio-temporelles qui offriront les capacités appropriées de représentation et de manipulation des données. La recherche développée dans cette thèse introduit une modélisation conceptuelle et une approche de gestion de base de données spatio-temporelles pour représenter et analyser des trajectoires humaines dans des espaces urbains. Le modèle considère les dimensions spatiales, temporelles et sémantiques afin de tenir compte de l’ensemble des propriétés issues des informations de mobilité. Plusieurs abstractions de données de mobilité et des outils de manipulation de données sont développés et expérimentés à partir d’une large base de données de trajectoires disponibles dans la ville de Pékin. L'intérêt de l'approche est double: il montre d’une part que de larges ensembles de données de mobilité peuvent être intégrés au sein de SGBD spatiotemporels extensibles; d’autre part des outils de manipulation et d’interrogation spécifiques peuvent être dérivés à partir de fonctions intégrées au sein d’un langage d’interrogation. Le potentiel de l’approche est illustré par une série d’interrogations qui montrent comment à partir d’une large base de données de trajectoires quelques patrons de déplacements peuvent être obtenus. / Massive trajectory datasets generated in modern cities generate not only novel research opportunities but also important methodological challenges for academics and decision-makers searching for a better understanding of travel patterns in space and time. This PhD research is oriented towards the conceptual and GIS-based modeling of human displacements derived from large sets of urban trajectories. The motivation behind this study originates from the necessity to search for and explore travel patterns that emerge from citizens acting in the city. Our research introduces a conceptual modelling framework whose objective is to integrate and analyze human displacements within a GIS-based practical solution. The framework combines conceptual and logical models that represent travel trajectories of citizens moving in a given city. The whole approach has been implemented in a geographical database system, experimented in the context of transportation data, and enriched by a series of query interface manipulations and specific functions that illustrate the potential of our whole framework for urban studies. The whole framework has been experimented on top of the Geolife project and large trajectories datasets available in the city of Beijing. Overall, the findings are twofold: first, it appears that our modelling framework can appropriately act as an extensible geographical database support for the integration of large trajectory datasets; second the approach shows that several emerging human displacements can be explored from the manipulation of large urban trajectories.

La qualité des données dans les cubes de données spatiales est importante étant donné que ces données sont utilisées comme base pour la prise de décision dans les grandes organisations. En effet, une mauvaise qualité de données dans ces cubes pourrait nous conduire à une mauvaise prise de décision. Les contraintes d'intégrité jouent un rôle clé pour améliorer la cohérence logique de toute base de données, l'un des principaux éléments de la qualité des données. Différents modèles de cubes de données spatiales ont été proposés ces dernières années mais aucun n'inclut explicitement les contraintes d'intégrité. En conséquence, les contraintes d'intégrité de cubes de données spatiales sont traitées de façon non-systématique, pragmatique, ce qui rend inefficace le processus de vérification de la cohérence des données dans les cubes de données spatiales. Cette thèse fournit un cadre théorique pour identifier les contraintes d'intégrité dans les cubes de données spatiales ainsi qu'un langage formel pour les spécifier. Pour ce faire, nous avons d'abord proposé un modèle formel pour les cubes de données spatiales qui en décrit les différentes composantes. En nous basant sur ce modèle, nous avons ensuite identifié et catégorisé les différents types de contraintes d'intégrité dans les cubes de données spatiales. En outre, puisque les cubes de données spatiales contiennent typiquement à la fois des données spatiales et temporelles, nous avons proposé une classification des contraintes d'intégrité des bases de données traitant de l'espace et du temps. Ensuite, nous avons présenté un langage formel pour spécifier les contraintes d'intégrité des cubes de données spatiales. Ce langage est basé sur un langage naturel contrôlé et hybride avec des pictogrammes. Plusieurs exemples de contraintes d'intégrité des cubes de données spatiales sont définis en utilisant ce langage. Les designers de cubes de données spatiales (analystes) peuvent utiliser le cadre proposé pour identifier les contraintes d'intégrité et les spécifier au stade de la conception des cubes de données spatiales. D'autre part, le langage formel proposé pour spécifier des contraintes d'intégrité est proche de la façon dont les utilisateurs finaux expriment leurs contraintes d'intégrité. Par conséquent, en utilisant ce langage, les utilisateurs finaux peuvent vérifier et valider les contraintes d'intégrité définies par l'analyste au stade de la conception.

Il est important d'assurer la qualité des données dans les applications géomatiques. Aussi, dès leur conception, un langage de contraintes peut être associé aux langages de modélisation classiques afin de spécifier formellement les contraintes alphanumériques et spatiales que le langage devra respecter. Le but de cette thèse était donc de proposer un langage de contraintes pour spécifier les conditions qu'un système agricole doit respecter pour être cohérent. Pour cela, nous avons étendu au niveau spatiale OCL, le langage de contrainte associé à UML. Par l'intégration de types spatiaux et de modèles de spécifications de relations topologiques, les extensions proposées permettent de décrire des contraintes spatiales à partir d'un modèle de classe UML étendu au spatial. L'expressivité de chaque proposition d'extension d'OCL a été étudiée. Ces langages ont été implémentés à travers l'extension d'un générateur de code, OCL2SQL et expérimenté au Cemagref dans le cadre SIGEMO

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de réflexions sur la réhabilitation des structures urbaines des stations touristiques françaises de montagne, visant à une meilleure adéquation entre les pratiques actuelles des individus et l'organisation de l'espace environnant existant. Au sein de cette thématique apparaît le besoin d'élaborer un outil d'aide à la réflexion capable d'évaluer les fonctionnements des espaces des stations touristiques de montagne. A partir de ce constat, ce travail cherche à articuler une réflexion sur les pratiques de populations de stations touristiques de montagne avec une analyse de l'utilisation du temps et de l'espace par les individus (emplois du temps et de l'espace). L'approche méthodologique et théorique est fondée sur les principes et concepts de la « Time-Geography » développé par Torsten Hägerstrand (université de Lund). Les fondements de la « Time-Geography » sont développés et commentés à travers les travaux de l'école de géographie de Lund. Sont ensuite définis les objectifs d'une méthodologie cherchant à rendre compte de l'image globale des actions individuelles et collectives et de comprendre les mécanismes qui régulent, au quotidien, les processus mis en œuvre dans l'élaboration de la chaîne des activités que les individus réalisent dans l'espace et dans le temps. A titre d'exemple, une enquête est réalisée auprès des touristes, d'habitants permanents et de travailleurs saisonniers dans la station de Valloire (Savoie). Les emplois du temps et de l'espace de chaque individu interrogé sont analysés de façon exploratoire grâce à deux approches : un traitement statistique résume l'information en cherchant des homogénéités dans les emplois du temps et de l'espace ; l'utilisation d'une base de données temporelles gérant des historiques enrichit les conclusions du traitement statistique en mettant en évidence des formes de structures d'organisation des emplois du temps et de l'espace.

L'introduction du temps dans les bases de données classiques et spatiales apparaît de plus en plus, aujourd'hui, comme une nécessité pour une gestion optimale de l'historicité. En effet, les applications de bases de données spatio-temporelles sont présentes dans un grand nombre d'applications. Le besoin, par exemple, est de sauvegarder l'historique des géométries des parcelles dans le système d'information d'un plan cadastral, la prévention d'incendie dans le système de gestion forestière, le système de navigation des véhicules, etc. Cet historique des phénomènes permet de mieux comprendre ce qui s'est produit dans le passé, de manière à éventuellement anticiper certaines évolutions futures.<p><p>Etant donné ces nouveaux besoins, cette thèse se focalise sur la modélisation et l'implantation des aspects temporels dans bases de données. En effet, la conception d'une application de base de données se fait par un enchaînement de trois phases (conceptuelle, logique et physique). Au niveau conceptuel, plusieurs modèles conceptuels ont été proposés intégrant les caractéristiques temporelles et spatiales.<p><p>Malheureusement, au niveau logique, les modèles de données des SGBD actuels n'offrent pas les concepts nécessaires pour implanter le modèle conceptuel spatio-temporel. Nous proposons donc de nouvelles règles de traductions d'un schéma conceptuel, basé sur le modèle MADS (Modélisation des Applications à des données spatio-temporelles), en un schéma logique MADSLog pour les modèles cibles à savoir :relationnel et relationnel-objet. Chaque règle transforme un concept structurel, temporel et spatial du modèle MADS en un ou plusieurs concepts supportés par la cible. Par exemple, la propriété spatiale définissant la géométrie d'un type d'objet est traduite par la création d'un nouvel attribut de type spatial dans ce type d'objet. Un outil CASE(Computer-Aided Software Engineering) appelé Schema Translateur est développé dans cette thèse implémentant toutes les règles de traductions.<p><p>La traduction de schémas conceptuels en schémas logiques peut impliquer une perte sémantique en raison de la différence de la puissance d'expression entre le modèle conceptuel et le modèle de données des SGBD existants. D'où la nécessité de générer un ensemble de contraintes d'intégrité afin de préserver la sémantique définie dans le schéma conceptuel. Ces contraintes sont exprimées à ce niveau par des formules logiques.<p><p>Avec l'apparition de GML (Geographic Markup Language ) qui est conçu pour la modélisation, le transport et le stockage d'informations géographiques. Nous transformons également le schéma conceptuel MADS en GML. De nouveaux schémas GML temporel et spatial sont définis qui peuvent être employés par n'importe application de base de données spatio-temporelle.<p><p>Au niveau physique, nous proposons une méthode d'adaptation du schéma logique en schéma physique pour le modèle relationnel-objet.<p>Elle permet de définir les tables, les types abstraits, les types d'objets, les domaines, etc. Notre proposition permet aussi la génération des contraintes d'intégrité au niveau physique. En effet, chaque contrainte d'intégrité (structurelle, temporelle ou spatiale) qui est définie en calcul logique est exprimée soit directement par des contraintes déclaratives ou soit par des déclencheurs du SGBD choisi. Les déclencheurs spatiaux sont fondés sur les fonctionnalités prédéfinies dans Oracle, alors que les déclencheurs temporels sont basés sur les opérateurs et méthodes appliquées sur les types temporels.<p><p>Enfin, la traduction de requêtes est une deuxième clef de cette recherche. Le but de la traduction de requêtes, exprimées en algèbre, étant de reconstituer l'information au sens MADS à partir de la base de données stockées dans le SGDB cible. Elle permet de traduire les expressions algébriques MADS, qui sont définies sur le schéma conceptuel et non sur le schéma physique, en requêtes opérationnelles qui peuvent être exécutées sur une base de données spatiale et temporelle sous un SGBD ou un SIG.<p> / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished