Depuis plusieurs années, Recherche et Développement pour la Défense Canada (RDDC) et Lockheed Martin Canada (LMC) travaillent en collaboration afin de moderniser le système de Commande et Contrôle (C2) présent sur une frégate. Un tel système a pour but d'analyser et de gérer un flot d'informations considérable afin d'effectuer les bonnes actions face à une situation donnée. Notre rôle au sein de ce projet se situe au niveau de la prise de décision. Nous devons étudier les possibilités que peut offrir la technologie agent à un tel système. Dans ce mémoire, nous proposons un mod`ele formel d'interaction entre les différentes ressources disponibles sur la frégate et les menaces auxquelles elle doit faire face. Nous proposons aussi une technique de positionnement et une approche de planification afin de maximiser les chances de survie de la frégate. Enfin, nous présentons les résultats que nous avons obtenus au moyen de simulations.

L'industrie des transports est un acteur important de l'économie mondiale. Des millions d'emplois sont touchés de près ou de loin par cette industrie. De plus, le nombre de véhicules sur terre ne cesse d'augmenter et il est rendu courant dans plusieurs pays industrialisés d'avoir plus d'une voiture par famille. Tout cela entraîne également son lot de problèmes, notamment au niveau de la sécurité routière et de la pollution. Depuis des décennies, des compagnies privées et des organisations publiques se penchent sur ces problèmes. Ils innovent constamment en améliorant les véhicules et les infrastructures du réseau routier. Les voitures ne sont pas seulement de plus en plus sécuritaires mais aussi de plus en plus confortables et conviviales. Cependant, la plupart des systèmes intelligents présents dans les voitures acquièrent de l'information grâce aux capteurs. Ceux-ci sont limités et certaines données ne peuvent être accessibles aux capteurs. La solution repose donc sur l'utilisation de la communication sans fil pour échanger des informations entre les véhicules et entre les infrastructures et les véhicules. Le sujet de cette maîtrise porte sur la communication inter-véhicules et route-à-véhicule. Elle se divise en deux parties. Tout d'abord, dans le cadre du projet AUTO21 au laboratoire DAMAS, un protocole de communication inter-véhicules doit être développé pour implanter un système de régulateur de vitesse collaboratif et adaptatif (" Collaborative Adaptative Cruise Control ", CACC). La théorie multi-agents et l'apprentissage par renforcement sont utilisés pour apprendre une politique de communication optimale. La deuxième partie porte sur la communication route-à-véhicule appliquée au problème d'optimisation des feux de signalisation. Deux approches multiagents sont utilisées pour optimiser la gestion des feux. Les agents placés aux intersections reçoivent de l'information relative au trafic grâce à la communication route-à-véhicule et tentent d'adopter une politique de contrôle optimale.

Le paradigme multi-agents est largement utilisé pour concevoir des outils de simulation dédiés à la chaîne de création de valeur. En dépit de son attrait et de son ample utilisation dans la recherche, la technologie agent et son intégration avec des outils de planification de la chaîne de création de valeur distribuée représente encore un champ à explorer. En particulier, il existe une lacune de recherche dans la phase d'analyse des cadres méthodologiques basés sur le concept des multi-agents. Cette phase représente le premier effort de modélisation et influence considérablement le processus de création entier, ainsi que les simulations résultantes. Afin de contribuer à combler cette lacune, cette thèse présente un cadre méthodologique appelé FAMASS -Architecture FORAC pour modéliser des simulations multi-agents pour la planification des chaînes de création de valeur. L'approche FAMASS a l'intention de fournir une représentation uniforme d'un système distribué de planification avancée (d-APS) qui utilise la technologie multi-agents, un support à des analystes de simulation pour définir clairement les besoin fonctionnels des utilisateurs de scénarios de simulation, ainsi que leurs définitions expérimentales, et un guide aux analystes pour déployer les modèles d'analyse en modèles de spécification et de design. Par conséquent, la capitalisation de la connaissance et du savoir-faire des acteurs de la simulation est améliorée. Les scénarios de simulation sont donc modélisés plus vite, de façon plus précise, et ils sont éventuellement développés et utilisés. Le cadre méthodologique proposé est validé à travers une méthode de preuve-de-concept fondée sur un cas industriel solide et réaliste.

La planification devient complexe quand il s’agit de gérer des situations incertaines. Prédire de façon précise est une tâche fastidieuse pour les planificateurs humains. L’approche Simulation-Based Planning consiste à associer la planification à la simulation. Chaque plan généré est simulé afin d’être testé et évalué. Le plan le plus approprié est alors retenu. Cependant, le problème est encore plus complexe lorsque viennent s’ajouter des contraintes spatiales. Par exemple, lors d’un feu de forêt, des bulldozers doivent construire une ligne d’arrêt pour arrêter la propagation des feux. Ils doivent alors tenir compte non seulement de l’avancée des feux mais aussi des caractéristiques du terrain afin de pouvoir avancer plus facilement. Nous proposons une approche de géosimulation basée sur les agents et qui a pour but d’assister la planification dans un espace réel, à large échelle géographique et surtout à forte composante spatiale. Un feu de forêt est un problème typique nécessitant une planification dans un monde réel incertain et soumis à de fortes contraintes spatiales. Nous illustrons donc notre approche (nommée ENCASMA) sur le problème des feux de forêts. L’approche consiste à établir un parallélisme entre l’Environnement Réel ER (p.ex. une forêt incendiée) et un Environnement de Simulation ES (p.ex. une reproduction virtuelle de la forêt incendiée). Pour garantir un niveau acceptable de réalisme, les données spatiales utilisées dans l’ES doivent absolument provenir d’un SIG (Système d’information Géographique). Les planificateurs réels comme les pompiers ou les bulldozers sont simulés par des agents logiciels qui raisonnent sur l’espace modélisé par l’ES. Pour une meilleure sensibilité spatiale (pour tenir compte de toutes les contraintes du terrain), les agents logiciels sont dotés de capacités avancées telles que la perception. En utilisant une approche par géosimulation multiagent, nous pouvons générer une simulation réaliste du plan à exécuter. Les décideurs humains peuvent visualiser les conséquences probables de l’exécution de ce plan. Ils peuvent ainsi évaluer le plan et éventuellement l’ajuster avant son exécution effective (sur le terrain). Quand le plan est en cours d’exécution, et afin de garantir la cohérence des données entre l’ER et l’ES, nous gardons trace sur l’ES des positions (sur l’ER) des planificateurs réels (en utilisant les technologies du positionnement géoréférencé). Nous relançons la planification du reste du plan à partir de la position courante de planificateur réel, et ce de façon périodique. Ceci est fait dans le but d’anticiper tout problème qui pourrait survenir à cause de l’aspect dynamique de l’ER. Nous améliorons ainsi le processus classique de l’approche DCP (Distributed Continual Planning). Enfin, les agents de l’ES doivent replanifier aussitôt qu’un événement imprévu est rapporté. Étant donné que les plans générés dans le cas étudié (feux de forêts) sont essentiellement des chemins, nous proposons également une approche basée sur la géosimulation orientée agent pour résoudre des problèmes particuliers de Pathfinding (recherche de chemin). De plus, notre approche souligne les avantages qu’apporte la géosimulation orientée agent à la collaboration entre agents humains et agents logiciels. Plus précisément, elle démontre : • Comment la cognition spatiale des agents logiciels sensibles à l’espace peut être complémentaire avec la cognition spatiale des planificateurs humains. • Comment la géosimulation orientée agent peut complémenter les capacités humaines de planification lors de la résolution de problèmes complexes. Finalement, pour appliquer notre approche au cas des feux de forêts, nous avons utilisé MAGS comme plate-forme de géosimulation et Prometheus comme simulateur du feu. Les principales contributions de cette thèse sont : 1. Une architecture (ENCASMA) originale pour la conception et l’implémentation d’applications (typiquement des applications de lutte contre les désastres naturels) dans un espace géographique réel à grande échelle et dynamique. 2. Une approche basée sur les agents logiciels pour des problèmes de Pathfinding (recherche de chemin) particuliers (dans un environnement réel et à forte composante spatiale, soumis à des contraintes qualitatives). 3. Une amélioration de l’approche de planification DCP (plus particulièrement le processus de continuité) afin de remédier à certaines limites de la DCP classique. 4. Une solution pratique pour un problème réel et complexe : la lutte contre les feux de forêts. Cette nouvelle solution permet aux experts du domaine de mieux planifier d’avance les actions de lutte et aussi de surveiller l’exécution du plan en temps réel. / Planning becomes complex when addressing uncertain situations. Accurate predictions remain a hard task for human planners. The Simulation-Based Planning approach consists in associating planning and simulation. Each generated plan is simulated in order to be tested and evaluated. The most appropriate plan is kept. The problem is even more complex when considering spatial constraints. For example, when fighting a wildfire, dozers build a firebreak to stop fire propagation. They have to take into account not only the fire spread but also the terrain characteristics in order to move easily. We propose an agent-based geosimulation approach to assist such planners with planning under strong spatial constraints in a real large-scale space. Forest fire fighting is a typical problem involving planning within an uncertain real world under strong spatial constraints. We use this case to illustrate our approach (ENCASM). The approach consists in drawing a parallel between the Real Environment RE (i.e. a forest in fire) and the Simulated Environment SE (i.e. a virtual reproduction of the forest). Spatial data within the SE should absolutely come from a GIS (Geographic Information System) for more realism. Real planners such as firefighters or dozers are simulated using software agents which reason about the space of the SE. To achieve a sufficient spatial awareness (taking into account all terrain’s features), agents have advanced capabilities such as perception. Using a multiagent geosimulation approach, we can generate a realistic simulation of the plan so that human decision makers can visualize the probable consequences of its execution. They can thus evaluate the plan and adjust it before it can effectively be executed. When the plan is in progress and in order to maintain coherence between RE and SE, we keep track in the SE of the real planners’ positions in the RE (using georeferencing technologies). We periodically replan the rest of the plan starting from the current position of the real planner. This is done in order to anticipate any problem which could occur due to the dynamism of the RE. We thus enhance the process of the classical Distributed Continual Planning DCP. Finally, the agents must replan as soon as an unexpected event is reported by planners within the RE. Since plans in the studied case (forest fires) are mainly paths, we propose a new approach based on agent geosimulation to solve particular Pathfinding problems. Besides, our approach highlights the benefits of the agent-based geo-simulation to the collaboration of both humans and agents. It thus shows: • How spatial cognitions of both spatially aware agents and human planners can be complementary. • How agent-based geo-simulation can complement human planning skills when addressing complex problems. Finally, when applying our approach on firefighting, we use MAGS as a simulation platform and Prometheus as a fire simulator. The main contributions of this thesis are: 1. An original architecture (ENCASMA) for the design and the implementation of applications (typically, natural disasters applications) in real, dynamic and large-scale geographic spaces. 2. An agent-based approach for particular Pathfinding problems (within real and spatially constrained environments and under qualitative constraints). 3. An enhancement of the DCP (particularly, the continual process) approach in order to overcome some limits of the classical DCP. 4. A practical solution for a real and complex problem: wildfires fighting. This new solution aims to assist experts when planning firefighting actions and monitoring the execution of these plans.

L’apprentissage multiagent est une direction prometteuse de la recherche récente et à venir dans le contexte des systèmes intelligents. Si le cas mono-agent a été beaucoup étudié pendant les deux dernières décennies, le cas multiagent a été peu étudié vu sa complexité. Lorsque plusieurs agents autonomes apprennent et agissent simultanément, l’environnement devient strictement imprévisible et toutes les suppositions qui sont faites dans le cas mono-agent, telles que la stationnarité et la propriété markovienne, s’avèrent souvent inapplicables dans le contexte multiagent. Dans ce travail de maîtrise nous étudions ce qui a été fait dans ce domaine de recherches jusqu’ici, et proposons une approche originale à l’apprentissage multiagent en présence d’agents adaptatifs. Nous expliquons pourquoi une telle approche donne les résultats prometteurs lorsqu’on la compare aux différentes autres approches existantes. Il convient de noter que l’un des problèmes les plus ardus des algorithmes modernes d’apprentissage multiagent réside dans leur complexité computationnelle qui est fort élevée. Ceci est dû au fait que la taille de l’espace d’états du problème multiagent est exponentiel en le nombre d’agents qui agissent dans cet environnement. Dans ce travail, nous proposons une nouvelle approche de la réduction de la complexité de l’apprentissage par renforcement multiagent. Une telle approche permet de réduire de manière significative la partie de l’espace d’états visitée par les agents pour apprendre une solution efficace. Nous évaluons ensuite nos algorithmes sur un ensemble d’essais empiriques et présentons des résultats théoriques préliminaires qui ne sont qu’une première étape pour former une base de la validité de nos approches de l’apprentissage multiagent. / Multiagent learning is a promising direction of the modern and future research in the context of intelligent systems. While the single-agent case has been well studied in the last two decades, the multiagent case has not been broadly studied due to its complex- ity. When several autonomous agents learn and act simultaneously, the environment becomes strictly unpredictable and all assumptions that are made in single-agent case, such as stationarity and the Markovian property, often do not hold in the multiagent context. In this Master’s work we study what has been done in this research field, and propose an original approach to multiagent learning in presence of adaptive agents. We explain why such an approach gives promising results by comparing it with other different existing approaches. It is important to note that one of the most challenging problems of all multiagent learning algorithms is their high computational complexity. This is due to the fact that the state space size of multiagent problem is exponential in the number of agents acting in the environment. In this work we propose a novel approach to the complexity reduction of the multiagent reinforcement learning. Such an approach permits to significantly reduce the part of the state space needed to be visited by the agents to learn an efficient solution. Then we evaluate our algorithms on a set of empirical tests and give a preliminary theoretical result, which is first step in forming the basis of validity of our approaches to multiagent learning.

Résumé Internet est devenu un moyen de diffusion de l’information géographique par excellence. Il offre de plus en plus de services cartographiques accessibles par des milliers d’internautes à travers le monde. Cependant, la qualité de ces services doit être améliorée, principalement en matière de personnalisation. A cette fin, il est important que la carte générée corresponde autant que possible aux besoins, aux préférences et au contexte de l’utilisateur. Ce but peut être atteint en appliquant les transformations appropriées, en temps réel, aux objets de l’espace à chaque cycle de génération de la carte. L’un des défis majeurs de la génération d’une carte à la volée est la résolution des conflits spatiaux qui apparaissent entre les objets, essentiellement à cause de l’espace réduit des écrans d’affichage. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle approche basée sur la mise en œuvre d’un système multiagent pour la génération à la volée des cartes et la résolution des conflits spatiaux. Cette approche est basée sur l’utilisation de la représentation multiple et la généralisation cartographique. Elle résout les conflits spatiaux et génère les cartes demandées selon une stratégie innovatrice : la génération progressive des cartes par couches d’intérêt. Chaque couche d’intérêt contient tous les objets ayant le même degré d’importance pour l’utilisateur. Ce contenu est déterminé à la volée au début du processus de génération de la carte demandée. Notre approche multiagent génère et transfère cette carte suivant un mode parallèle. En effet, une fois une couche d’intérêt générée, elle est transmise à l’utilisateur. Dans le but de résoudre les conflits spatiaux, et par la même occasion générer la carte demandée, nous affectons un agent logiciel à chaque objet de l’espace. Les agents entrent ensuite en compétition pour l’occupation de l’espace disponible. Cette compétition est basée sur un ensemble de priorités qui correspondent aux différents degrés d’importance des objets pour l’utilisateur. Durant la résolution des conflits, les agents prennent en considération les besoins et les préférences de l’utilisateur afin d’améliorer la personnalisation de la carte. Ils améliorent la lisibilité des objets importants et utilisent des symboles qui pourraient aider l’utilisateur à mieux comprendre l’espace géographique. Le processus de génération de la carte peut être interrompu en tout temps par l’utilisateur lorsque les données déjà transmises répondent à ses besoins. Dans ce cas, son temps d’attente est réduit, étant donné qu’il n’a pas à attendre la génération du reste de la carte. Afin d’illustrer notre approche, nous l’appliquons au contexte de la cartographie sur le web ainsi qu’au contexte de la cartographie mobile. Dans ces deux contextes, nous catégorisons nos données, qui concernent la ville de Québec, en quatre couches d’intérêt contenant les objets explicitement demandés par l’utilisateur, les objets repères, le réseau routier et les objets ordinaires qui n’ont aucune importance particulière pour l’utilisateur. Notre système multiagent vise à résoudre certains problèmes liés à la génération à la volée des cartes web. Ces problèmes sont les suivants : 1. Comment adapter le contenu des cartes, à la volée, aux besoins des utilisateurs ? 2. Comment résoudre les conflits spatiaux de manière à améliorer la lisibilité de la carte tout en prenant en considération les besoins de l’utilisateur ? 3. Comment accélérer la génération et le transfert des données aux utilisateurs ? Les principales contributions de cette thèse sont : 1. La résolution des conflits spatiaux en utilisant les systèmes multiagent, la généralisation cartographique et la représentation multiple. 2. La génération des cartes dans un contexte web et dans un contexte mobile, à la volée, en utilisant les systèmes multiagent, la généralisation cartographique et la représentation multiple. 3. L’adaptation des contenus des cartes, en temps réel, aux besoins de l’utilisateur à la source (durant la première génération de la carte). 4. Une nouvelle modélisation de l’espace géographique basée sur une architecture multi-couches du système multiagent. 5. Une approche de génération progressive des cartes basée sur les couches d’intérêt. 6. La génération et le transfert, en parallèle, des cartes aux utilisateurs, dans les contextes web et mobile. / Abstract Internet is a fast growing medium to get and disseminate geospatial information. It provides more and more web mapping services accessible by thousands of users worldwide. However, the quality of these services needs to be improved, especially in term of personalization. In order to increase map flexibility, it is important that the map corresponds as much as possible to the user’s needs, preferences and context. This may be possible by applying the suitable transformations, in real-time, to spatial objects at each map generation cycle. An underlying challenge of such on-the-fly map generation is to solve spatial conflicts that may appear between objects especially due to lack of space on display screens. In this dissertation, we propose a multiagent-based approach to address the problems of on-the-fly web map generation and spatial conflict resolution. The approach is based upon the use of multiple representation and cartographic generalization. It solves conflicts and generates maps according to our innovative progressive map generation by layers of interest approach. A layer of interest contains objects that have the same importance to the user. This content, which depends on the user’s needs and the map’s context of use, is determined on-the-fly. Our multiagent-based approach generates and transfers data of the required map in parallel. As soon as a given layer of interest is generated, it is transmitted to the user. In order to generate a given map and solve spatial conflicts, we assign a software agent to every spatial object. Then, the agents compete for space occupation. This competition is driven by a set of priorities corresponding to the importance of objects for the user. During processing, agents take into account users’ needs and preferences in order to improve the personalization of the final map. They emphasize important objects by improving their legibility and using symbols in order to help the user to better understand the geographic space. Since the user can stop the map generation process whenever he finds the required information from the amount of data already transferred, his waiting delays are reduced. In order to illustrate our approach, we apply it to the context of tourist web and mobile mapping applications. In these contexts, we propose to categorize data into four layers of interest containing: explicitly required objects, landmark objects, road network and ordinary objects which do not have any specific importance for the user. In this dissertation, our multiagent system aims at solving the following problems related to on-the-fly web mapping applications: 1. How can we adapt the contents of maps to users’ needs on-the-fly? 2. How can we solve spatial conflicts in order to improve the legibility of maps while taking into account users’ needs? 3. How can we speed up data generation and transfer to users? The main contributions of this thesis are: 1. The resolution of spatial conflicts using multiagent systems, cartographic generalization and multiple representation. 2. The generation of web and mobile maps, on-the-fly, using multiagent systems, cartographic generalization and multiple representation. 3. The real-time adaptation of maps’ contents to users’ needs at the source (during the first generation of the map). 4. A new modeling of the geographic space based upon a multi-layers multiagent system architecture. 5. A progressive map generation approach by layers of interest. 6. The generation and transfer of web and mobile maps at the same time to users.

Dans cette thèse, nous proposons une méthode générique de développement d‘applications de géosimulation, en 2D et 3D, de divers phénomènes ou comportements complexes (exp. comportements humains) dans des environnements géographiques. Notre travail vise à résoudre quelques problèmes dans le domaine de la simulation informatique et, plus particulièrement, dans le domaine de la simulation multiagent. Les principaux problèmes que nous visons à résoudre dans cette thèse sont: - Absence de méthodes génériques de développement de simulations multiagent de phénomènes ou comportements dans des environnements géographiques. - Manque de techniques de collecte et d’analyse des données spatiales et non-spatiales : (1) données en entrée de la géosimulation multiagent (qui sont utilisées pour alimenter la simulation) ou (2) données en sortie de la géosimulation (qui sont générées par cette simulation). - Absence d’un prototype de géosimulation qui peut être, à la fois, ‘réaliste’ et ‘utile’ pour simuler le comportement du magasinage des êtres humains dans un environnement georéférencé représentant un centre commercial. L’idée principale de notre thèse consiste en: (1) la création d’une méthode générique de développement de géosimulations multiagents, en 2D et 3D, des phénomènes complexes (impliquant par exemple des êtres humains) dans des environnements géographiques et (2) l’application de cette méthode en utilisant le comportement de magasinage dans un centre commercial comme cas d’illustration. Cette méthode contient dix étapes qui sont résumées comme suit : Les trois premières étapes ont pour objectifs de (1) définir les besoins des utilisateurs finaux de la géosimulation, (2) d’identifier les caractéristiques du phénomène à simuler ainsi que celles de son environnement, et (3) de créer un modèle à base d’agents représentent le phénomène à simuler ainsi que son environnement. La quatrième étape vise à sélectionner l’outil de simulation qui va être utilisé pour exécuter les modèles de simulation. Dans la cinquième étape, nous collectons les données spatiales et non-spatiales qui doivent servir à alimenter les modèles de géosimulation. Dans cette étape nous effectuons quelques analyses des données collectées afin de déterminer quelques patrons de comportement du phénomène à simuler. Dans la sixième étape, nous développons le prototype de géosimulation en exécutant les modèles de géosimulation dans la plateforme sélectionnée tout en utilisant les données qui ont été collectées et analysées. Dans la septième étape, nous utilisons une autre fois la technologie multiagent afin de collecter des données spatiales et non-spatiales en sortie de la géosimulation. Ces données contiennent des informations pertinentes concernant le déroulement de la géosimulation. Dans cette étape nous utilisons diverses techniques d’analyse de données spatiales et non-spatiales afin d’analyser ces données. Dans l’illustration de notre méthode nous avons proposé l’utilisation de techniques d’analyse suivantes: techniques/outils statistiques et mathématiques traditionnelles (ou classiques), notre propre technique/outil et d’analyse des données spatiales et non-spatiales, les techniques d’analyse OLAP (On Line Analytical Processing) et SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing). Afin d’assurer la fiabilité des modèles de simulation, nous proposons dans notre méthode une huitième étape qui vise à vérifier et valider les modèles de géosimulation. Dans la neuvième étape, nous testons et nous documentons le prototype de géosimulation. Finalement, dans la dixième étape, les utilisateurs finaux peuvent utiliser la géosimulation multiagent comme outil d’aide à la décision. Ces décisions peuvent concerner le phénomène à simuler ou la configuration spatiale de son environnement. Les principales contributions de cette thèse sont : - Une nouvelle méthode de développement d’applications de géosimulation multiagent, en 2D et 3D, des phénomènes complexes (tels que ceux qui impliquent des comportements humains) dans des environnements géographiques. - Quelques modèles représentant le comportement du magasinage dans un centre commercial qui se basent sur une recherche bibliographique solide dans divers domaines de recherche: Une version intégrée du modèle du comportement du magasinage dans un centre commercial, Deux versions du modèle multiagent du comportement du magasinage (la première est indépendante de la plate-forme qui va être utilisée pour exécuter la simulation et la deuxième est dépendante). - Une application de la méthode proposée en utilisant le comportement du magasinage dans un centre commercial comme cas d’illustration. Le cas de test qui a servi pour développer le prototype de simulation est le centre commercial Square One (Toronto). Ce prototype ‘réaliste’ et ‘utile’ est intitulé Mall_MAGS. - Une technique à base de questionnaire pour collecter des données spatiales et non-spatiales qui servent à alimenter des géosimulations. - Un outil qui permet de saisir, simultanément, des données spatiales et non-spatiales qui vont alimenter des géosimulations. - Une technique à base d’agents qui sert à collecter des donnees spatiales et non-spatiales en provenance de la géosimulation en utilisant le paradigme d’agents, ainsi qu’un outil d’analyse de ces données. - Un couplage des techniques d’analyse et d’exploration de données OLAP (On Line Analytical Processing)/SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) et de notre prototype de géosimulation du comportement du magasinage des êtres humains dans un centre commercial. Ce couplage sert à analyser et à explorer les données générées par ce prototype. / In this thesis, we propose a generic method to develop 2D and 3D multiagent geosimulation of complex behaviors (human behaviors) in geographic environments. Our work aims at solving some problems in the field of computer simulation in general and the field of multiagent simulation. These problems are are: - The absence of methods to develop 2D-3D multiagent simulation of phenomena in geographic environments. - The absence of gathering and analysis techniques that can be used to collect and analyze spatial and non-spatial data to feed the geosimulation models (input data) and to analyze data generated by geosimulations (output data). - The absence of a ‘realistic’ and ‘useful’ geosimulation prototype of customer’s shopping behavior in a mall. The main idea of our work is to create a generic method to develop 2D and 3D multiagent geosimulations of phenomena in geographic environments. This method contains ten steps, which are summarized as follows: The first three steps of the method aim to (1) define the geosimulation users’ needs, (2) identify the characteristics of the phenomenon to be simulated, as well as its environment, and (3) create the geosimulation models using the multiagent paradigm. The fourth step aims to select the simulation tool/environment/language that is used to develop the geosimulation. In step five, we collect the data which feeds the geosimulation models. In this step, we analyze the collected information in order to define some patterns of the behaviors of the phenomenon to be simulated. In the sixth step, we develop the geosimulation prototype, on the selected simulation platform, using the collected data. In step seven, we collect information about the course of the simulation, once again using the multiagent paradigm. In this step, we deal with the non-spatial and spatial data, generated by the simulation using several analysis techniques: Classical or traditional analysis techniques, our own analysis technique/tool, and the OLAP (On Line Analytical Processing) and SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) technique. In order to ensure the correctness of the simulation models, as well as to enhance the confidence of the simulation users, we need to verify and validate the simulation models. The verification and validation are the purpose of the eighth step of our method. In the ninth step, we test and document the simulation, while in the last step users can use the multiagent geosimulator in order to make efficient spatial decisions about the phenomenon to be simulated or about the configuration of the simulated environment. The main contributions of this thesis are: - A new method to develop 2D-3D multiagent geosimulations of complex behaviors (human behaviors) in geographic environments. - Some models dealing with the shopping behavior in a mall: an initial version of the shopping behavior model based upon a large literature review, an initial version of the multiagent model which is independent of the tool used to execute the simulation, and an agent-based model created according to the selected platform used to develop the geosimulation. All these models are related to the individual shoppers and to the simulated environment representing the mall. - An illustration of the method using the shopping behavior in a mall as a case study and the Square One mall in Toronto as a case test. This gave birth to a ‘realistic’ and ‘useful’ geosimulation prototype called Mall_MAGS. - A new survey-based technique to gather spatial and non-spatial data to feed the geosimulation models. - A tool to digitalize the spatial and non-spatial gathered data. - A new agent-based technique to collect output data from the geosimulation prototype. - A new analysis technique and tool to analyze spatial and non-spatial data generated by the geosimulation. - A coupling of the OLAP (On Line Analytical Processing) and SOLAP (Spatial On Line Analytical Processing) analysis techniques with the shopping behavior geosimulation prototype in order to explore and analyze the geosimulation outputs.

Les cadres interactionnels actuels pour les communications entre agents (protocoles, stratégies de conversation, jeux de dialogue, . . . ) garantissent la cohérence structurelle des conversations tenues. Pourtant, ce n'est pas tant l'habilité des agents à structurer leurs conversations qui nous intéresse que leurs aptitudes à tenir des conversations utiles quant à leurs objectifs individuels et collectifs. Pour traiter cette problématique, nous avons défini et implanté un modèle complet de la communication entre agents qui couvre les quatre dimensions classiques de la communication : syntaxe, structure, sémantique et pragmatique. Au niveau syntaxique, nous proposons le langage DIAGAL[DIAlogue Game based Agent communication Language] qui se présente comme un ensemble de jeux de dialogue qui permettent la manipulation conjointe d'engagements sociaux. Du point de vue de la structuration des dialogues, les jeux de dialogue que nous proposons offrent une alternative à la rigidité des protocoles tout en capturant les aspects conventionnels de la communication, absents des approches considérant des actes de langages isolés. Dans notre approche, le niveau sémantique de la communication repose, quant à lui, sur les engagements sociaux qui capturent les interdépendances contractées par les agents lors des communications. Dans ce contexte, notre contribution principale concerne les aspects cognitifs de la pragmatique. À cet effet, nous proposons une théorie cognitive de l'utilisation de ce cadre interactionnel basée sur la notion de cohérence cognitive et fondée sur des résultats non encore formalis és de sciences cognitives. Issue d'une unification de la théorie de la dissonance cognitive (une des théories majeures de psychologie cognitive) avec la théorie de cohérence cognitive (développée en philosophie de l'esprit), notre approche est formulée en termes d'éléments et de contraintes, notions familières en informatique. La théorie motivationnelle résultante est ensuite étendue afin de traiter la communication entre agents cognitifs. Sous les hypothèses de notre théorie, nous définissons alors une métrique de l'utilité des conversations entre agents. Nous montrons comment cette théorie permet de résoudre en pratique de nombreux problèmes fondamentaux des aspects cognitifs de la pragmatique des communications entre agents. En particulier, nous proposons une première application de notre théorie pour l'utilisation automatique par des agents de type BDI [Beliefs, Desires and Intentions] des jeux de dialogue du langage DIAGAL. Ce faisant, nous introduisons un certain nombre d'outils techniques pour l'automatisation des communications entre agents tout en précisant quels sont nos apports théoriques pour les SMAs et plus généralement pour les sciences cognitives. / Different approaches have investigated the syntax and semantics of agent communication languages. However, these approaches have not indicated how agents should dynamically use communications. Instead of filling this pragmatics gap, most approaches have mainly focused on the "structure" of dialogues even though developers are more interested in agents' capabilities of having "useful" automated conversations with respect to their goals rather than in their abilities to structure dialogues. We addressed this problem that requires re-inquiring the four main dimensions of (agent) communication : syntax, structure, semantics and pragmatics (the theory of the use of language). At the syntactic level, we have developed an agent communication language called DIAGAL [DIAlogue Game based Agent communication Language] which consists of a set of dialogue games that allows for the grounded manipulation of social commitments. At the structural level, DIAGAL dialogue games offer a good compromise between the lack of flexibility of protocols while taking into account the conventional aspects of dialogue which were missing in isolated speech acts approaches. At the semantics level, we provide a social commitments model that captures the inter-dependencies contracted by the agents toward each other during dialogues. In that context, our main contribution concerns the cognitive aspects of pragmatics. To this end, we develop in this thesis a motivational theory for the use of such a conventional and social agent communication framework. Our approach is based on cognitive science results that have not been formalized yet. Our theory consists of a formalisation and a unification of the cognitive dissonance theory (one of the major theories of cognitive psychology) with the coherence theory issuing from philosophy of mind. Our approach is formulated in terms of elements and constraints which allow making it computational. This theory allows formally defining and exploiting the notion of utility of dialogues. We show in this thesis how this approach allows solving many theoretical and practical problems in agent communication. As a validation of this approach, we extend classical BDI [Beliefs, Desires and Intentions] agents to allow them to automatically use DIAGAL dialogue games. The resulting framework provides the necessary theoretical and practical elements for implementing our theory. In doing so, it brings in a general scheme for automatizing agents' communicational behaviour.

Dans le domaine du nucléaire, les techniques actuelles de mesure de radiation n’offrent pas la possibilité d’effectuer un contrôle le long d’un objet filaire. Le projet Droïd a pour but de développer un dosimètre linéique utilisant une fibre optique comme élément sensible. L’atténuation radio-induite (ARI) du guide d’onde, lue par réflectométrie optique, permet non seulement de quantifier, mais également de localiser le dépôt de dose le long de la fibre. Chaque portion du câble fait alors office de capteur de rayonnement. Il est envisageable d’effectuer des mesures réparties sur de longues distances (plusieurs dizaines de mètres) et d’obtenir des cartographies de dose en une, deux ou trois dimensions selon la disposition de l’objet dans l’espace. Le projet se structure en deux volets. Le premier est le développement d’une fibre optique hautement sensible aux radiations. En effet, les technologies commerciales standard ne le sont pas suffisamment pour des applications comme la radioprotection du personnel dans le milieu du nucléaire. Définir la composition chimique de la fibre permet de maîtriser sa réponse aux rayonnements. Le second volet du projet concerne la modélisation liant l’atténuation radio-induite à la dose reçue par le guide d’onde. Dans le cas général d’une fibre avec fading, le développement et l’inversion d’un modèle non linéaire sont primordiaux pour le bon fonctionnement du dosimètre et constituent un verrou scientifique majeur à lever. / In the nuclear domain, current radiation monitoring techniques do not offer the possibility to locally determine the dose received by a wire along its path. The purpose of the Droïd project is to develop a linear dosimeter based on an optical fiber as a sensitive element. The Radiation-Induced Attenuation (RIA) of the waveguide, read by optical reflectometry, can be used not only to quantify, but also to locate the dose deposition along the fiber. Each portion of the cable acts as a radiation sensor. It becomes possible to make measurements over long distances (several tens of meters) and to obtain dose maps in one, two or three dimensions depending on the spatial arrangement of the fiber. The project is structured in two parts. The first one is the development of an optical fiber that is highly sensitive to radiation. Indeed, standard commercial technologies are not reactive enough for applications such as staff radioprotection. Defining the chemical composition of the fiber permits to master its behavior under radiation. The second part of the project deals with modeling the non-linear relationship between the RIA and the dose received by the waveguide. In the general case of a sensor with fading, building and inverting such a model are a requirement for the final device and constitute a major scientific challenge.

Les logiciels récents sont de plus en plus complexes en terme de leur développement et gestions associés. Pour adresser cette complexité, un approche fondé sur les composant a vu le jour qui vise une meilleure ingénierie des logiciels. En particulier, une approche à composants structure les logiciels comme un assemblage dynamique des composants qui doivent être déployés et gérés à l'exécution, en continu. Pour ce deploiement et cette gestion, nous avons adopté une approche fondée sur une architecture logicielle explicite de composants. Cette approche, communément appelée " gestion basée sur l'architecture ", a évolué de premières solutions ad-hoc vers des infrastructures génériques fondées sur des modèles de composants réflexifs. Une de ces infrastructures est la plateforme JADE. JADE vise à gérer autonomiquement des systèmes distribués complexes. Basé sur un modèle de composants réflexifs, JADE capture l'architecture logicielle complète des systèmes distribués, incluant non seulement les applications distribuées hébergées mais aussi les systèmes distribués qui les hébergent". En particulier, cette architecture réifie en continue certains aspects de l'exécution des systèmes distribués, tels que les défaillances de nœuds ou les caractéristiques de performance. Utilisant cette architecture réifiée, les gestionnaires autonomes observent et réagissent selon les changements de conditions. Chaque réaction de gestionnaires automatiques a pour but de planifier une reconfiguration de l'architecture en réponse à un changement des conditions d'exécution. Par exemple, un gestionnaire d'auto-réparation observant la défaillance d'un nœud aurait pour but de reconstruire, sur un autre nœud, la partie perdue du système distribué. Un gestionnaire d'auto-protection observerait une intrusion et planifierait la reconfiguration du système distribué pour isoler les composants compromis. Un gestionnaire d'auto-optimisation pourrait observer une disponibilité en baisse d'un serveur répliqué et planifier d'augmenter cette réplication cardinale des composants serveurs. Au coeur de cette gestion autonomique fournie par JADE se trouve le déploiement des composants. En effet, la plupart des reconfigurations de l'architecture de systèmes distribués s'appuient sur l'aptitude à instancier des composants sur des nœuds distants. Plus précisément, une fois que les gestionnaires autonomes ont générés un plan de reconfiguration du système distribué, l'exécution effective du plan est automatiquement distribuée, essentiellement par création et suppression de composants ainsi que leur édition de liens. La création et la suppression de composants requièrent une gestion locale des composants sur chaque nœud du système distribué. Cette gestion locale nécessite une infrastructure distribuée pour trouver, installer, charger et supprimer les composants. Le travail présenté dans cette thèse est le socle de JADE, fournissant les capacités de déploiement avancé dans un environnement distribué. En particulier, nous avons traité ce défi via une conception récursive où l'implémentation de composants a été modélisée par des composants. Cette approche fournie un déploiement uniforme qui suit les principes basés sur l'architecture. En particulier, nous pouvons déployer non seulement des composants d'applications mais aussi des composants " middleware ". De plus, au-delà du déploiement de composants normaux, nous pouvons également déployer des logiciels " legacy " qui sont gérés uniformément par JADE. En plus de fournir le socle du déploiement de JADE, ce travail a montré que le modèle de composant réflexif utilisé par JADE (appelé FRACTAL) a besoin d'être étendu pour capter les implémentations et leur spécificité. Bien que conçu spécifiquement pour FRACTAL et JADE, ces extensions présetent une applicabilité bien plus large, elles s'appliquent en effet à la plupart des modèles de composant courant. En effet, la plupart de ces modèles se focalisent sur l'assemblage fonctionnel de composants et ne proposent rien ou peu sur le déploiement des composants. Ce travail a également montré que l'architecture autonomique basée sur l'architecture a des besoins dynamiques spécifiques en terme de déploiement qui rend difficile la ré-utilisation de plateformes existantes pour la gestion dynamique de composants, tels que OSGI. Sur la base d'OSGi, cette thèse a expérimenté plusieurs conceptions et prototypes qui ont été utilisé avec succès, mais dont ultimement les limites sont apparues. Ces limites sont liées à une tension fondamentale entre les conceptions architecturales de JADE et OSGI. Une nouvelle conception et un nouveau prototype ont montré la faisabilité de supporter notre FRACTAL étendu sur la plateforme JAVA, servant de fondation à la gestion autonomique de systèmes distribués complexes fondée sur l'architecture.