Examples of spatio-temporal data that can be represented as sets of points (called dot patterns) are pervasive in many applications, for example when tracking herds of migrating animals, ships in busy shipping channels and crowds of people in everyday life. The use of this type of data extends beyond the standard remit of Geographic Information Science (GISc), as classification and optimisation problems can often be visualised in the same manner. A common task within these fields is the assignment of a region (called a footprint) that is representative of the underlying pattern. The ways in which this footprint can be generated has been the subject of much research with many algorithms having been produced. Much of this research has focused on the dot patterns and footprints as static entities, however for many of the applications the data is prone to change. This thesis proposes that the footprint need not necessarily be updated each time the dot pattern changes; that the footprint can remain an appropriate representation of the pattern if the amount of change is slight. To ascertain the appropriate times at which to update the footprint, and when to leave it as it is, this thesis introduces the concept of change identifiers as simple measures of change between two dot patterns. Underlying the change identifiers is an in-depth examination of the data inherent in the dot pattern and the creation of descriptors that represent this data. The experimentation performed by this thesis shows that change identifiers are able to distinguish between different types of change across dot patterns from different sources. In doing so the change identifiers reduce the number of updates of the footprint while maintaining a measurably good representation of the dot pattern.

Les données permettant de décrire des phénomènes spatio-temporels sont de plus en plus nombreuses. Ces nouvelles données peuvent alors être éloignées de celles habituellement observées pour l'étude de certains phénomènes. Leur analyse, selon une approche hypothético-déductive telle qu'elle est majoritairement effectuée en statistique et dans les SIG, peut ainsi passer sous silence certaines informations insoupçonnées, mais pertinentes, sur les dynamiques de ces phénomènes spatio-temporels.Il peut alors être intéressant de simplement donner à voir les données, pour observer ce qu'elles ont à montrer, avant de les analyser. Ce principe est celui de l'analyse exploratoire: le procédé est de permettre à un utilisateur d'effectuer une exploration libre des données, au moyen de représentations visuelles, afin de mettre en lumière des structures ou des relations insoupçonnées. Aujourd'hui, l'analyse exploratoire est notamment possible au moyen d'environnements de visualisation, intégrant différentes représentations graphiques et cartographiques interactives.Les environnements de visualisation sont majoritairement développés de manière ad hoc, dans le cadre d'une thématique particulière. Or l'émergence constante de nouvelles données incite à promouvoir des méthodes d'analyse applicables à des phénomènes de différentes natures. En fonction de la problématique dans laquelle s'insèrent ces derniers, les dynamiques sur lesquelles va se focaliser l'analyse diffèrent. Analyser un phénomène météorologique dans un but de prévision implique de s’intéresser aux récurrences cycliques du phénomène. Analyser l'évolution d'une population pour la mise en place de politiques publiques implique d’analyser ce phénomène sur le temps long et selon différentes zones de l’espace.Notre objectif est de proposer une méthode d'analyse exploratoire des phénomènes spatio-temporels et de leurs dynamiques, indépendante du thème traité. Pour cela, nous proposons un environnement de géovisualisation, GrAPHiST (Géovisualisation pour l'Analyse des PHenomenes Spatio-Temporels), permettant l'analyse de différentes dynamiques, selon différentes échelles spatiales et temporelles (linéaires ou cycliques). Développer cet environnement implique de s’interroger sur la modélisation du changement dans l’espace, la nature des dynamiques spatio-temporelles à étudier, et les outils visuels et interactifs permettant de les identifier.Ainsi, les contributions de notre recherche se situent à plusieurs niveaux :- une modélisation générique des phénomènes spatio-temporels, sous la forme de séries événementielles;- de nouvelles méthodes de représentations graphiques et interactives, autorisant la recherche et l'identification des dynamiques spatio-temporelles, notamment: l'introduction de diagrammes temporels interactifs permettant la recherche visuelle de récurrences cycliques dans les données spatio-temporelles; l'utilisation de règles de symbologie permettant la visualisation des relations entre les composantes temporelle et spatiale des phénomènes; de nouvelles méthodes de représentations des agrégats d'événements proches, permettant d'identifier des structures dans leur distribution spatio-temporelle;- la formalisation d’une approche d'analyse exploratoire des dynamiques spatio-temporelles, déclinée en plusieurs scénarios selon l’objectif poursuivi.Nous validons notre approche en l'appliquant à l'analyse de différents jeux de données. L'objectif est de vérifier la possibilité d'identifier des dynamiques, relatives au temps linéaire ou cyclique, au moyen de GrAPHiST, et d'illustrer le caractère générique de l'approche, ainsi que les opportunités d'analyse offertes par l'environnement. / Datasets allowing the description of spatio-temporal phenomena are becoming ever more numerous. These new data can be very different from those usually observed for studying spatio-temporal phenomena. An analysis through a hypothetico-deductive approach, like is mainly done in statistic and GIS domains, can ignore some unsuspected, but relevant, information about the dynamics of these spatio-temporal phenomena.It can be interesting then, to just present the data, to observe what they have to show, before analysing them. This is the principle of the exploratory data analysis: the process is to allow a user to freely explore data, through visual representations, in order to highlight unsuspected structures or relationships. Today, exploratory analysis is possible through visualization environments, which integrate different graphic or cartographic interactive representations.Visualization environments are mainly developed in an ad hoc manner, in the context of a particular thematic field. However, the constant appearance of new data encourages promoting analysis methods, which could be applied to several types of phenomena. According to the domain related to these phenomena, the analysis will be focused on different dynamics. Analysing a meteorological phenomenon, in a forecasting purpose, implies a focus on the cyclic recurrences of the phenomenon. Analysing the increase of a population, for the purpose of deciding public policies, implies an analysis of the phenomenon on a long-term, through different spatial areas.Our objective is to propose a method for the exploratory analysis of spatio-temporal phenomena and their dynamics, which would be independent of the topic. In order to achieve this, we propose a geovisualization environment, GrAPHiST (Géovisualisation pour l'Analyse des PHenomenes Spatio-Temporels; Geovisualization for spatio-temporal phenomena analysis), allowing the analysis of several dynamics, through different spatial and temporal (linear or cyclic) scales. Developing this environment implies to focus on how spatial changes are modelled, on the nature of the spatio-temporal dynamics we have to study, and on the visual and interactive tools, which allow the identification of these dynamics.So, the contributions of our research can be found at several levels:a generic modelling approach of spatio-temporal phenomena, in the form of event series;new graphical and interactive representation methods, which allow the searching and the identification of spatio-temporal dynamics, including: the introduction of interactive temporal diagrams, which allow the visual searching of cyclic recurrences in spatio-temporal data; the use of symbology rules, which allow the visualization of relationships between the spatial and temporal components of phenomena; new methods to represent aggregated closed events, which allow to identify structures in their spatio-temporal distribution;the formalization of an exploratory approach for the spatio-temporal dynamics analysis, divided into several scenarios, according to the purpose of the analysis.We validate our proposition by applying it to the analysis of several datasets. The objective is to verify the possibility to identify dynamics, related to linear or cyclic time, through the use of GrAPHiST, and to illustrate the generic aspect of the approach, as well as the analysis opportunities given by the environment.

Breitstreifenlaser haben eine breite Emissionsapertur, die es ermöglicht eine hohe Ausgangsleistung zu erreichen. Gleichzeitig führt sie jedoch zu einer Verringerung der lateralen Strahlqualität und zu ihrem nicht-stationären Verhalten. Forschung in diesem Gebiet ist anwendungsgetrieben und somit ist das Hauptziel eine Erhöhung der Brillanz, die sowohl die Ausgangsleistung als auch die laterale Strahlqualität beinhaltet. Um die zugrunde liegenden raumzeitlichen Phänomene zu verstehen und dieses Wissen zu nutzen, um die Kosten der Brillanz-Optimierung zu minimieren, ist ein selbst-konsistentes Simulationstool notwendig, welches die wichtigsten Prozesse beinhaltet. Zunächst wird in dieser Arbeit ein quasi-dreidimensionales elektro-optisch-thermisches Model präsentiert, welches wesentliche qualitative Eigenschaften von realen Bauteilen gut beschreibt. Zeitabhängige Wanderwellen-Gleichungen werden genutzt, um die inhärent nicht-stationären optischen Felder zu beschreiben, welche an eine Ratengleichung für die Überschussladungsträger in der aktiven Zone gekoppelt sind. Das Model wird in dieser Arbeit um eine Injektionsstromdichte erweitert, die laterale Stromspreizung und räumliches Lochbrennen korrekt beschreibt. Des Weiteren wird ein Temperaturmodel präsentiert, das kurzzeitige lokale Aufheizungen in der Nähe der aktiven Zone und die Formierung einer stationären Temperaturverteilung beinhalten. Im zweiten Teil wird das beschriebene Modell genutzt, um die Gründe von Brillanz-Degradierung, das heißt sowohl die Ursprünge der Leistungssättigung als auch des nicht diffraktionslimitierten Fernfeldes zu untersuchen. Abschließend werden im letzten Teil Laserentwürfe besprochen, welche die laterale Brillanz verbessern. Hierzu gehört ein neuartiges “Schachbrettlaser” Design, bei dem longitudinal-laterale Gewinn-Verlust-Modulation mit zusätzlicher Phasenanpassung ausgenutzt wird, um eine sehr geringe Fernfeld-Divergenz zu erhalten. / Broad-area lasers are edge-emitting semiconductor lasers with a wide lateral emission aperture that enables high output powers, but also diminishes the lateral beam quality and results in their inherently non-stationary behavior. Research in the area is driven by application and the main objective is to increase the brightness which includes both the output power and lateral beam quality. To understand the underlying spatio-temporal phenomena and to apply this knowledge in order to reduce costs for brightness optimization, a self-consistent simulation tool taking into account all essential processes is vital. Firstly, in this work a quasi-three-dimensional opto-electronic and thermal model is presented, that describes well essential qualitative characteristics of real devices. Time-dependent traveling-wave equations are utilized to describe the inherently non-stationary optical fields, which are coupled to dynamic rate equations for the excess carriers in the active region. This model is extended by an injection current density model to accurately include lateral current spreading and spatial hole burning. Furthermore a temperature model is presented that includes short-time local heating near the active region as well as the formation of a stationary temperature profile. Secondly, the reasons of brightness degradation, i.e. the origins of power saturation and the spatially modulated field profile are investigated and lastly, designs that mitigate those effects that limit the lateral brightness under pulsed and continuous-wave operation are discussed. Amongst those designs a novel “chessboard laser” is presented that utilizes longitudinal-lateral gain-loss modulation and an additional phase tailoring to obtain a very low far-field divergence.