Modèle de vue relative et spatio-temporelle de trajectoires géographiques d'objets mobiles : application au contexte maritime

par Hilda Kammoun

Thèse de doctorat en Informatique

Sous la direction de Christophe Claramunt.

Soutenue en 2007

à Paris, ENSAM .


  • Résumé

    Avec les progrès techniques des moyens de transport, les déplacements se démocratisent et rendent les distances plus accessibles. Cette augmentation du trafic à tous les niveaux, mondial, régional et local, entraîne un encombrement croissant des routes terrestres, aériennes et maritimes et implique une surveillance particulière des zones à risque. Depuis quelques années, particulièrement dans le contexte maritime, cette surveillance est améliorée par l'utilisation des outils de géolocalisation comme le GPS (Global Positionning System) et les systèmes de transmission tel que la VHF (Very Hight Frequency) qui permettent de disposer de flux de données (positions, vitesses, caps) en temps réel. Les trajectoires des navires liées à ces données sont généralement représentées dans un environnement absolu (représentation cartographique) ou de manière relative (représentation radar). Ces représentations favorisent l'observation du positionnement des navires en temps réel, mais sans faciliter une véritable appréhension de l'évolution de toutes les informations connues dans les dimensions spatiales et temporelles, ce qui ne permet pas une complète compréhension des futurs états d'un système donné et une anticipation des situations critiques. L'objectif de cette thèse est de développer un nouveau modèle conceptuel de représentation des trajectoires géographiques pour l'aide à l'analyse de comportements d'objets mobiles. Le cadre expérimental de notre recherche est celui des trajectoires maritimes, à partir duquel nous proposons de construire un modèle formel de représentation et de manipulation de trajectoires. Nous postulons que la compréhension et la perception d'un processus de déplacement peut passer par une vision égocentrique de l'espace et du temps, où les primitives de modélisation sont les composantes géométriques couramment utilisées au sein des Systèmes d'Information Géographiques. Nous montrerons que la vitesse relative et la distance apparaissent comme des paramètres pertinents de compréhension des processus de déplacement. La position relative est basée sur une notion de distance entre objets mobiles, avec une distinction qualitative qui prend en compte la nature des relations topologiques entre ces objets. La vitesse relativisée est elle basée sur une notion de vitesse relative, et où les objets plus rapides ou moins rapides que l'objet de référence sont différenciés. L'association de ces mesures définit des états spatio-temporels caractérisés dans le langage naturel et composés afin de définir des relations transitives entre les objets. Le modèle proposé permet d'identifier les changements spatio-temporels lors de transitions continues entre les états et de leur associer des processus caractérisés par des expressions non ambiguës dans le langage naturel. La visualisation de ces processus complète les visualisations existantes des positions des objets mobiles et donne un cadre nouveau de perception et d'analyse des trajectoires en milieu maritime. Un prototype pour l'application aux déplacements maritimes de navires permet de visualiser les processus décrits et valider le modèle défini avec des données maritimes réelles, et plusieurs cas d'école expérimentés auprès d'un panel d'utilisateurs.

  • Titre traduit

    A relative and spatio-temporal model of geographic trajectories


  • Résumé

    The worldwide increase of transportation traffic implies a progressive obstruction of many air, terrestrial and maritime routes. This also augments the number of security risks and enlarges the complexity of monitoring and regulation tasks. Over the past few years, maritime transportation and traffic have been improved by the emergence of new technological solution oriented towards real-time geo-localisation such as the GPS (Global Positioning System) and VHF systems(Very High Frequency). With continuous and real-time availability of location data on ship displacements (e. G. Position, speed), trajectories are usually represented using either an absolute (cartographic view) or relative representation (e. G. Radar view). These systems, used independently or through a dual mode, while they are successful in providing a global or partially local view of the geographical environment, does not provide a complete and appropriate representation of the way a mobile object and its observer act in and perceive the maritime environment. The research presented in this thesis introduces a new conceptual model oriented to the representation of geographical trajectories in space and time. We consider the point of view where a displacement process is perceived by an egocentric representation and visualisation of space and time, and where the modelling primitives are the ones usually retained by a Geographic Information System. Our study shows that the relative speed and distance are appropriate concepts that support an egocentric-based modelling of an object and observer behaving in a maritime environment. The relative position is based on the distance between two given objects, but also makes a difference between the value of their topological relationships. Similarly, the relativised speed also makes a difference between faster and slower moving objects with respect to a referent moving object. This representation is designed on top of a two-dimensional space, this facilitating characterisation of the underlying spatio-temporal processes using natural language terms. Continuous transitions are also identified. Overall this modelling approach offers novel perspectives for the visualisation and analysis of trajectories in space and time. The approach is supported by a prototype applied to a maritime context and several experiments made with panels of users.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (218 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr.

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