Apport de l'intelligence artificielle au domaine des villes intelligentes : application à l'assistance des déplacements des personnes à mobilité réduite

Contribution of artificial intelligence in the field of smart cities : application to the assistance of people with reduced mobility in urban areas

• Auteur / Autrice : Nathan Aky
• Direction : Rémy Courdier, Sylvain Giroux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique/Mathématiques
• Date : Soutenance le 06/05/2022
• Etablissement(s) : La Réunion en cotutelle avec Université de Sherbrooke (Québec, Canada)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique et de mathématiques (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Étienne Payet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Payet, Valérie Camps, Hélène Pigot
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Flavien Balbo, Kevin Bouchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Accessibilité aux handicapés

Ontologies (informatique)

Simulation, Méthodes de

Intelligence artificielle répartie

Villes intelligentes

Informatique omniprésente

Mots clés libres

Systèmes collectifs adaptatifs

Modélisation multi-Agents distribuée

Simulation hardware-In-The-Loop

Informatique ubiquitaire

Ville intelligente

Assistance aux personnes à mobilité réduite

Adaptive collective systems

Distributed multi-Agent modeling

Hardware-In-The-Loop simulation

Ubiquitous computing

Smart city

Assistance for people with reduced mobility

Résumé

La transformation des villes en « villes intelligentes » est un des objectifs que les gouvernements visent depuis une dizaine d’années. Cette transformation touche à plusieurs aspects de la ville, dont l’éco-citoyenneté, la gouvernance durable ou encore la mobilité intelligente. C’est sur cet aspect que nos travaux se focalisent. En effet, malgré une certaine progression depuis quelques années, les personnes à mobilité réduite sont souvent oubliées dans la question de l’amélioration des déplacements urbains grâce aux technologies de l’information et de la communication.Parmi ces technologies, l’intelligence artificielle englobe plusieurs domaines et est en plein essor. Un de ces derniers, l’intelligence ambiante vise à la conception de services interconnectés interagissant avec l’environnement physique réel pour offrir des services visant à supporter les activités humaines. C’est dans ce contexte que se placent nos travaux : l’étude et la construction d’un système ambiant dédié à l’assistance des personnes à mobilité réduite en milieu urbain. Or, plusieurs verrous contraignent la conception d’un tel système. Tout d’abord, dans ces domaines, nous avons remarqué que le vocabulaire des termes issus de ces domaines était inconstant, et que toute la communauté scientifique n’est pas unanime sur la définition de certains concepts. Notre première contribution consiste en une ontologie, décrite en OWL, qui recouvre l’ensemble des éléments et concepts nécessaires à la conception de ce type de systèmes. Ensuite, plusieurs études scientifiques actuelles soulignent le manque de modèle d’architecture générique pour de tels systèmes. Ce faisant, la myriade de solutions proposées dans ce domaine souffre de limites fortes sur le plan de l’interopérabilité et de la réutilisabilité des travaux. C’est pourquoi notre deuxième contribution se traduit en un modèle générique facilitant la conception de tout type de système ambiant dédié à l’assistance. Ce modèle s’appuie sur l’ontologie proposée, tout en gardant les utilisateurs au centre du modèle. Enfin, il a été remarqué que les systèmes ambiants dédiés à l'assistance sont déployés de manière ad-hoc. Soit en simulation, en évaluant statistiquement les sorties du système. Soit en milieu réel, où l'évaluation du système se fait par la même observation statistique des sorties, ou par un questionnaire d'évaluation soumis aux utilisateurs. Nous proposons une approche originale de mise en œuvre de tels systèmes. D'une part, cette dernière se base sur une mise en opération du système par simulation hybride, sur laquelle les éléments réels sont ajoutés progressivement, jusqu'à un déploiement en milieu réel complet. D'autre part, dans le but d'évaluer l'impact direct du système, nous proposons l'analyse de son impact par les outils issus du domaine de l'analyse du réseau social des utilisateurs.

The transformation of cities into "smart cities" is one of the goals that governments have been aiming at for the last ten years. This transformation affects several aspects of the city, including eco-citizenship, sustainable governance, and smart mobility. It is on this aspect that our work focuses. Indeed, despite a certain progress in the last few years, people with reduced mobility are often forgotten when it comes to improving urban travel thanks to information and communication technologies. Among these technologies, artificial intelligence is booming and encompasses several fields. Among them, ambient intelligence aims at the design of interconnected services interacting with the real physical environment to provide services to support human activities. It is in this context that our work is placed: the study and construction of an ambient system dedicated to the assistance of people with reduced mobility in an urban environment. However, the design of such a system is constrained by several obstacles. First, we noticed that the vocabulary of the terms coming from these domains was inconstant, and that the whole scientific community is not unanimous on the definition of certain concepts. Our first contribution consists in an ontology, described in OWL, which covers all the elements and concepts necessary for the design of this type of system. Secondly, several current scientific studies underline the lack of a generic architecture model for such systems. As a result, the myriad of solutions proposed in this field suffer from strong limitations in terms of interoperability and reusability of the works. Therefore, our second contribution translates into a generic model facilitating the design of any type of ambient system dedicated to assistance. This model is based on the proposed ontology, while keeping the users at the center of the model. Finally, it has been noticed that ambient systems dedicated to assistance are deployed in an ad-hoc way, either in simulation or in real environment, with an evaluation limited to a statistical analysis of the outputs, or by an evaluation questionnaire submitted to users. We propose an original approach to the implementation of such systems. On the one hand, this approach is based on a simulation-based implementation of the system, on which real elements are progressively added, until a complete deployment in real environment. On the other hand, to evaluate the direct impact of the system, we introduce the analysis of its impact by tools coming from the field of user social network analysis.