Le modele Gael

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Le modèle GAEL. Soutenance de thèse de Julien Gaffuri

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  • Le modele Gael

    1. 1. Julien Gaffuri Thèse de doctorat en informatique, spécialité sciences de l’information géographique M Alexis Drogoul Mme Cécile Duchêne M Hervé Martin Mme Annabelle Mas M Jean-Pierre Müller Mme Anne Ruas M Robert Weibel École doctorale ICMS – Université Paris Est Institut Géographique National – Laboratoire COGIT Généralisation à base d’opérations discrètes et continues pour la prise en compte des thèmes champ : le modèle GAEL Rapporteur Encadrante Président Examinateur Examinateur Directrice Rapporteur
    2. 2. Introduction <ul><li>Contexte </li></ul><ul><li>Évolution des besoins en données géographiques : </li></ul><ul><ul><li>Quantité </li></ul></ul><ul><ul><li>Qualité </li></ul></ul><ul><li>Données géographiques de plus en plus fines </li></ul><ul><li>Nécessité de méthodes de transformation de données géographiques pour les adapter aux différents besoins </li></ul><ul><li>La généralisation </li></ul>
    3. 3. Introduction <ul><li>La généralisation est l’opération de simplification de données géographiques lorsque leur échelle de représentation diminue. </li></ul><ul><li>La généralisation cartographique </li></ul>1:250k 1:1000k
    4. 4. <ul><li>Besoin en généralisation automatique à partir de bases de données géographiques vectorielles </li></ul><ul><li>Depuis ~20 ans : nombreux travaux en généralisation automatique </li></ul><ul><li>Modèles de généralisation automatique </li></ul>Introduction
    5. 5. Plan <ul><li>Introduction - contexte </li></ul><ul><li>Problématique </li></ul><ul><li>Le modèle GAEL </li></ul><ul><ul><li>Un modèle hybride </li></ul></ul><ul><ul><li>Un modèle pour la prise en compte des relations objet-champ </li></ul></ul><ul><li>Mise en œuvre </li></ul><ul><li>Conclusion et perspectives </li></ul>
    6. 6. Problématique Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    7. 7. Problématique <ul><li>Nombreux modèles de généralisation automatique </li></ul><ul><li>2 approches : </li></ul><ul><li>Approche à base de transformations continues globales </li></ul><ul><li>Déformation holistique des objets géographiques. </li></ul><ul><li>Ex: triangles flexibles [Højholt 2000], moindres carrés [Sester 2000], snakes [Burghardt & Meyer 1997], poutres élastiques [Bader 2001], [Harrie 2001], agent [Fritsch 1997], [Baeijs 1998], etc. </li></ul><ul><li>Approche à base de transformations discrètes locales </li></ul><ul><li>Transformations locales discrètes successives [Brassel & Weibel 1988] </li></ul><ul><li>Ex: exploration par escalade, recuit simulé [Ware et Jones 1998] [Neun et al. 2008], modèles à base d’agents géographiques [Ruas 1999], [Lamy et al. 1999], [Duchêne 2004], [Jabeur 2006], etc. </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Modèles conçus indépendamment les uns des autres
    8. 8. Problématique <ul><li>Généralisation nécessite des opérations discrètes et continues ensemble </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives 1:50k 1:100k Opération discrète Opération continue
    9. 9. Problématique <ul><li>Généralisation nécessite des opérations discrètes et continues ensemble </li></ul><ul><li>Utilisation dépend: </li></ul><ul><ul><li>du type d’objet – objets rigides/élastiques </li></ul></ul><ul><ul><li>du saut d’échelle </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Faible Fort Opérations sur le schéma Opérations continues Opérations discrètes Saut d’échelle
    10. 11. <ul><li>Objectif de la thèse : </li></ul>Problématique Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives ou Opération discrète Opération continue Proposer un modèle de généralisation hybride
    11. 12. <ul><li>Opérations continues particulières : déformation des thèmes champ </li></ul><ul><li>« Phénomènes existants en tout point de l’espace géographique » </li></ul>Problématique Relief Partition administrative Occupation du sol etc. Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    12. 13. <ul><li>Les champs en généralisation : </li></ul><ul><ul><li>Généralisation propre </li></ul></ul><ul><ul><li>Relations entre objets et champs </li></ul></ul>Problématique Un village sur un sommet Une route a une pente constante etc. Un cours d’eau dans un thalweg Un bâtiment dans une zone d’occupation du sol Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    13. 14. Problématique <ul><li>Nécessité de prise en compte des relations objet-champ </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Avant Généralisation Après Généralisation ! ! ! ! ! ! ! ! ! ! !
    14. 15. <ul><li>Déformations manuelles </li></ul>Problématique [SSC 1977] [IGN guide opérateur] [SGK 2002] Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    15. 16. <ul><li>Déformations manuelles </li></ul>Problématique [SGK 2002] Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives [SGK 2002]
    16. 17. <ul><li>Objectif de la thèse : </li></ul>Problématique Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives ou Opération discrète Opération continue Proposer un modèle de généralisation hybride… … pour la prise en compte des relations objet-champ
    17. 18. Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives GAEL G énéralisation à base d’ A gents EL astiques
    18. 19. Le modèle GAEL <ul><li>1- Un modèle hybride de généralisation </li></ul><ul><li>2- Un modèle pour la prise en compte des relations objet-champ </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    19. 20. <ul><li>Le modèle de [Ruas et Duchêne 2007] </li></ul><ul><li>Principes : AGENT [Ruas 1999], CartACom [Duchêne 2004] </li></ul><ul><ul><li>Les contraintes sont explicites, [Beard 1991] </li></ul></ul><ul><ul><li>Les objets géographiques sont des agents, </li></ul></ul><ul><ul><li>But de chaque agent: satisfaire ses contraintes propres, </li></ul></ul><ul><ul><li>Les agents essaient de s’appliquer des opérations discrètes, </li></ul></ul><ul><ul><li>Niveaux hiérarchiques: micro et meso, </li></ul></ul><ul><ul><ul><ul><li>Interactions hiérarchiques et binaires micro. </li></ul></ul></ul></ul>Le modèle GAEL Proximité but but but Proximité Taille Granularité Taille Granularité Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Bâtiment Îlot Ville micro meso meso
    20. 21. <ul><li>Le modèle de [Ruas et Duchêne 2007] permet: </li></ul><ul><li>But: </li></ul>Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives ou
    21. 22. <ul><li>Les agents géographiques deviennent déformables localement. Agents « élastiques ». </li></ul><ul><li>Principes : </li></ul><ul><ul><li>l’agent élastique se décompose en parties contraintes, </li></ul></ul><ul><ul><li>ses points sont des agents, </li></ul></ul><ul><ul><li>l’agent élastique contrôle sa déformation. </li></ul></ul>Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Point Triangle Angle Segment …
    22. 23. Le modèle GAEL <ul><li>Ajout d’un niveau interne : le niveau submicro </li></ul><ul><li>Objet submicro : ensemble de points contraints </li></ul>submicro Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Points, triangles, segments… Bâtiment Îlot Ville micro meso meso
    23. 24. <ul><li>L’agent-point </li></ul>Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Mon but est d’atteindre une position d’équilibre entre mes contraintes
    24. 25. Le modèle GAEL <ul><li>les contraintes submicro </li></ul>Position de point Longueur de segment Orientation de segment Position de segment Aire de triangle Pente de triangle Distance point segment Distance point point Distance segment segment Valeur d’angle Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    25. 26. Le modèle GAEL <ul><li>L’agent-point: exemple de dynamique </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives - 6 segments - 18 angles - 6 triangles 1 insatisfait 6 insatisfaits 2 insatisfaits
    26. 27. Le modèle GAEL <ul><li>L’agent-point: exemple de dynamique </li></ul>- 6 segments - 18 angles - 6 triangles 1 insatisfait 6 insatisfaits 2 insatisfaits Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    27. 28. Le modèle GAEL <ul><li>L’agent-point: exemple de dynamique </li></ul>- 6 segments - 18 angles - 6 triangles 1 insatisfait 6 insatisfaits 2 insatisfaits Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    28. 29. Le modèle GAEL <ul><li>L’agent-point </li></ul><ul><li>il est capable: </li></ul><ul><ul><li>de déterminer s’il est en équilibre ou non, </li></ul></ul><ul><ul><li>de se déplacer pour progresser vers son équilibre, </li></ul></ul><ul><ul><li>d’activer ses agents-point accointants. </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    29. 30. Le modèle GAEL <ul><li>L’agent-point: cycle de vie </li></ul>Suis-je en équilibre? Le point est activé Oui Je me désactive Non Je tente de me déplacer vers ma position d'équilibre J'active mes agents accointants Fin Fin Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    30. 31. Le modèle GAEL <ul><li>Activation des agents-point accointants </li></ul><ul><li>Seuls quelques points sont activés </li></ul><ul><li>La transformation est locale </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    31. 32. Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    32. 33. Le modèle GAEL <ul><li>1- Un modèle hybride de généralisation </li></ul><ul><li>2- Un modèle pour la prise en compte des relations objet-champ </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    33. 34. Le modèle GAEL <ul><li>Interaction entre objets et champs: </li></ul>contraint déforme Champs Relations objet-champ Objets (bâtiments, routes…) Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    34. 35. Le modèle GAEL <ul><li>Les champs sont des agents élastiques: </li></ul><ul><ul><li>Contraintes de préservation de forme </li></ul></ul><ul><ul><li>Contraintes de déformation: contraintes relationnelles. </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Champs Objets (bâtiments, routes…) Relations objet-champ
    35. 36. Le modèle GAEL <ul><li>Modélisation des relations objet-champ contraintes: </li></ul><ul><li>Spécialisation des relations de [Duchêne 2004]. </li></ul>A gent géographique A gent champ Relation objet-champ Contrainte relationnelle objet-champ Contrainte relationnelle champ-objet Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    36. 37. Le modèle GAEL <ul><li>Prise en compte des contraintes relationnelles objet-champ dans le processus de généralisation des objets: </li></ul><ul><li>Modèles compatibles </li></ul><ul><li>Principes: </li></ul><ul><ul><li>1- Prise en compte de la satisfaction des contraintes relationnelles objet-champ dans le calcul de la satisfaction des agents géographiques, </li></ul></ul><ul><ul><li>2- Capacité des agents géographiques à activer les agents champ pour les déformer, </li></ul></ul><ul><ul><li>3- Incitation des agents géographiques par leurs contraintes relationnelles objet-champ à: </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>activer le champ, </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>s’appliquer une transformation adéquate. </li></ul></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    37. 38. Le modèle GAEL <ul><li>Exemple: </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Déformation acceptée Déformation refusée
    38. 39. <ul><li>Résultats possibles: </li></ul>Le modèle GAEL Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    39. 40. Le modèle GAEL <ul><li>Modèle de données: </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Agent Contrainte Contrainte élastique Agent élastique Agent point Contrainte submicro Objet submicro Contrainte interne submicro Contrainte relationnelle submicro Agent champ Relation agent géo.-champ Agent géographique Contrainte relationnelle agent géo.-champ Contrainte relationnelle champ-agent géo Contrainte agent géographique Agent micro Agent meso discret continu générique relations objet-champ
    40. 41. Mise en œuvre Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    41. 42. Mise en œuvre <ul><li>Cas de mise en œuvre: </li></ul><ul><ul><li>Préservations d’altitude de bâtiment </li></ul></ul><ul><ul><li>Préservation d’écoulement du réseau hydrographique </li></ul></ul><ul><ul><li>Préservation d’appartenance d’un bâtiment à une zone d’occupation du sol </li></ul></ul><ul><ul><li>Déplacement en généralisation </li></ul></ul><ul><ul><li>Généralisation de courbe de niveau </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    42. 43. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’altitude de bâtiment </li></ul><ul><li>Principes : </li></ul><ul><ul><li>Les triangles du relief sont incités à se déplacer pour minimiser les écarts d’altitude des bâtiments situés sur eux </li></ul></ul><ul><ul><li>Les bâtiments incités à se déplacer suivant la pente pour minimiser leur écart d’altitude </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    43. 44. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’altitude de bâtiment </li></ul><ul><li>Résultat : </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Données initiales Données généralisées sans GAEL Données généralisées avec GAEL Déformation du relief 6 0 0 0 0 0 10 6 10 9
    44. 45. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’écoulement de tronçon hydrographique </li></ul><ul><li>Principes : </li></ul><ul><ul><li>Les triangles du relief sont incités à se déplacer et à pivoter pour minimiser l’écart entre les orientations de leur pente et l’orientation moyenne du réseau hydrographique sur eux </li></ul></ul><ul><ul><li>Les segments du réseau hydrographique sont incités à s’orienter selon la pente. </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    45. 46. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’écoulement de tronçon hydrographique </li></ul><ul><li>Résultat : </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Données initiales Données généralisées sans GAEL Données généralisées avec GAEL Déformation du relief
    46. 47. Mise en œuvre <ul><li>Démonstration </li></ul><ul><li>cf. vidéos </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    47. 48. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’appartenance de bâtiment à une zone d’occupation du sol </li></ul><ul><li>Principes : </li></ul><ul><ul><li>Les triangles du champ occupation du sol sont incités à se déplacer pour rétablir l’appartenance des bâtiments qui sont sur eux. </li></ul></ul><ul><ul><li>Les bâtiments sont incités à se déplacer pour appartenir à nouveau à leur zone d’occupation du sol. </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    48. 49. Mise en œuvre <ul><li>Préservation d’appartenance de bâtiment à une zone d’occupation du sol </li></ul><ul><li>Résultat : </li></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives Données initiales Données généralisées sans GAEL Données généralisées avec GAEL Déformation
    49. 50. Mise en œuvre <ul><li>Déplacement en généralisation </li></ul><ul><ul><li>Bâtiments [Craipeau 2007] </li></ul></ul><ul><ul><li>Réseaux </li></ul></ul>Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    50. 51. <ul><li>Généralisation des courbes de niveau </li></ul>Mise en œuvre Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    51. 52. <ul><li>Généralisation des courbes de niveau </li></ul>Mise en œuvre Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    52. 53. Conclusion et perspectives Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    53. 54. <ul><li>Le modèle GAEL permet: </li></ul><ul><ul><li>de disposer d’un modèle de généralisation hybride, </li></ul></ul><ul><ul><li>de prendre en compte les relations objet-champ. </li></ul></ul><ul><li>Modèle implémenté (production) </li></ul><ul><li>Pertinence de l’approche agent : </li></ul><ul><ul><li>en généralisation automatique, </li></ul></ul><ul><ul><li>pour traiter des problème nécessitant de prendre en compte la dualité continu/discret </li></ul></ul>Conclusion et perspectives Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives ou
    54. 55. <ul><li>Perspectives: </li></ul><ul><li>Fusion des modèles de généralisation [Touya 2008] </li></ul><ul><li>Amélioration des stratégies de déformation </li></ul><ul><li>Contrôle de déformation </li></ul><ul><li>Autres mises en œuvre </li></ul>Conclusion et perspectives Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    55. 56. <ul><li>«  Imagine a gorge with a river and a road and a railway. First we plot the river, then we display the road. The railway is displaced further and finally the contours are moved. This presents a very difficult problem for the machine to solve  » </li></ul><ul><li>anonyme, selon [Mackaness 2006] </li></ul>Conclusion et perspectives Introduction Problématique Le modèle GAEL Mise en oeuvre Conclusion et perspectives
    56. 57. Références Bader, M. (2001), 'Energy minimization methods for feature displacement in map generalisation', PhD thesis, universitй de Zurich. Baeijs, C. (1998), 'Fonctionnalité émergente dans une société d'agents autonomes; étude des aspects organisationnels dans les systèmes multi-agents réactifs', PhD thesis, institut national polytechnique de Grenoble. Brassel, K. & Weibel, R. (1988), 'A review and conceptual framework of automated map generalisation', International Journal of Geographical Information Systems 2 (3), 229--244. Burghardt, D. & Meier, S. (1997), Cartographic displacement using the snakes concept, in W. Foerstner & L. Pluemer, ed.,'Semantic modelling for the acquisition of topographic information from images and maps', Birkhaeuser verlag, Basel, . Duchêne, C. (2004), 'Généralisation cartographique par agents communicants: le modèle CartACom', PhD thesis, Universitй Pierre et Marie Curie Paris VI, laboratoire COGIT. Fritsch, E. (1997), 'Représentations de la géométrie et des contraintes cartographiques pour la généralisation du linéaire routier', PhD thesis, universitй de Marne la Vallйe, laboratoire COGIT. Harrie, L. (2001), 'An optimisation approach to cartographic generalisation', PhD thesis, Lund university, Lund institute of technology, department of technology and society. Højholt, P. (2000), 'Solving space conflicts in map generalisation: using a finite element method', Cartography and Geographic Information Sciences 27 (1), 65--74. IGN () , 'Guide opérateur en généralisation, chapitre II'. Jabeur, N. (2006), 'A multi-agent system for on-the-fly web map generation and spatial conflict resolution', PhD thesis, Universitй Laval. Lamy, S.; Ruas, A.; Demazeau, Y.; Baeijs, C.; Jackson, M.; Mackaness, W. & Weibel, R. (1999), AGENT Project: Automated Generalisation New Technology, in '5th EC-GIS Workshop'. Neun, M.; Burghardt, D. & Weibel, R. (2008), 'Automated processing for map generalization using web services', GeoInformatica . Ruas, A. (1999), 'Modèle de généralisation de données géographiques a base de contraintes et d'autonomie', PhD thesis, Universitй de Marne la Vallйe, laboratoire COGIT. Schweizerische Gesellschaft für Kartographie (2002), 'Topografische Karten: kartengrafik und Generalisierung'. für Kartographie, S. G. (1977), Cartographic generalisation, topographic maps , Zürich. Sester, M. (2000), 'Generalization based on least square adjustment', International archives of photogrammetry and remote sensing 23, part B4 , 931--938. Ware, J. M. & Jones, C. B. (1998), 'Conflict reduction in map using iterative improvement', GeoInformatica 2 (4), 383--407.
    57. 58. Des questions?
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