Travaux de recherche

La géomatique se définit comme étant la « discipline ayant pour objet la gestion et le traitement des données à références spatiale et temporelle, qui fait appel aux sciences et aux technologies reliées à leur acquisition, leur stockage, leur traitement et leur diffusion » [Office la langue française du Québec, 1993].
La géomatique est par définition interdisciplinaire et mobilise des compétences tant dans les domaines des sciences humaines et sociales qu’en informatique, statistique et mathématiques.

Mots clés

Système d’Information, Données spatio-temporelles, Images satellites, Métadonnées, Représentation des connaissances, Web sémantique, Thesaurus, Ontologies, Qualité des données, Recherche d’information

Modélisation et représentation des connaissances

Ontologies spatio-temporelles

J’ai coordonné avec Christophe Claramunt, l’action de recherche GOST du GDR MAGIS, qui visait à étudier les avancées scientifiques et les verrous en matière d’ontologies spatio-temporelles. Nous souhaitions à terme faire de nouvelles propositions en matière de modélisation qui pourraient servir aux diverses communautés impliquées dans le GDR (télédétection, analystes, modélisateurs, …). Pour atteindre ces objectifs, l’action de recherche a été découpée en plusieurs parties:

Dresser un bilan des concepts relatifs au spatio-temporel qui ont été développés au cours des deux dernières décennies, en spécifiant les domaines scientifiques et d’applications qui émergent.
Dresser un bilan sur les ontologies et leurs usages actuels dans les études spatio-temporelles.
Dresser un bilan des expérimentations spatio-temporelles développées au cours des deux dernières décennies et analyser les modèles et les techniques utilisées et les résultats obtenus

La première étape a été effectuée. Elle a consisté à identifier les triplets (concept, domaines d’application, et références) présents dans la littérature, et de vérifier dans plusieurs domaines applicatifs comment ces concepts ont été employés et opérationnalisés via des ontologies. Elle a conduit au recensement d’un peu plus de 150 termes et à la définition d’un métamodèle qui situe les objets d’étude les uns par rapports aux autres [Plumejeaud et al. 2013]. Une carte mentale qui instancie le métamodèle avec des exemples issus de notre recensement a également été proposée.

Modélisation des connaissances métiers et spatio-temporelles

De septembre 2010 à septembre 2012, j’ai effectué un postdoctorat dans l’équipe SIC (Systèmes d’Information et de Connaissance) de l’ UMR Espace-Dev de Montpellier. J’ai effectué des travaux autour de la modélisation des connaissances spatio-temporelles et expertes, principalement, dans le cadre de deux projets européens réalisé au sein de l’UMR: Cartam-Sat (Cartographie dynamique des Territoires AMazoniens : des Satellites aux AcTeurs, PO FEDER 2007-2013) et BIOSOS (Biodiversity Multi-SOurce Monitoring System: From Space To Species, FP7 2007-2013).
Un des objectifs de ces projets était de réduire le fossé sémantique entre la connaissance issue de l’image satellite et la « réalité terrain » exprimée par un expert du domaine, ceci dans le but de développer de nouveaux algorithmes de télédétection. Dans ce contexte, mes travaux se sont orientés autour de deux problématiques : (1) modéliser la connaissance spatio-temporelle inhérente aux entités qui entrent en jeu dans l’interprétation des images et (2) modéliser la connaissance métier selon les deux points de vue associés au processus de télédétection i.e. le point de vue de l’image et le point de vue de l’expertise terrain.
Dans ce cadre, j’ai tout d’abord mis en place un métamodèle de la représentation de la connaissance spatio-temporelle, basé sur les normes géographiques ISO 191xx et OGC [Pierkot 2012]. Nous avons ensuite défini un cadre méthodologique permettant d’harmoniser la conception des ontologies relatives à la connaissance métier et celles relatives aux informations issues des images satellitaires [Andres et al. 2012]. En parallèle à ce travail et en collaboration avec les thématiciens de l’UMR, nous avons modélisé les connaissances métiers liées aux domaines étudiés (littoral, occupation du sol) [Faure et al. 2012]. Enfin, nous avons utilisé ces différents modèles que nous avons associés à des mécanismes de raisonnement, afin de découvrir de nouvelles connaissances non explicitement définies [Andres et Pierkot 2013].

Métadonnées et recherche d’informations

Une autre part de mes activités de recherche concerne l’intégration de métadonnées dans un but de recherche d’informations environnementales. En particulier, nous avons travaillé à l’amélioration sémantique de MDweb, un outil de catalogage et de localisation de ressources, développé au sein de l’UMR Espace-Dev et de l’entreprise Geomatys. Une de ses principales fonctions était d’être un moteur de recherche de ressources géospatiales qui s’appuyait sur l’interrogation des métadonnées géographiques et métiers, décrivant le contenu et la nature de la donnée. Ces métadonnées étaient normalisées (ISO 19115, Dublin Core, …) et stockées dans une base de données relationnelle. Le partage et la mutualisation des ressources entre différentes communautés nous ont amenés à réfléchir à de nouvelles solutions permettant de mieux gérer l’hétérogénéité des normes spécifiques à chaque communauté. En parallèle, nous avons chercher à améliorer les réponses aux requêtes thématiques et/ou spatiales du moteur de recherche. Cependant, la manière dont étaient structurées et stockées ces métadonnées ne permettait pas d’exploiter les éventuelles relations entre éléments de métadonnées, ni les liens entre les différentes normes. L’objectif de nos travaux étaient donc d’ajouter une composante sémantique pour (1) aider l’utilisateur dans la formulation de ses requêtes et fournir un résultat plus proche de ses attentes et besoins et (2) permettre d’établir des passerelles entre les éléments de métadonnées spécifiés selon différentes normes. Le premier point a fait l’objet de travaux de modélisation des connaissances du domaine avec des thésaurus et des ontologies, ceci afin de guider ensuite l’utilisateur dans la formulation de sa requête [Pierkot et Desconnets 2011].

Le second point a fait l’objet d’une étude sur les techniques de stockage et d’interrogation du web sémantique (NoSql, triple store, …), ceci afin de proposer une structure pour les métadonnées basée sur le format RDF du W3C [Desconnets et Pierkot 2013]. Les langages du web sémantique suivent une logique orientée graphe, il est alors possible d’exploiter les algorithmes de la théorie des graphes pour établir les liens entre concepts de différentes normes en réduisant de ce fait l’hétérogénéité sémantique. Dans le cadre de cette étude, nous avons été formé par un post-doctorant mathématicien au logiciel de statistique R.

Géo-visualisation

Dans le cadre du postdoctorat effectué au sein de l’UMR GRED et de l’équipe GeoVIS du LASTIG de l’IGN, j’ai participé au projet MapMuxing dont l’objectif global est de concevoir des techniques de multiplexing cartographique. Mes travaux ont été effectué dans un contexte de gestion d’une crise environnementale (un Tsunami situé dans les Caraïbes). Mon rôle dans ce projet a été de proposer un démonstrateur qui utilise différentes techniques de multiplexage spatial et temporel, afin d’améliorer la visualisation des nombreuses données hétérogènes (topographiques, météo, aléa, …) qui sont projetées sur les différents écrans utilisés dans une salle de gestion crise environnementale (mur d’écran, ordinateur, tablette). Pour y parvenir, nous avons dans un premier temps spécifié les relations spatiales, temporelles et sémantiques qui pouvaient exister entre les données et entre les fenêtres de visualisation qui sont utilisées dans une salle de gestion de crise. Avec ce modèle conceptuel, nous avons proposé un démonstrateur qui met à disposition de l’utilisateur, à chaque échelle spatiale (régional, local, urbain), un ou plusieurs outils de multiplexage (loupe, animation temporelle, split/merge, …) permettant de visualiser conjointement ou distinctement les données à disposition, selon le besoin de l’expert et l’urgence de la situation (avant, pendant ou après la crise). Les résultats obtenus ont montré l’intérêt d’utiliser des techniques de multiplexage, afin d’améliorer la visualisation des nombreuses données hétérogènes, dans un contexte particulier de gestion de crise environnementale où la décision des experts se doit d’être rapide et adaptée [Pierkot et al. 2019].

Qualité des données spatio-temporelles

Pendant l’année universitaire 2009-2010, j’ai intégré l’équipe D’OC du laboratoire de recherche LIRMM de Montpellier où j’ai effectué mes travaux dans la thématique « Ingénierie des systèmes d’information des systèmes complexes » dirigée par Mme T. Libourel. Nous avons constaté que la qualité des données spatio-temporelles était spécifiée essentiellement à partir du point de vue du producteur et qu’il n’était pas possible, pour un utilisateur tiers, d’apprécier l’adéquation des données décrites avec l’usage envisagé (fitness for use). J’ai donc initié un axe de réflexion autour de ces notions de qualité et d’usages de la donnée spatiale. Deux pistes ont été exploitées pour définir cette qualité, d’une part en fonction du contexte (métadonnées) [Pierkot 2010] et d’autre part en fonction de l’usage (ontologies métiers) [Pierkot et al. 2011a].

Thèse de doctorat

Je me suis intéressée au cours de ma thèse, principalement à la mise à jour de systèmes militaires distribués sur un réseau de communication, utilisant des données spatiales comme support d’information et aide à la décision. L’information n’est pas centralisée, les données sont répliquées sur chaque site et les utilisateurs peuvent ponctuellement être déconnectés du réseau, par exemple lorsqu’une unité mobile va faire des mesures sur le terrain.
La problématique principale concerne donc la gestion dans un contexte militaire, d’une application collaborative permettant la mise à jour asynchrone et symétrique de données géographiques répliquées selon un protocole à cohérence faible optimiste. Cela nécessite de définir un modèle de cohérence approprié au contexte militaire, un mécanisme de détection des mises à jour conflictuelles lié au type de données manipulées et des procédures de réconciliation des écritures divergentes adaptées aux besoins des unités participant à la mission.
Les sujets principaux de mes activités se sont donc inscrits d’une part dans la gestion des échanges entre plusieurs acteurs sur un réseau distribué, et d’autre part dans le contrôle de la cohérence de données répliquées dans un contexte de mise à jour multimaîtres. Concernant la gestion des échanges sur un réseau distribué, je me suis intéressée aux Infrastructures de Données Spatiales (SDI) dont le but est de favoriser une meilleure gestion des échanges entre des utilisateurs de données géographiques ayant un objectif commun, et aux métadonnées qui permettent d’ajouter l’information complémentaire qui pourrait faire défaut sur les données sources.
Concernant le contrôle de cohérence des données répliquées, j’ai proposé une stratégie globale d’intégration des mises à jour multi-sources [Pierkot, 2007a], [Pierkot, 2008].
Cette stratégie est basée sur une vérification de la cohérence couplée à des sessions de mises à jour. Son originalité réside dans le fait qu’elle s’appuie sur des métadonnées pour fournir des solutions de réconciliation adaptées au contexte particulier d’une mission militaire.

Télécharger le manuscrit

Projet ENVOL VDC

Le projet ENVOL VDC s’est intéressé aux solutions techniques à mettre en place pour permettre la prise en compte, la diffusion et l’intégration des évolutions dues à la mise à jour, et à l’enrichissement des informations spatiales, tout en maintenant la cohérence globale entre les différents systèmes opérationnels déployés.
Le projet ENVOL VDC étant confidentiel, je ne détaillerai pas ici les résultats obtenus.

Synthèse d’image

Stage de DEA 2IL (Informatique de l’Image et du Langage)

Sujet de recherche : Visualisation de réservoirs [Pierkot, 2003]

Directeur de recherche : Mr W. Lefer, Professeur à l’ Université de Pau et des Pays de l’Adour, responsable de l’équipe Visualisation Scientifique.

Résumé : Ce stage s’est déroulé en partenariat avec la société TotalFinaElf et traite de la visualisation de très grandes scènes 3D dans le domaine de la prospection pétrolière. L’objectif était d’étudier les approches possibles en modélisation à plusieurs niveaux de détails et les algorithmes d’affichage de tels modèles, qui soient adaptés aux scènes issues de l’imagerie sismique. Après une étude exhaustive de toutes les méthodes existant dans la littérature, nous avons implémenté le modèle de Hoppe et la technique de calcul de l’erreur de Garland. Les développements ont été effectués en Java et Java3D.

Travaux d’Etudes et de Recherche effectués en maîtrise

Sujet : Génération automatique d’interface graphique pour VTK

Résumé : VTK (the Vizualisation ToolKit) est une bibliothèque orientée objet pour la visualisation de données. Le but de ce TER était de proposer une interface graphique qui maintienne l’intégrité du logiciel, et respecte la cohérence entre le logiciel et l’interface. Le traitement a été décomposé en deux étapes : analyse du code source (lexicale, syntaxique et sémantique) et exploitation des résultats de l’analyse afin de générer l’interface. Le travail qui nous a été demandé porte sur la seconde phase, c’est-à-dire la génération des interfaces client et serveur. Les développements ont été effectués en C++ et en Motif.

Publications

La liste des publications relative à ces travaux de recherche est disponible ici.

Responsabilités collectives et individuelles

Animation de la recherche

2012-2014 : Coordination du groupe de travail « Ontologies spatio-temporelles » du GDR MAGIS
Coordination des réunions du projet Cartam-Sat de l’UMR Espace Dev

Comités de programme et Relectures

Membre du comité de programme de la conférence SAGEO 2014
Membre du comité de programme de la conférence SeCoGIS 2013
Membre du comité de programme de la conférence SAGEO 2013
Membre du comité de programme du workshop IFGIS’ 2013
Relectrice de la conférence Inforsid 2012 et 2013.
Relectrice pour la session ISIE de la conférence Inforsid 2011

Expertise

Experte CIR pour le ministère de l’enseignement supérieur et de la recherche

Comité d’organisation

Membre du comité d’organisation de la conférence Inforsid 2012

Encadrement de thèse

J’ai participé à l’encadrement de la thèse de Samuel Andrés, dont le sujet porte sur « les ontologies dans les images satellitaires », qui a été soutenue en décembre 2013 .