FR : Thèse soutenue le 04/12/2015. Codirection : Maurizio Gribaudi (EHESS), Anne Ruas (IFSTTAR) Encadrement : Julien Perret (IGN) Titre : Un SIG pour le suivi d'objets historiques urbains à travers l'espace et le temps EN : Thesis defended on 04 December 2015 Cosupervisors : Maurizio Gribaudi (EHESS), Anne Ruas (IFSTTAR) IGN supervisor : Julien Perret (IGN) Title : A GIS for tracking urban historical objects through space and time

2. Contexte
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Des sources d’information géohistoriques pour l’analyse des
transformations de la ville en histoire
Archives Gazetiers Données SIG
Gallica/BnF Pleiades ALPAGE [Costa12]
p.1

3. Contexte : analyse des dynamiques urbaines en histoire
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Étudier les phénomènes de morphogénèse et sociaux à
plusieurs échelles
p.2

4. Contexte : analyse des dynamiques urbaines en histoire
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Étudier les phénomènes de morphogénèse et sociaux à
plusieurs échelles
p.2

5. Contexte : analyse des dynamiques urbaines en histoire
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Croiser des sources pour explorer les transformations urbaines.
p.3

6. SIG historiques : Existant
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Rumsey Map Collection [Yip08]
VisionOfBritain [Gregory05]
GeohistoricalData [Perret15]
Mapping Decline [Gordon09]
p.4

7. Objectifs de la thèse
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Problématique en géomatique
Comment extraire et explorer des objets géohistoriques pour
permettre l’analyse des transformations urbaines?
p.5

8. Objectifs de la thèse
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Problématique en géomatique
Comment extraire et explorer des objets géohistoriques pour
permettre l’analyse des transformations urbaines?
Objectif
Approche de constitution de données spatio-temporelles sur
l’espace urbain ancien à partir des sources géohistoriques.
p.5

9. Sources géohistoriques parisiennes
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.6

10. Plan
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Schéma général de la proposition
p.7

11. Partie 1 : Intégration des sources géohistoriques
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Besoin pour l’analyse historique
Situer les sources dans le même référentiel pour les comparer.
p.8

12. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe usuel
Affecter à chaque pixel d’une image une coordonnée dans sys-
tème de coordonnées projeté.
p.9

13. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Transformation géométrique F
Appui sur points d’amer
Estimation statistique : affines, polynomiales, etc.
Qualité géométrique d’une carte [Jenny11]
p.10

14. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Limites dans le cas des sources parisiennes
Comment placer des points d’amer si l’espace a changé?
Quelle fiabilité du contenu des plans?
p.11

15. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Limites dans le cas des sources parisiennes
Comment placer des points d’amer si l’espace a changé?
Quelle fiabilité du contenu des plans?
p.11

16. Proposition / projection
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Composantes de l’erreur résiduelle
p.12

17. Proposition /projection
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Élimination de l’erreur liée à la projection ancienne
Proposition
Approximation de la projection ancienne par Lambert I
NTF.
p.12

18. Proposition
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Ajout d’une mesure de la qualité interne
Proposition
Approximation de la projection ancienne par Lambert I
NTF.
Mesure de la qualité interne : points de mesure par
thèmes cartographiques
p.12

19. Proposition / points d’amer
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Une structure fiable : le carroyage p.13

20. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Application à l’atlas de Verniquet (72 feuilles)
Reconstitution du carroyage (100x100 toises du châtelet)
p.14

21. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Application à l’atlas de Verniquet (72 feuilles)
Choix d’un modèle de transformation
p.15

22. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Application à l’atlas de Verniquet (72 feuilles)
Points de mesure : bâtis (523 pts), rues (779 pts)
Points de mesure et vecteurs d’erreur résiduelle (x10).
p.16

23. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Utilisation des points de mesure
Validation de Lambert 1 : recherche d’erreur systématique
Analyse des thèmes : modèles d’erreur différents
p.17

24. Temporalisation
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe usuel
Affecter un temps valide à chaque source.
Limites dans le cas des sources géohistoriques
Durée de levé topographique
Corrections et mises à jour
Incertitudes de datation
p.18

25. Temporalisation
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Proposition : temps valide → période imprécise
Représentation de périodes temporelles floues [DeRunz08]
Temps valide de l’atlas de Verniquet
Temporalisation des 4 atlas de Paris p.18

26. Partie 1 : conclusion
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Sur le géoréférencement
Approche validée sur 3 atlas
Généricité de l’approche : besoin d’une structure stable et
fiable
Significativité des mesures : erreur de pointé
Critique fine de l’atlas de Verniquet : multiples levés
On montre son statut de référentiel ancien
p.19

27. Partie 1 : conclusion
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Sur la temporalisation
Représentation formelle des incertitudes temporelles
Pas d’ordre total des sources...
Temporalisation des 4 atlas de Paris
p.19

28. Partie 2 : intégration de données géohistoriques
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Besoin pour l’analyse historique
Travailler à l’échelle des objets micro + respect des sources
p.20

29. Extraction et structuration d’objets cartographiques
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe usuel
Vectorisation selon les standards ISO TC 211 et OGC.
Croisement de plusieurs sources si besoin...
p.21

30. Extraction et structuration d’objets cartographiques
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe usuel
Vectorisation selon les standards ISO TC 211 et OGC.
Croisement de plusieurs sources si besoin...
Limites dans le cas géohistorique
Pas de croisements pour retrouver la généalogie des
données
Double processus d’abstraction lors de la vectorisation
p.21

31. Processus de double observation
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.21

32. Processus de double observation
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.21

33. Processus de double observation
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.21

34. Modèle de données snapshots
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Modèle observation-trace
Proposition : modèle trace / observation
Observation géohistorique → Trace vectorisée
Extension des standards ISO/OGC pour le temps flou
p.22

35. Modèle de données snapshots
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Proposition : modèle trace / observation
Modèle instancié dans une base de données relationnelle
Représentation géométrique des temporalités floues
[VanDaele14]
Schéma de données observation-trace
p.23

36. Vectorisation des sources
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Réseaux de rues vectorisés
p.24

37. Parti 2 : conclusion
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Base de données spatiale et temporelle
Vectorisation de 3 atlas (+ Vasserot)
Dépendance forte des observations aux sources
géohistoriques.
p.25

38. Partie 3 : intégration spatio-temporelle
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Besoin pour l’analyse historique
Représenter et instancier les transformations entre observations.
p.26

39. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe
Modèle de données spatio-temporel.
→ graphe spatio-temporel [DelMondo10]
Éléments du graphe spatio-temporel
Modèle formel inféré à partir d’une base relationnelle
Représentation du temps : instants
Processus spatio-temporels inférés
Opérateurs de haut niveau
p.27

40. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Deux états du Louvre
p.28

41. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Graphe spatio-temporel vide
p.28

42. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Relation de filiation
p.28

43. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Relations de filiation
p.28

44. Graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Limites liées aux données géohistoriques
Filiations inconnues
Identité approximée par un ensemble d’attributs
Graphe ST Graphe géohistorique
Primitive temp. instant ensemble flou
Ordre temporel total partiel
Snapshots par instants par sources géohistoriques
Identités prédéfinie inconnue a priori
p.29

45. Graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Taxonomie des processus élémentaires de transformation proposée.
p.30

46. Graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Processus de stabilité et de transformation
p.31

47. Graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Processus de scission
p.32

48. Peuplement d’un graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Comment identifier les relations de filiation?
Un exemple de transformation...
p.33

49. Peuplement du graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Comment identifier les relations de filiation?
...et son graphe géohistorique associé.
p.34

50. Instanciation du graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Principe
Construction manuelle
Limites liées aux données géohistoriques
Quantité de données
Hétérogénéité des observations
Identité dépendant du point de vue adopté
p.35

51. Instanciation du graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Proposition
Peuplement semi-automatique par appariement de données
géographiques par prise en compte de connaissances impar-
faites. [Olteanu08]
Fusion d’information : Fonctions de croyance
[Dempster76][DeRunz08]
p.36

52. Instanciation du graphe géohistorique
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Proposition : passage aux processus spatio-temporels
Introduction d’une structure dédiée : hypergraphe de
filiations Hf
Hf pour le cas de la rue du Cygne
p.37

53. Appariement Spatio-Temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Comment identifier le bon processus?
Quel processus décrit la transformation la plus vraisemblable?
Quelques cas possibles...
p.38

54. Appariement spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Comment évaluer la vraisemblance?
Sources d’informations : critères spécialisés
Choix de critères d’identité en fonction d’un point de vue...
Identité Temporalité
Liés aux données Tri flou [Yager83]
Antécédence [Kolodziejczyk86]
p.39

55. Appariement Spatio-Temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Proposition : ajout d’informations
Plus d’observations pour plus d’informations sur les chaînes
de transformations → appariement N-sources.
Un hypergraphe multi-sources (>2)
p.40

56. Proposition : méthode semi-automatique d’appariement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.41

57. Proposition : méthodes de résolution
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Découverte des processus les plus vraisemblables
Énumération → explosion combinatoire
Optimisation stochastique : recuit simulé mono-objectif
H∗
f
argmax{V(Hf ) : Hf ∈ H}
Typage des relations de filiation
Classification par fusion d’informations imparfaites
Trois classes : continuation (γ), dérivation (δ), erreur ( )
p.42

58. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Observations géohistoriques et identité
Observations : tronçons de rue
Identité : Géométrie (forme, localisation) + nom de rue
Sources d’informations
Géométrie : distance de Fréchet [Alt95]
Noms de rues : similarité entre chaînes de caractères [Samal04]
p.43

59. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.44

60. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.45

61. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.46

62. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.47

63. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.48

64. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.49

65. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Evaluation / appariement de données géographiques
Approche spécialisée sur les réseaux [Mustière& Devogele08]...
...mais seulement 2 à 2.
Vérité terrain construite manuellement.
Méthode Snapshots Rappel Précision Fmesure
[Mustiere08] Verniquet → Vasserot 0.836 0.98 0.90
- Vasserot → Jacoubet 0.75 0.86 0.8
- Jacoubet → Municipal 0.30 0.90 0.45
Appariement ST Verniquet → Vasserot 0.95 0.90 0.93
- Vasserot → Jacoubet 0,76 0.71 0.736
- Jacoubet → Municipal 0.52 0.74 0.61
Qualité de l’appariement sur le quartier Saint Martin
p.50

66. Expérimentations
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Carte des tronçons disparus depuis Verniquet p.51

67. Partie 3 : conclusion
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Sur le graphe géohistorique
Modèle ST adapté aux observations géohistoriques
Taxonomie des processus de transformations urbaines
Sur la méthode de peuplement
Adaptation à différents points de vue expert
Identification des relations de filiation a posteriori
Méthode de peuplement : Appariement ST
semi-automatique N-sources
p.52

68. Conclusion générale
p.53

69. Conclusion générale :Bilan
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.54

70. Conclusion générale : contributions
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
En histoire
Outils pour la critique des sources géohistoriques
Possibilité d’analyse des transformations selon différents
points de vues...
...à partir d’information brute
En géomatique
Modèle de représentation des observations géohistoriques
fondé sur les standards ISO/OGC...
...et de leurs transformations...
...identifiées par appariement semi-automatique n-sources. p.55

71. Perspectives à moyen terme
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Amélioration de l’approche
Intégrer des sources géohistoriques d’autre nature
Observations mixtes au sein d’un même graphe?
Amélioration de l’appariement : passage à l’échelle, temps
de calcul, paramétrage, etc.
Peuplement d’autres modèles : STAG? [Costes15]
p.56

72. Perspectives à long terme
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Des outilsdesaisieetd’explorationdegraphesgéohistoriques
Le crowdsourcing pour passer à l’échelle?
Envisager l’appariement comme un processus expert?
Quels outils d’exploration visuelle proposer?
Boucle méthodologique histoire/géomatique
Recherche de corrélations entre modèles d’erreur de
différents plans...
...pour améliorer la production d’observations
géohistoriques.
p.57

73. Merci de votre attention
Graphe géohistorique complet du quartier Saint-Martin, 4 sources.
p.58

74. Géoréférencement
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Points d’amer sur le carroyage
446 points répartis sur 72 feuilles
Points d’amer sur une
feuille Répartition des points d’amer
p.59

75. Emprise des sources utilisées
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.60

76. Saint-Martin-des-Champs / CNAM
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.61

77. Saint-Martin-des-Champs / CNAM
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.62

78. Saint-Martin-des-Champs / CNAM
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.63

79. Saint-Martin-des-Champs / CNAM
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.64

80. Points d’amer sur les rues
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.65

81. Points d’amer sur le bâti
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
p.66

82. Analyse qualitative
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Minimiser le risque d’erreur d’interprétation
- hétérogénéité interne : précision, temporalités multiples.
- liens entre plans : réutilisation des tracés, de la
triangulation, etc.
Existant
Historiographies : Verniquet [Pronteau86], Vasserot [Noizet08]
Jacoubet, Municipal?
p.67

83. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Relations spatiales
p.68

84. Graphe spatio-temporel
Introduction Intégration des sources Intégration de données géohistoriques Intégration spatio-temporelle
Relations spatio-temporelles
p.69