CRC 
Centre de recherche sur les Risques et les Crises 
Formalisation d’un Environnement d’Aide à l’Analyse Géovisuelle Ap...
Plan 
1 
Introduction 
Contexte de la thèse 
Etat de l’art 
Problématique de recherche 
2 
Analyse géovisuelle et Maritime...
Introduction 
Contexte de la thèse 
Etat de l’art 
Problématique de recherche 
Naufrage du Rena à Astrolabe (NZ) (5/10/201...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
« Espace de rigueur et de liberté » ...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
Où est le risque ?... 
Peu ou pas d’...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
Approche complémentaire par l’analys...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
Visualiser : espace, temps et sémant...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
L’humain doit garder le contrôle : s...
Introduction 
>> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche 
Hypothèses de recherche 
•Assister l...
Analyse géovisuelle et Maritime Domain Awareness 
Positionnement de notre recherche 
Rôles de la visualisation 
Analyse et...
Contextual Control Model et milieu maritime 
Décideurs 
Evènements Retours 
Concepts 
Actions 
Système contrôlé Trafic mar...
Analyse géovisuelle et MDA 
(Davenport & Risley, 2006) 
>> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compr...
>> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement 
GeoVA focuses on visual interface...
Analyse géovisuelle et MDA 
>> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement 
Traje...
Analyse géovisuelle et MDA 
Processus d’analyse de données de mouvements (d’après Andrienko & Andrienko, 2013) 
>> Positio...
Modélisation d’un environnement d’aide à la GeoVA 
Méthodologie et système général 
Modèles proposés 
Règles de raisonneme...
Modélisation d’un EAAG 
Environnement d’aide à l’analyse géovisuelle (EAAG) Geovisual Analytics Support Environment 
•Assi...
Modélisation d’un EAAG 
Méthodologie proposée 
•Evaluation de méthodes de visualisation 
–Technologies web : 3 tiers, SOLA...
Ontologies 
Règles 
Raisonneur 
Modélisation d’un EAAG 
>> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles d...
Modélisation d’un EAAG 
Définition des ontologies 
An ontology is a formal explicit specification of a shared conceptualiz...
Modélisation d’un EAAG 
>> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 
21
Modélisation d’un EAAG 
Modèle de visualisation 
•Reference Model pattern : modèle général pour la visualisation 
•Modèles...
Modélisation d’un EAAG 
>> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 
Multi-dimensions...
Modélisation d’un EAAG 
>> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 
Exemple de modél...
Modélisation d’un EAAG 
Modèle du contexte 
•Profil de l’utilisateur modélisé selon l’utilisation de la GeoVA 
•Buts d’uti...
Modélisation d’un EAAG 
Modèle du contexte 
•Profil de l’utilisateur modélisé selon l’utilisation de la GeoVA 
•Buts d’uti...
Modélisation d’un EAAG 
Règles SWRL pour l’étude de la situation 
>> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >...
Démonstration 
Prototypage 
Utilisation de l’EAAG 
Collision entre le tanker Eagle Otome et la péniche Dixie Vengeance à P...
Démonstration 
>> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG 
Interface d’utilisation ontologie 
•Technologie Java (OWL API) 
•U...
Preuve de concept et Démonstration 
>> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG 
Situation potentiellement à risque 
•Un navir...
Preuve de concept et Démonstration 
>> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG 
Formalisation de la situation étudiée 
•Buts ...
Preuve de concept et Démonstration 
>> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG 
Formalisation de la situation étudiée 
•Buts ...
Preuve de concept et Démonstration 
>> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG 
Phases 
Evènements 
Méthodes proposées 
Appro...
Conclusion
Bilan 
•Définition du concept d’environnement d’aide à l’analyse géovisuelle 
•Nécessité de l’approche formelle : partage ...
Perspectives 
Modélisation et environnement d’aide à l’analyse géovisuelle 
•Approche et développement “centrés utilisateu...
Merci de votre attention! 
Gabriel Vatin 
MINES ParisTech – PSL Research University 
Centre de recherche sur les Risques e...
Prochain SlideShare
Chargement dans…5
×

Thèse - Formalisation d’un Environnement d’Aide à l’Analyse Géovisuelle

660 vues

Publié le

Soutenance de thèse - 21/11-2014
MINES Paristech

0 commentaire
0 j’aime
Statistiques
Remarques
  • Soyez le premier à commenter

  • Soyez le premier à aimer ceci

Aucun téléchargement
Vues
Nombre de vues
660
Sur SlideShare
0
Issues des intégrations
0
Intégrations
4
Actions
Partages
0
Téléchargements
10
Commentaires
0
J’aime
0
Intégrations 0
Aucune incorporation

Aucune remarque pour cette diapositive

Thèse - Formalisation d’un Environnement d’Aide à l’Analyse Géovisuelle

  1. 1. CRC Centre de recherche sur les Risques et les Crises Formalisation d’un Environnement d’Aide à l’Analyse Géovisuelle Application à la Sécurité et Sûreté de la Maritimisation de l’Energie Gabriel Vatin Sous la direction d’Aldo Napoli Soutenance de thèse - 21 Novembre 2014
  2. 2. Plan 1 Introduction Contexte de la thèse Etat de l’art Problématique de recherche 2 Analyse géovisuelle et Maritime Domain Awareness Positionnement de notre recherche Rôles de la visualisation Analyse et compréhension du mouvement 3 Modélisation d’un environnement d’aide à la GeoVA Méthodologie et système général Modèles proposés Règles de raisonnement 4 Démonstration Prototypage Utilisation de l’EAAG 5 Conclusion Bilan Perspectives 2
  3. 3. Introduction Contexte de la thèse Etat de l’art Problématique de recherche Naufrage du Rena à Astrolabe (NZ) (5/10/2011)
  4. 4. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche « Espace de rigueur et de liberté » Economie Energie •90% du commerce mondial •90% du pétrole et gaz en Europe •1/3 production mondiale de pétrole Sécurité •Accidents, catastrophes naturelles •Protection des passagers •Pollution Sûreté •Attaques pirates •439 en 2011, 72 en 2014 •10 Md €/an Sécurité et Sûreté de la Maritimisation de l’Energie (Napoli, 2014) 4
  5. 5. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche Où est le risque ?... Peu ou pas d’outils d’analyse supportés (Glandrup, 2013) Affichage d’information ≠ Découverte de connaissances (MacEachren & Brewer, 2004 ; Cai, 2005) Trafic dense, données mobiles > Surcharge cognitive (Davenport & Risley, 2006) Nécessité de mettre en place des outils d’analyse du mouvement 5
  6. 6. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche Approche complémentaire par l’analyse visuelle Sous- estimation du rôle de la carte Mise en retrait du rôle de l’être humain Effet boite noire par une détection automatisée Pistes de recherche •Modéliser des règles de comportements •Découvrir les comportements (a-)normaux •Simuler les comportements à risques •Reconnaissance automatisée ou supervisée des menaces Approche privilégiée : > Automatiser la détection 6
  7. 7. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche Visualiser : espace, temps et sémantique •Flux et clusters (Demsar & Virrantaus, 2010 ; Andrienko & Andrienko, 2011) •Densité de trajectoires, zones sensibles (Willems, 2011) •Carte de Kohonen, modèles gaussiens (Riveiro, 2011 ; Guo et al., 2011) (Linköping University) Pas ou peu de documentation sur l’utilisation/usage de ces méthodes Nombreuses possibilités pour explorer l’information géographique Trois dimensions à prendre en compte Recherche très active et productive 7
  8. 8. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche L’humain doit garder le contrôle : surveillance et détection •Davenport & Risley, 2006 •Morel et al., 2010 •Riveiro & Falkman, 2011… La géovisualisation comme outil reconnu d’exploration et d’analyse des mouvements •Kraak, 2006 •Willems, 2011 •Andrienko & Andrienko, 2013 Postulats de recherche 8
  9. 9. Introduction >> Contexte de la thèse >> Etat de l’art >> Problématique de recherche Hypothèses de recherche •Assister l’opérateur dans l’utilisation de solutions géovisuelle permet d’améliorer l’analyse des situations à risques •Une représentation formelle du contexte d’utilisation et des solutions d’analyse géovisuelle permet de guider dans l’utilisation de ces méthodes Objectifs de la thèse Proposer une méthodologie d’aide à la GeoVA pour l’analyse de comportements à risques Etudier l’usage de méthodes GeoVA pour l’analyse de mouvements Modéliser les environnements GeoVA et leurs utilisations Concevoir un environnement d’aide à l’analyse géovisuelle (EAAG) Approche centrée sur le processus d’analyse des données de mouvements 9
  10. 10. Analyse géovisuelle et Maritime Domain Awareness Positionnement de notre recherche Rôles de la visualisation Analyse et compréhension du mouvement Trajectoires, vitesses et arrêts de navires autour du port de Toulon (29/03/2013)
  11. 11. Contextual Control Model et milieu maritime Décideurs Evènements Retours Concepts Actions Système contrôlé Trafic maritime Acteurs SSME - surveillance - analyse >> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement Mise à jour Analyse géovisuelle et MDA COCOM (Hollnagel & Woods,2005) •Boucle de contrôle •Différents rôles •« Systèmes cognitifs joints » homme + technologie (Woods et al. 1990) Notre recherche Aide à l’analyse d’évènements dans un système à risques 11
  12. 12. Analyse géovisuelle et MDA (Davenport & Risley, 2006) >> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement 12
  13. 13. >> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement GeoVA focuses on visual interfaces to analytical methods that support reasoning with and about geo-information to enable insights about something for which place matters. (MacEachren, 2012) Exploration •Recherche de sens dans les données Analyse •Recherche basée sur une hypothèse –Validation de résultats automatisés Conclusions de Geoviz Hamburg (mars 2013) •Aide à la décision (Andrienko et al., 2007; Ahola et al., 2007; Wilkening & Fabrikant, 2011…) •Caractérisation du « normal », détection d’anomalies (Davenport & Risley, 2006; Roy, 2008; 2011; Riveiro, 2011…) •Extraction de motifs dans des données d’objets mobiles (Demsar et al., 2010; Willems, 2011; Guo et al., 2011; Enguehard et al., 2013…) Analyse géovisuelle et MDA 13
  14. 14. Analyse géovisuelle et MDA >> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement Trajectoire •Courbe décrite par un objet en mouvement Mouvement •Déplacement d'un corps, changement de position dans l'espace Comportement •Action, réaction, fonctionnement et évolution spatio- temporelle dans certaines situations d’un objet (Peuquet, 1994 ; Etienne, 2011 ; Idiri, 2013 ; Vandecasteele et al., 2014) Géométrie Sémantique Temporalité 14
  15. 15. Analyse géovisuelle et MDA Processus d’analyse de données de mouvements (d’après Andrienko & Andrienko, 2013) >> Positionnement >> Rôles de la visualisation >> Analyse et compréhension du mouvement Visualisation trajectoires •Trajectoires •Clusters et agrégation Exploration trajectoires •Attributs •Evènements •Motifs reconnus Vue d’ensemble mouvement •Généralisation •Agrégation, flux •Densité Analyse mouvements & Contexte •Proximité, approche •Contexte géographique, météorologique 15
  16. 16. Modélisation d’un environnement d’aide à la GeoVA Méthodologie et système général Modèles proposés Règles de raisonnement Visualisation 3D de la carte de Minard (source : blog Kenneth Field, 2013)
  17. 17. Modélisation d’un EAAG Environnement d’aide à l’analyse géovisuelle (EAAG) Geovisual Analytics Support Environment •Assister et guider lors de l’analyse de données géographiques –Application à l’analyse de mouvements –Cas d’étude dans le domaine maritime •Proposer des méthodes de visualisation qui soient utiles dans le processus de raisonnement visuel •S’adapter au contexte d’utilisation •Inclure un catalogue méthodes de visualisation •Accès rapide aux solutions choisies Utilisation •Surveillance temps réel •Analyse a posteriori >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Environnement d’aide à la résolution de problèmes (PSE) (Gallopoulos et al., 1992, 1994 ; Jung et al., 2013) Système d’aide à la décision (DSS) (Sprague, 1980 ; Jackson, 1999 ; Power, 2002 ; Andrienko & Andrienko, 2007) Système expert / à base de connaissances (KBS) (Smith, 1985 ; Jackson, 1999) 17
  18. 18. Modélisation d’un EAAG Méthodologie proposée •Evaluation de méthodes de visualisation –Technologies web : 3 tiers, SOLAP, etc. –Solutions bureautiques : SIG, softs, etc. •Sélection de méthodes de visualisation –Espace, temps, sémantique –Solutions utilisées de manière opérationnelle –Solutions publiées par la recherche GIScience •Choix du formalisme pour la modélisation –Partage + interprétation machine •Développement de modèles données et visualisation >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 18
  19. 19. Ontologies Règles Raisonneur Modélisation d’un EAAG >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Environnement d’aide à l’analyse géovisuelle (Vatin & Napoli, 2013 - 2014) Profil utilisateur Tâches Cas d’utilisation Solutions Données Interface requête / sélection Méthodes GeoVA 19
  20. 20. Modélisation d’un EAAG Définition des ontologies An ontology is a formal explicit specification of a shared conceptualization. (Gruber, 1993) •Formalisation des connaissances –Concepts (classes) –Relations d’inclusion (is-a) –Relations sémantiques –Individus –Propriétés données / objets •Spécification des règles –SWRL (Semantic Web Rule Language) –Règles logiques de la forme if  then –Appliquées par un raisonneur sémantique >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Si X est-un Bateau() Et X se-propulse-par Moteur () Alors X est-un Bateau_a_moteur() Bateau(?X), se-propulse-par(?X, Moteur) -> Bateau_a_moteur(?X) 20
  21. 21. Modélisation d’un EAAG >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 21
  22. 22. Modélisation d’un EAAG Modèle de visualisation •Reference Model pattern : modèle général pour la visualisation •Modèles séparés : données + vues + contrôles (Card & Macklinlay, 1999) •Data State Reference Model (Chi, 1998 ; 2000) >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement 22
  23. 23. Modélisation d’un EAAG >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Multi-dimensions Temps Espace Espace / temps Contexte Modèle de visualisation •31 méthodes de visualisation formalisées dans l’ontologie 23
  24. 24. Modélisation d’un EAAG >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Exemple de modélisation de visualisation •Représentation vitesse •Représentation arrêts 24
  25. 25. Modélisation d’un EAAG Modèle du contexte •Profil de l’utilisateur modélisé selon l’utilisation de la GeoVA •Buts d’utilisations liés à une succession de tâches •Buts associés à différents risques >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Situation User Goal 25
  26. 26. Modélisation d’un EAAG Modèle du contexte •Profil de l’utilisateur modélisé selon l’utilisation de la GeoVA •Buts d’utilisations liés à une succession de tâches •Buts associés à différents risques >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Situation User Goal Utilisateur •Environnement de travail : mobilité, temporalité •Education : statistiques, abstraction •Expérience : facilité de reconnaissance, nombre de données •Compétences technologiques : abstraction, dimensions de la visualisation •Profession : identifiant pour étude postérieure 26
  27. 27. Modélisation d’un EAAG Règles SWRL pour l’étude de la situation >> Méthodologie et système général >> Modèles proposés >> Règles de raisonnement Situation • Récupérer les tâches d’analyse à mener VisualSpace : évaluation • Evaluer les visualisations selon la temporalité des données • Evaluer les visualisations selon les tâches VisualSpace : sélection 1 • Sélection : rechercher les visualisations adaptées (théorie) • Restriction : supprimer les méthodes non adaptées à un paramètre User : sélection 2 • Restriction : supprimer les méthodes non adaptées au profil Situation • Ajouter les méthodes sélectionnées • Ajouter les environnements sélectionnés isAdapted_param booléan isAdapted booléan S_hasVisSpace VisualSpace S_hasTask Task 27
  28. 28. Démonstration Prototypage Utilisation de l’EAAG Collision entre le tanker Eagle Otome et la péniche Dixie Vengeance à Port Arthur, Texas (23/01/2010)
  29. 29. Démonstration >> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG Interface d’utilisation ontologie •Technologie Java (OWL API) •Utilisable / téléchargeable depuis un navigateur •Copie / lecture / écriture de l’ontologie en local par l’application 29
  30. 30. Preuve de concept et Démonstration >> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG Situation potentiellement à risque •Un navire sans AIS (B) s’approche d’un tanker (A) •Pas de réponse radio •Plusieurs scénarios –Attaque pirate ? (1) –Dérive + secours ? (2) –Collision non anticipée ? (3) –Trajectoires parallèles sans menace (4) Detect the expected and discover the unexpected •Validation / confirmation de scénario(s) choisi(s) •Analyse de la dynamique –Formes trajectoires –Vitesse au cours du déplacement –Changements de caps –… 30
  31. 31. Preuve de concept et Démonstration >> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG Formalisation de la situation étudiée •Buts d’utilisation : associés à différents risques et tâches 31
  32. 32. Preuve de concept et Démonstration >> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG Formalisation de la situation étudiée •Buts d’utilisation : associés à différents risques et tâches •Situation : choix du but ou tâche, utilisateur, temporalité, données disponibles •Utilisateur : environnement de travail, rôle et caractéristiques 32
  33. 33. Preuve de concept et Démonstration >> Prototypage >> Utilisation de l’EAAG Phases Evènements Méthodes proposées Approche A : trajectoire rectiligne HeadingGraph TrajectoryMap SpeedMap SpeedGraph A : vitesse 10 noeuds B : trajectoire rectiligne HeadingGraph TrajectoryMap SpeedMap SpeedGraph B : vitesse rapide A&B : approche en cours TrajectoryMap CPA Manoeuvres A&B : trajectoire zigzag HeadingGraph TrajectoryMap A devance B SpeedGraph TrajectoryMap B : vitesse similaire à A SpeedGraph SpeedMap Abordage A&B : vitesses quasi- nulles SpeedGraph StopMap A&B : accolés TrajectoryMap Contexte : Mer calme WaveForceMap DensityMap Zone peu fréquentée Tanker (rouge) Inconnu (gris) Scénario « attaque pirate » 33
  34. 34. Conclusion
  35. 35. Bilan •Définition du concept d’environnement d’aide à l’analyse géovisuelle •Nécessité de l’approche formelle : partage et intégration aux SI •Complémentarité détection automatique / analyse géovisuelle •Vers des systèmes de surveillance « résilients » ? Nouvelles méthodes Validation d’hypothèses Découverte de connaissances Basé sur l’expérience humaine > Repousse les limites de la détection actuelle 35
  36. 36. Perspectives Modélisation et environnement d’aide à l’analyse géovisuelle •Approche et développement “centrés utilisateur” –Amélioration du profil utilisateur –User Centered Design (ISO 9241-210:2010) •Séquences dans la stratégie d’analyse visuelle –Prise en compte de l’ordre des tâches d’analyse –Apprentissage du système (Jackson, 1999) Nouvelles pistes de recherche •Impact de la qualité de représentation –Design (couleurs, etc) [normes S-52 OHI] –Qualité des données (ISO 19157:2013) –Impact sur les analyses menées et les décisions –Données manquantes (Davenport et Risley, 2006) Source : cenisis.com Source : serrewet.com 36
  37. 37. Merci de votre attention! Gabriel Vatin MINES ParisTech – PSL Research University Centre de recherche sur les Risques et les Crises Sophia Antipolis, France gabriel.vatin@mines-paristech.fr

×