Recherches en généralisation: bilan et perspectives

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1 Journées de la Recherche IGN Recherches en : bilan et perspectives Cécile DUCHÊNE, Laboratoire COGIT Equipe : Cécile DUCHÊNE Julien GAFFURI Jérémy RENARD Guillaume TOUYA Patrick TAILLANDIER 12 mars 2009 IGN, Saint-Mandé

2 Généralisation: objectif BDG Généralisation Généralisation BDG' Données de référence Données métier Base Carte Cartes en séries Cartes métier C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars 2009 Carte à la carte 2

3 Généralisation: objectif Objectif en recherche: Généralisation BDG' Conception de processus BDG automatiques de Généralisation fiables, souples et paramétrables Données de référence Données métier Base Carte Cartes en séries Cartes métier C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars 2009 Carte à la carte 3

4 Plan La : définition, besoins Bilan des recherches en Comment se situent les différents travaux réalisés Zoom sur les travaux récents Utilisation des résultats de recherche à l IGN Positionnent dans la communauté de recherche internationale en Travaux en cours et perspectives C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

5 Situation des différents travaux Spécifications Sont traduites en Comment traduire les besoins utilisateur? F.Hubert (AR accès aux ressources) SYSTÈME DE GÉNÉRALISATION Comment acquérir et enrichir les connaissances procédurales? Sébastien Mustière Patrick Taillandier + stages Données Contraintes de Connaissances procédurales Données généralisées Moteur Comment mieux décrire l'espace? C.Plazanet N.Regnauld J.-F. Hangouët P. Monier J.-G. Affholder X. Barillot A. Boffet + stages, études Modèles et outils d'analyse spatiale Quelle dynamique? A.Ruas C.Duchêne J.Gaffuri G.Touya (thèse en cours) Algorithmes de Comment évaluer des données généralisées? Sylvain Bard + études (EuroSDR) Comment transformer les objets? F.Lecordix E.Fritsch + études C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

6 Survol des travaux récents Comment traduire les besoins utilisateur? Spécifications Sont traduites en Comment acquérir et enrichir les connaissances procédurales? SYSTÈME DE GÉNÉRALISATION Données Contraintes de Connaissances procédurales Données généralisées Moteur Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de Comment évaluer des données généralisées? Comment mieux décrire l'espace? Quelle dynamique? Comment transformer les objets? Sélection de réseaux (G.Touya 06-08) C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

7 Sélection de réseaux Contexte et objectif Travail de Guillaume Touya Suite à une étude de 2005, volonté de concevoir un processus de sélection de réseaux souple et paramétrable Résultats Processus basé sur la détection de structures caractéristiques des réseaux De nombreux travaux de la littérature repris et complétés Application: réseau routier urbain et rural, réseau hydro Zone urbaine Zone rurale Hydrographie C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

8 Survol des travaux récents Comment traduire les besoins utilisateur? Spécifications Sont traduites en Comment acquérir et enrichir les connaissances procédurales? SYSTÈME DE GÉNÉRALISATION Données Contraintes de Connaissances procédurales Données généralisées Moteur Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de Comment évaluer des données généralisées? Comment mieux décrire l'espace? Quelle dynamique? Modèles à base d'agents (thèses A.Ruas 1999, C.Duchêne 2004, J.Gaffuri 2008) Comment transformer les objets? Sélection de réseaux (G.Touya 06-08) C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

9 Dynamique du processus de (1) Question: quel(s) objet(s) généraliser, quand et comment? Approche générale suivie au laboratoire COGIT: Objets géographiques agents géog. [Ruas 1999] [ Projet AGENT Barrault et al. 2001] Je suis un agent Moi aussi Agent: entité autonome - but - capacités de perception, délibération, action, (communication) Ces agents géographiques ont des contraintes à satisfaire analysent la satisfaction de leurs contraintes s'appliquent des transformations géométriques sont activés à tour de rôle cycles Généralisation: guidée par contraintes locale, analyse des conflits pas à pas [Beard 1991] [Brassel & Weibel 1988; McMaster & Shea 1988] C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

10 Dynamique du processus de (2) 3 modèles complémentaires ont été conçus en suivant cette approche AGENT [Ruas 1999; Barrault et al. 2001] : Adapté pour les espaces denses et bien structurés (URBAIN) et les routes de montagne Basé sur une organisation hiérarchique des agents: objets simples/groupes d'objets C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

11 Dynamique du processus de (2) Espace urbain 3 modèles complémentaires ont été conçus en suivant cette approche AGENT [Ruas 1999; Barrault et al. 2001] : Adapté pour les espaces denses et bien structurés (URBAIN) et les routes de montagne Basé sur une organisation hiérarchique des agents: objets simples/groupes d'objets Routes de montagne [Film] C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

12 Dynamique du processus de (2) 3 modèles complémentaires ont été conçus en suivant cette approche AGENT [Ruas 1999; Barrault et al. 2001] : Adapté pour les espaces denses et bien structurés (URBAIN) et les routes de montagne Basé sur une organisation hiérarchique des agents: objets simples/groupes d'objets CARTACOM [Duchêne 2004] : Adapté pour les espaces peu denses, hétérogènes (RURAL) Basé sur des dialogues entre agents C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

13 Dynamique du processus de (2) [Film] C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

14 Dynamique du processus de (2) 3 modèles complémentaires ont été conçus en suivant cette approche AGENT [Ruas 1999; Barrault et al. 2001] : Adapté pour les espaces denses et bien structurés (URBAIN) et les routes de montagne Basé sur une organisation hiérarchique des agents: objets simples/groupes d'objets CARTACOM [Duchêne 2004] : Adapté pour les espaces peu denses, hétérogènes (RURAL) Basé sur des dialogues entre agents GAEL [Gaffuri 2008] : Dédié aux thèmes de fond de carte de type "champ" (RELIEF, OCCUPATION DU SOL) C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

15 Dynamique du processus de (3) Modèle GAEL pour les thèmes de fond de carte Contexte et objectif Thèse de Julien Gaffuri (soutenue juillet 2008) Les thèmes de fond de carte ("champs") doivent pouvoir suivre les thèmes de premier plan tout en les contraignant si besoin Résultats: modèle GAEL Décomposition des thèmes champs à l'aide d'une triangulation Contraintes intra-champ et objets-champs traduites en forces Points des objets champs modélisés comme des agents Initial Après, avant GAEL Après GAEL Déformation relief C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

16 Dynamique du processus de (3) [Film] Modèle GAEL pour les thèmes de fond de carte Contexte et objectif Thèse de Julien Gaffuri (soutenue juillet 2008) Les thèmes de fond de carte ("champs") doivent pouvoir suivre les thèmes de premier plan tout en les contraignant si besoin Résultats: modèle GAEL Décomposition des thèmes champs à l'aide d'une triangulation Contraintes intra-champ et objets-champs traduites en forces Points des objets champs modélisés comme des agents Initial Après, avant GAEL Après GAEL Déformation relief C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

17 Dynamique du processus de (4) A l'issue de la thèse de J.Gaffuri 3 modèles de basés sur une approche multi-agent complémentaires contraintes modélisées et gérées à différents niveaux différents types d'interactions entre agents adaptés à des types d'espaces géographiques différents CARTACOM AGENT GAEL => Comment combiner ces modèles de manière optimale? C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

18 Survol des travaux récents Comment traduire les besoins utilisateur? Spécifications Sont traduites en SYSTÈME DE GÉNÉRALISATION Comment acquérir et enrichir les connaissances procédurales? Révision automatique des connaissances de contrôle (thèse P.Taillandier 2008) Données Contraintes de Connaissances procédurales Données généralisées Moteur Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de Comment évaluer des données généralisées? Comment mieux décrire l'espace? Quelle dynamique? Modèles à base d'agents (thèses A.Ruas 1999, C.Duchêne 2004, J.Gaffuri 2008) Comment transformer les objets? Sélection de réseaux (G.Touya 06-08) C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

19 Révision des connaissances dans un processus par essai/erreur Contexte et objectif Thèse Patrick Taillandier (soutenance prévue décembre 2008) Connaissances de guidage => efficacité et efficience du système de Fastidieuses à mettre au point à la main et doivent pouvoir évoluer Comment les réviser automatiquement en analysant les succès/échecs du système? Résultats Un modèle complet pour la révision des connaissances Diagnostic en ligne, révision hors ligne Révision basée sur le traçage du système pendant qu'il tourne Processus de normal (connaissances initiales) diagnostic Besoin de révision: arrêt du processus normal Révision des connaissances hors-ligne Reprise du processus normal Processus de normal (connaissances révisées) C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

20 Révision des connaissances dans un processus par essai/erreur Connaissances initiales Connaissances révisées Bâtiments non généralisés Problèmes de densité/proximité C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

21 Plan La : définition, besoins Bilan des recherches en Comment se situent les différents travaux réalisés Zoom sur les travaux récents Utilisation des résultats de recherche à l IGN Positionnement dans la communauté de recherche internationale en Travaux en cours et perspectives C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

22 Passage de travaux en production (1) Carte régionale (1: ) Généralisation des routes avec Galbe [Mustière 98] Nouvelle Top 100 (carte au 1: ) Généralisation des routes de montagne avec AGENT Dérivation de bases de données européennes à partir de la BD Carto: projet européen ESDIN en cours Exploitation des travaux sur la sélection de réseau Amélioration de la couche végétation de la BD Topo : Travail d étude réalisé en 2006 (C.Duchêne, G.Touya) Industrialisation par le projet Nouvelle Carte de Base C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

23 Dérivation de la Top100 à partir de la BD Carto: projet Carto 2001 (F.Lecordix) BD Carto BD Top100 C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

24 Etude de la végétation Discrimination forêt/haies/bosquets Recalage et découpage par les réseaux Simplification des contours Squelettisation des haies. Squelettisation haies AVANT APRES C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

25 Passage de travaux en production (2) Production du futur 1: à l étude au Projet «Nouvelle Carte de Base» (F.Lecordix): Modèle AGENT pour la de l urbain Modèle GAEL pour Mise en cohérence hydro/relief Maintien de la cohérence routier/bâti lors de la contextuelle du réseau routier Travaux d étude sur la végétation pour amélioration de sa cartographie C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

26 Réseaux et partenariats à l international Collaborations et réseaux Participation au projet EuroSDR de test de logiciels de (oct 2006-mi 2009, 5 IGN européens, 3 universités) Participation au consortium MAGNET (contact IGN F.Lecordix): échanges d'expertise entre IGNs européens utilisateurs de la plate-forme de Clarity. Animation de la Commission "Généralisation et Représentation Multiple" de l'aci (co-dirigée par S.Mustière). Accueil de 7 chercheurs étrangers en , pour formation et/ou travail en commun C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

27 Plan La : définition, besoins Bilan des recherches en Comment se situent les différents travaux réalisés Zoom sur les travaux récents Utilisation des résultats de recherche à l IGN Positionnement dans la communauté de recherche internationale en Travaux en cours et perspectives Contexte scientifique et recherches en cours Contexte technique, nouveaux besoins et perspectives C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

28 Contexte scientifique en 2008 Travaux récents au COGIT => Des modèles agents complémentaires qui gagneraient à être fusionnés Travaux récents au COGIT et hors COGIT => Un panel de méthodes dédiées à des problèmes différents (types de données, saut d'échelle) Enchaînement d'algorithmes par workflow [Petzold et al. 06] Déformation par moindres carrés [Sester 00; Harrie 01] Sélection de réseaux [Touya 08] Déformation de réseaux pour conflits de proximité: les "beams" [Bader 01] Généralisation de données "catégorielles" type OCS [Bader 97; Haunert 08] C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

29 Travaux en cours: fusion des modèles agent [J.Gaffuri, C.Duchêne ] Mise à plat d'agent, CARTACOM et GAEL pour faciliter leur utilisation couplée Spécifications sont traduites en Données SYSTEME DE GENERALISATION Contraintes de Connaissances Contraintes de Connaissances Contraintes procédurales de Connaissances procédurales procédurales Moteur Moteur Moteur Données généralisées Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de Résultat actuel : Analyse des différences entre les modèles => modèles compatibles Première proposition de modèle mis à plat, en cours de finalisation Objectif: recodage en 2009 C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

30 Travaux en cours: orchestration d'un processus multi-modèles Comment formaliser les contraintes de manière interopérable? Spécifications sont traduites en? [Thèse G.Touya, oct 2007-] Quel processus quand, sur quelle partie des données? Comment gérer -le partitionnement? -les effets de bord aux frontières? Données SYSTEME DE GENERALISATION Contraintes de SYSTEME DE GENERALISATION Connaissances procédurales Contraintes de Connaissances Moteur procédurales SYSTEME DE GENERALISATION Modèles et outils Algorithmes de d'analyse spatiale Contraintes de Connaissances Moteur procédurales Modèles et outils Algorithmes de d'analyse spatiale Moteur Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de AGENT, CartACom, GAEL Moindres carrés Autre processus Données généralisées C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

31 Plan La : définition, besoins Bilan des recherches en Comment se situent les différents travaux réalisés Zoom sur les travaux récents Utilisation des résultats de recherche à l IGN Positionnement dans la communauté de recherche internationale en Travaux en cours et perspectives Contexte scientifique et recherches en cours Contexte technique, nouveaux besoins et perspectives C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

32 Contexte technique et nouveaux besoins Contexte technique au COGIT: plate-forme de recherche Capitalisation des travaux sous LAMPS2 (98-00) puis passage à Clarity (06-08) Plate-forme actuelle: Clarity Environnement de programmation JAVA Facilite l'utilisation de bibliothèques extérieures Facilite la mutualisation avec GeOxygène, plate-forme de recherche du COGIT Contexte dans la communauté de recherche en Initiative pour la mutualisation de prototypes de recherche sous forme de services web (initiateurs: Université Zürich, OSGB) Avantages: Meilleure dissémination des résultats implémentés de recherche Des algorithmes mieux évalués, car davantage testés Permet de tester les travaux des autres sans tout recoder et de "construire au-dessus" Evolution des besoins à l'ign et à l'extérieur Demandes de la production => besoin de code modulaire, spécialisable Au-delà des cartes en série: carte à la carte, géoportail contexte INSPIRE => besoin encore augmenté Aller vers des "services de " [cf. Regnauld 2007] C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

33 Perspectives d'un point de vue technique Objectifs d'un point de vue technique: Implémenter des outils modulaires Pourvoir à terme proposer nos outils sous forme de services (web ou non) 2009: capitalisation des travaux antérieurs Préparation d'une plate-forme de avancée intégrant notamment Un modèle combinant les trois modèles agent Un module de révision des connaissances de contrôle associées (thèse P.Taillandier) Effort sur la modularité et la généricité Identification des entrées-sorties pertinentes Prise en compte du problème de la dépendance au schéma de données C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

34 Perspectives d'un point de vue recherche Objectif : aller vers de la «adaptative» : Processus capables de s adapter à des besoins et données plus variés (dont données thématiques) Sujet peu étudié dans la communauté [Galanda 2003; Foerster 2008] Questions Avons-nous toutes les «briques de bases»? (algorithmes, mesures ) Comment paramétrer le système pour un besoin donné? Aide à l expression du besoin Evaluation automatique de solutions Acquisition/amélioration de connaissances procédurales C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

35 Problématiques de recherche Spécifications Comment traduire les besoins utilisateur? Aide à la traduction des besoins, au paramétrage Généralisation adaptative: données thématiques métier, besoins plus variés Sont traduites en SYSTÈME DE GÉNÉRALISATION Comment acquérir et enrichir les connaissances procédurales? Aide à l'acquisition Données Contraintes de Connaissances procédurales Données généralisées Moteur Modèles et outils d'analyse spatiale Algorithmes de Comment évaluer des données généralisées? Aide à l'évaluation, plus de mesures Comment mieux décrire l'espace? Quelle dynamique? Orchestration et couplage des modèles Comment transformer les objets? C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

36 Merci Questions? C. Duchêne - Journées Recherche IGN, 12 mars

37 Journées de la Recherche IGN Recherches en : bilan et perspectives Cécile DUCHÊNE, Laboratoire COGIT cecile.duchene@ign.fr 12 mars 2009 IGN, Saint-Mandé