Faciliter la téléopération d'un robot mobile non-holonome (application au maintien à domicile des personnes âgées)

Le maintien de personnes âgées au domicile le plus longtemps possible est censé apporter une réponse à la croissance de l espérance de vie en occident et a des coûts toujours croissants pour la société. ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet CompanionAble, qui vise a fournir une solution intégrée maison intelligente - robot aux personnes âgées, vivant seules. L'objectif est de maintenir un confort en fin de vie à un niveau élevé et à traiter les situations dangereuses pour elles, comme les chutes, avant que les conséquences ne deviennent trop importantes. Les éléments qui m intéressent dans ce cadre sont le robot et l opérateur, qui se trouve à l extérieur de la maison, et qui peut téléopérer le robot en vue d interagir avec la personne âgée, soit pour des activités ludiques (visioconférence, exercices de stimulation cognitive), soit pour des situations d urgence (chute, perte de connaissance de la personne âgée). Pour maintenir les coûts du système à un niveau raisonnable, on a envisagé l utilisation de l internet public pour la connexion entre le site maître (où se trouve l opérateur) et le site esclave (où se trouve le robot). Une autre spécificité du notre système est le fait que les utilisateurs ne sont pas des spécialistes de la téléopération. J ai donc cherché à faciliter la tâche de pilotage du robot, dans ce contexte spécifique. Du côté de l interface, on a cherché à aider l opérateur traitant les problèmes liés aux délais de transmission (possibles à cause de l utilisation de l internet) et lui donner la possibilité d utiliser une interface écologique, qui utilise des éléments de réalité augmentée. Du côté du robot, on a rajouté un nouveau mode de commande, semi-autonome, pour que l opérateur soit plus à l aise pendant qu il le déplace. Pour finir, on a examiné la possibilité de passer d un mode de commande à un autre, pour que l opérateur soit le moins affecté que possible par des perturbations et que les performances du système restent acceptables. Les solutions proposées ont été implantée sur un système réel et évaluées au laboratoire et en situations réelles dans le cadre du projet européen CompanionAble.Enabling older people to live in their homes as long as possible is supposed to respond to the growth of life expectancy in the west and the increasing costs to society. The present thesis was conducted in the framework of the companionable, which aims to provide an integrated smart home - robot for the elderly, which are living alone. The objective is to maintain the end of life comfort at a high level and to deal with dangerous situations for them, such as falls, before the consequences become too costly. The elements that interest me in this context are the robot and the remote operator, which is outside the home, and can teleoperate the robot to interact with the elderly, for recreational activities ( videoconferencing, cognitive stimulation exercises) or for emergency situations (falls, loss of consciousness, etc.). To keep the system costs to a reasonable level, we considered using the public internet as the connection between the master site (where the operator is) and the slave site (where the robot is). another unique feature of our system is that users are not specialists in teleoperation. As such, i tried to ease the task of controlling the robot, in this specific context. On the remote control interface side, we tried to help the operator in dealing with the problems associated with transmission delays (due to the possible use of the internet) and we gave him/her the option of using an ecological interface, which uses elements of augmented reality. On the robot side, we added a new command mode, semi-autonomous, so that the operator is more at ease as he/she controls the robot. finally, we examined the possibility of switching from one control mode to another, so that the operator is the least affected by possible disturbances and system performance is kept acceptable. The proposed solutions have been implemented on a real system and evaluated in the laboratory and in real situations, in the framework of the european CompanionAble project.EVRY-Bib. électronique (912289901) / SudocSudocFranceF

Association optimale d'utilisateurs dans un réseau cellulaire hétérogène

Actuellement, le nombre d’utilisateurs voulant accéder aux réseaux cellulaires ne cesse de croître remarquablement. Cette observation est d’ailleurs illustrée dans plusieurs rapports techniques sous forme de courbes. D’un autre côté, la demande des utilisateurs en termes de ressources est de plus en plus exigeante et les ressources demandées sont la plupart du temps volumineuses, pour les applications telles que les jeux en réseaux ou encore les vidéos. Il a donc été constaté, il y a plusieurs années, que l’application du réseau conventionnel n’est plus appropriée pour les évolutions technologiques dont le monde fait face aujourd’hui. Ainsi, les industriels et les académiciens ont développé l’idée d’exploiter l’hétérogénéité des réseaux cellulaires, où différents types de cellules sont embarquées dans le même réseau. Le but de l’utilisation des petites cellules conjointement avec des macrocellules conventionnelles est donc de pouvoir servir le maximum d’utilisateurs possible tout en satisfaisant la qualité de service qu’ ils exigent. De plus, l’exploitation de cette hétérogénéité s’avère moins onéreuse comparée au cas où d’autres macrocellules seraient ajoutées aux réseaux. Cependant, les réseaux HetNets engendrent plusieurs complexités et défis importants. Parmi eux sont le problème d’équilibrage de la charge et de sélection cellulaire entre la macrocellule et les petites cellules, un problème qui est dû notamment à la disparité de leur puissance de transmission, de leur couverture, à la quantité de ressources qui y sont disponibles. Un deuxième défi important est la gestion de la mobilité de l’utilisateur lorsqu’il traverse une région picocellulaire ou femtocellulaire surtout si la vitesse de l’utilisateur est élevée. Le troisième point important à considérer est l’interférence mesurée par les utilisateurs associés aux petites cellules à partir des macrocellules. Cette interférence est due principalement au fait que les utilisateurs sont forcés de s’associer aux petites cellules en présence de macrocellules avoisinantes. Par conséquent, dans cette thèse, nous tentons de trouver une solution pour les trois points énumérés précédemment, soit, la selection cellulaire, le transfert intercellulaire et la réduction de l’interférence dans un réseau HetNet. Dans une première partie, pour répondre au problème d’association de nature NP-complet dans HetNet, nous proposons des algorithmes heuristiques. Plus précisément, deux algorithmes y sont étudiés. Le premier est une technique d’association basée sur l’extension dynamique de la couverture picocellulaire. Le deuxième algorithme quant à lui est une technique d’association de l’utilisateur se reposant sur le gain en équité qu’il mesurerait de la cellule voisine potentielle. Nous constatons alors, qu’en plus d’être moins complexe à réaliser, les algorithmes heuristiques proposés donnent une meilleure performance compare aux méthodes générales proposées dans la littérature si on se focalise sur la diminution de l’inéquité de la charge cellulaire et sur l’homogénéité de la distribution des utilisateurs dans le réseau. Dans une deuxième partie, notre objectif est d’optimiser l’équité des utilisateurs dans le HetNet et de réduire l’interférence mesurée par l’utilisateur associé aux femtocellules étendues. Dans cette optique, nous exploitons une fois de plus, la technique d’extension de la couverture cellulaire. Ainsi, nous proposons une technique optimale d’extension coordonnée de couverture cellulaire qui calcule les biais optimaux des cellules en tenant compte des paramètres jugés les plus importants pour l’atteinte de l’optimalité. Nous prouvons que, comparée à certaines méthodes précédemment étudiées dans la littérature, la technique que nous proposons résulte en une meilleure amélioration de l’équilibrage de la charge, de l’équité entre les utilisateurs ainsi que du débit réalisable de chaque utilisateur. Dans une troisième partie, nous tentons d’améliorer l’expérience de transfert intercellulaire d’un utilisateur en considérant un scénario où ce dernier traverse une couverture femtocellulaire. Le transfert intercellulaire étant l’une des techniques de gestion de la mobilité dans les réseaux cellulaires. Ainsi, nous proposons une technique basée sur l’utilité dont l’idée principale est de concevoir de nouvelles fonctions d’utilité via une function objective spécifique qui tient compte de l’exigence de l’utilisateur. Par la suite, le biais de transfert est déduit et inséré dans les politiques de décision de transfert. Nous en concluons qu’un gain élevé est obtenu en ce qui concerne la probabilité d’assignation à la femtocellule tout en maintenant un nombre acceptable de transferts intercellulaire

Approche évolutionnaire pour la planification d'itinéraires dans un environnement dynamique

Le problème de planification d'itinéraires dans un environnement dynamique est un problème complexe. Ce problème est d'autant plus difficile que les décisions doivent se prendre dans un temps limité, en se basant sur des informations incertaines et qui évoluent dans le temps. Nous nous sommes intéressés aux méthodes métaheuristiques, et plus particulièrement aux algorithmes génétiques pour résoudre ce problème. Plusieurs approches habituellement proposées pour ce problème sont purement prescriptives et ne garantissent que la convergence vers une solution réalisable au détriment de l'optimalité. De plus, les approches basées sur les algorithmes génétiques souffrent toutes du problème de calibrage des paramètres, une étape importante quand quelqu'un décide de les utiliser. Notre thèse s'inscrit dans le cadre de cette nouvelle direction de recherche et puise sa motivation plus particulièrement dans la volonté de répondre à quelques-unes des problématiques rencontrées dans des applications temps-réel. Nous proposons une approche générique utilisant un processus évolutionnaire à deux niveaux pour régler le problème de calibrage de combinaisons d'opérateurs dans les algorithmes génétiques. Nous avons développé une stratégie d'attente qui exploite des connaissances probabilistes sur les événements futurs afin de produire des solutions robustes et de meilleure qualité en temps réel. De plus, dans le cas des problèmes de transport utilisant des flottes de véhicules (pour la distribution des biens et services), l'approche proposée reflète la réalité de façon plus adéquate en considérant différentes situations observées en pratique comme des temps de voyage variables, et en intégrant des stratégies et mécanismes appropriés pour chacune des situations identifiées. Nous avons présenté une vision plus large du concept de diversion et nous avons introduit une condition d'acceptation d'une diversion dans la planification d'itinéraires en temps réel. Afin de faire face aux pressions temporelles inhérentes à un contexte dynamique, nous avons opté pour des implantations parallèles afin d'accélérer les temps de réponse. Enfin, des tests numériques ont été réalisés à l'aide de simulations utilisant une adaptation des instances de problèmes de Solomon pour le problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps (VRPTW). Dans ce problème, il s'agit d'affecter des requêtes de clients qui arrivent en temps réel à une flotte de véhicules en mouvement. Ce processus implique aussi la construction simultanée d'un ensemble d'itinéraires planifiés qui satisfont la demande, tout en respectant diverses contraintes. Afin de minimiser les biais, le même jeu de données utilisé dans la littérature pour le VRPTW dynamique a été employé pour réaliser notre étude. Les résultats numériques confirment la pertinence des différentes stratégies que nous avons développées et la supériorité de notre approche de planification d'itinéraires en temps réel comparativement à d'autres méthodes proposées dans la littérature

Un système multi-agent pour l'enseignement et la simulation de tâches coopératives

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal

Sélection et réglage de paramètres pour l'optimisation de logiciels d'ordonnancement industriel

L’utilisation d’un logiciel d’ordonnancement industriel fait intervenir une multitude de paramètres dont le réglage influence fortement la qualité des résultats. A l’heure actuelle, ce réglage est effectué de façon manuelle, après un travail souvent fastidieux au cours de l’installation initiale du logiciel’ De plus, une fois spécifiées, les valeurs de ces paramètres sont rarement remises en cause par les utilisateurs, du fait de leur manque d’expérience et du nombre important de paramètres à ajuster. L’idée que nous développons ici consiste à utiliser des métaheuristiques pour automatiser cette tâche. Deux problèmes seront abordés : la sélection des paramètres pertinents et leur réglage en fonction des exigences de l’utilisateur. Nous proposons de résoudre ces deux problèmes de façon simultanée, en introduisant des stratégies de sélection au sein des métaheuristiques. Cette approche est appliquée au logiciel d’ordonnancement Ortems® et validée sur plusieurs cas industriels. ABSTRACT : The use of scheduling software requires to set-up a number of parameters that have a direct influence on the schedule quality. Nowadays, this set-up is obtained manually after an extensive effort during initial software installation. Moreover, this set-up is rarely called into question by users, due to their lack of experience and to the high number of parameters involved. It is suggested in this thesis the use of metaheuristics to automate this task. Two problems are considered: selection of relevant parameters and their tuning according to user requirements. We suggest here an approach to solve these problems simultaneously, based on the combination of metaheuristics with some parameter selection strategies. An implementation framework has been developed and tested on an industrial scheduler, named Ortems®. The first results of the use of this framework on real industrial databases are described and commented

Modèle multi-agents d'aide à la décision pour la gestion des services préhospitaliers d'urgence

La nécessité de mieux comprendre et maîtriser la complexité des systèmes d’information exige le développement de nouvelles méthodes de modélisation et de résolution de problèmes. Ce travail de recherche s’intéresse à la conception et la modélisation d’un système d’aide à la décision dans lequel le savoir et les compétences de l’expert permettent d’analyser et de proposer de nouveaux modèles multi-agents. Le développement d’un tel modèle relève un certain nombre de difficultés de conception, liés notamment à l’efficience et l’efficacité du processus de calcul et de résolution du problème, auxquels on apporte des éléments de solution. Beaucoup de systèmes complexes se caractérisent par des dynamiques non linéaires, désordonnées et aléatoires, en résumé compliquées dans le sens où leur assimilation demande du temps et du talent. Les méthodes mathématiques classiques (équations différentielles, modèles probabilistes, etc.) peuvent s’avérer inappropriées pour modéliser de tels systèmes dans lesquels l’interaction occupe un rôle très important. La modélisation à base d’agents réactifs est l’une des techniques de modélisation microscopique les plus répandues. Pourquoi choisir une modélisation orientée agent plutôt qu’un autre méta-modèle de modélisation? Premièrement, le modèle agent est très riche. Il aide ainsi le concepteur à schématiser facilement des processus qualitatifs et quantitatifs et permet d’interagir des entités hétérogènes aux architectures diverses. Pourtant, la raison principale est souvent liée à la vocation de modélisation : bien appréhender la relation entre actions/comportements individuels et action/comportement collectif. Ce travail est mené principalement dans un cadre applicatif lié au problème de planification et de gestion des services préhospitaliers d’urgence (SPU). En effet, on trouve un ensemble de recherches qui traitent le sujet de la gestion et de la planification des SPU. Chaque travail de recherche traite une problématique bien spécifique de ce domaine, soit la confection des horaires des ambulanciers, soit la gestion de la demande en services préhospitaliers, ou la gestion des véhicules/ambulances, etc. Cette thèse s’intéresse à la problématique de planification des services préhospitaliers d’urgence afin de mieux répondre à la demande de service et par conséquence diminuer le temps-réponse des ambulanciers. Elle adopte une approche de résolution globale et intégrée. Elle vise la proposition d’un modèle sous forme de différentes composantes d’aide à la décision. Elle intègre des techniques d’optimisation touchant à la fois la planification des horaires, la gestion des remplacements, la gestion de la flotte de véhicules, la gestion de la capacité des dépôts, la couverture de la demande et la gestion des événements spéciaux. Le modèle proposé est basé sur une architecture multi-agents et permet de répondre aux contraintes et aux aléas survenus lors de la planification des SPU. Le travail réalisé dans le cadre de cette thèse est articulé autour de trois articles suivants : • « Integrated and global approach (IGAP) based on multi-agent systems for the management of prehospital emergency services », soumis à Computers & Industrial Engineering de Elsevier. Cet article présente une introduction aux systèmes multiagents appliqués aux SPU et propose une nouvelle approche globale et intégrée pour sa résolution appelée IGAP. • « Scheduling Model for Prehospital Emergency Services », soumis à l’European Journal of Operational Research de Elsevier. Cet article traite le problème de confection d’horaires des techniciens ambulanciers. Notre contribution réside dans la proposition d’un modèle mathématique appelé « set covering » qui résout un problème de couverture intégré dans un nouveau système suffisamment flexible de confection d’horaires. • « Multi-Agent Decision-Making Support Model for the Management of Prehospital Emergency Services », publié dans International Journal of Machine Learning and Computing, de IACSIT. Cet article porte sur le thème de la modélisation et de l’aide à la décision dans le cadre des systèmes complexes dont on propose une architecture à base d’agents d’aide à la décision dédiée à la gestion des services préhospitaliers d’urgence