Conception et développement d'un service Web de contexte spatial dédié aux téléphones intelligents dans le cadre de jeux éducatifs interactifs

Actuellement, avec l’essor de l’informatique ubiquitaire, un intérêt grandissant est porté à l’exploitation du contexte de l’utilisateur pour une adaptation des applications et de leur contenu à ses besoins et activités en temps réel, dans divers domaines (tourisme, maisons intelligents, hôpitaux). De cet intérêt résulte bon nombre de projets traitant la définition et l’élaboration de modèles de contexte et de plateformes de gestion dudit contexte. Dans le cadre du projet GéoÉduc3D, l’utilisation du contexte pour l’amélioration de l’aspect immersif et interactif de jeux éducatifs revêt un intérêt certain. Ce cadre applicatif (jeux éducatifs, réalité augmentée, téléphones intelligents) est complètement différent et amène la question de l’interopérabilité peu abordée dans les précédents travaux. Nos travaux ont donc pour objectif de concevoir et d’implémenter une solution informatique dédiée à l’acquisition et à la diffusion de contexte spatial dans un environnement multi-joueurs sur et pour des téléphones intelligents. Dans ce but, nous proposons tout d’abord une nouvelle définition et une modélisation du contexte spatial adapté à notre cadre particulier. Ensuite, nous présentons l’architecture d’un système orienté service pour la gestion de cette information contextuelle. Afin de tester notre approche, un prototype de service Web a été élaboré selon trois fonctions principales : récupération des informations auprès des téléphones intelligents ; enregistrement des données dans la base de données et interrogation flexible en mode synchrone ou asynchrone des données. Ce travail de recherche ouvre ainsi la voie à la conception et au développement d’applications de jeux éducatifs, destinées à n’importe quel type de téléphone intelligent, sensible au contexte spatial des joueurs dans un environnement multi-joueurs.Currently, with the rise of ubiquitous computing, one is growing interest in using the user context, for adapting applications and their contents to users’ needs and activities in real time, in different fields (tourism, smart homes, and hospitals). Many projects dealing with the definition and context models and management platforms have emerged. In the GeoEduc3D project, exploiting the context to improve the immersive and interactive aspects of interactive educational games is to be explored. This particular application framework (serious games, augmented reality, smart phones) is completely different and brings the issue of interoperability, which was not really addressed in previous work. Therefore, our work aims to design and implement a solution dedicated to the acquisition and dissemination of spatial context in a multi-players environment on and for smart phones. For this purpose, we first propose a definition and modeling of spatial context. Then we define the architecture of a service-oriented system for managing that information. To test our approach, a Web service prototype was developed according to three main functions: retrieving information from smart phones, storing data in the database and query flexible synchronous or asynchronous data. This research opens the way for the design and development of context-aware serious games applications for any type of smart phone, in a multiplayer environment

A methodology to produce geographical information for land planning using very-high resolution images

Actualmente, os municípios são obrigados a produzir, no âmbito da elaboração dos instrumentos de gestão territorial, cartografia homologada pela autoridade nacional. O Plano Director Municipal (PDM) tem um período de vigência de 10 anos. Porém, no que diz respeito à cartografia para estes planos, principalmente em municípios onde a pressão urbanística é elevada, esta periodicidade não é compatível com a dinâmica de alteração de uso do solo. Emerge assim, a necessidade de um processo de produção mais eficaz, que permita a obtenção de uma nova cartografia de base e temática mais frequentemente. Em Portugal recorre-se à fotografia aérea como informação de base para a produção de cartografia de grande escala. Por um lado, embora este suporte de informação resulte em mapas bastante rigorosos e detalhados, a sua produção têm custos muito elevados e consomem muito tempo. As imagens de satélite de muito alta-resolução espacial podem constituir uma alternativa, mas sem substituir as fotografias aéreas na produção de cartografia temática, a grande escala. O tema da tese trata assim da satisfação das necessidades municipais em informação geográfica actualizada. Para melhor conhecer o valor e utilidade desta informação, realizou-se um inquérito aos municípios Portugueses. Este passo foi essencial para avaliar a pertinência e a utilidade da introdução de imagens de satélite de muito alta-resolução espacial na cadeia de procedimentos de actualização de alguns temas, quer na cartografia de base quer na cartografia temática. A abordagem proposta para solução do problema identificado baseia-se no uso de imagens de satélite e outros dados digitais em ambiente de Sistemas de Informação Geográfica. A experimentação teve como objectivo a extracção automática de elementos de interesse municipal a partir de imagens de muito alta-resolução espacial (fotografias aéreas ortorectificadas, imagem QuickBird, e imagem IKONOS), bem como de dados altimétricos (dados LiDAR). Avaliaram-se as potencialidades da informação geográfica extraídas das imagens para fins cartográficos e analíticos. Desenvolveram-se quatro casos de estudo que reflectem diferentes usos para os dados geográficos a nível municipal, e que traduzem aplicações com exigências diferentes. No primeiro caso de estudo, propõe-se uma metodologia para actualização periódica de cartografia a grande escala, que faz uso de fotografias aéreas vi ortorectificadas na área da Alta de Lisboa. Esta é uma aplicação quantitativa onde as qualidades posicionais e geométricas dos elementos extraídos são mais exigentes. No segundo caso de estudo, criou-se um sistema de alarme para áreas potencialmente alteradas, com recurso a uma imagem QuickBird e dados LiDAR, no Bairro da Madre de Deus, com objectivo de auxiliar a actualização de cartografia de grande escala. No terceiro caso de estudo avaliou-se o potencial solar de topos de edifícios nas Avenidas Novas, com recurso a dados LiDAR. No quarto caso de estudo, propõe-se uma série de indicadores municipais de monitorização territorial, obtidos pelo processamento de uma imagem IKONOS que cobre toda a área do concelho de Lisboa. Esta é uma aplicação com fins analíticos onde a qualidade temática da extracção é mais relevante.Currently, the Portuguese municipalities are required to produce homologated cartography, under the Territorial Management Instruments framework. The Municipal Master Plan (PDM) has to be revised every 10 years, as well as the topographic and thematic maps that describe the municipal territory. However, this period is inadequate for representing counties where urban pressure is high, and where the changes in the land use are very dynamic. Consequently, emerges the need for a more efficient mapping process, allowing obtaining recent geographic information more often. Several countries, including Portugal, continue to use aerial photography for large-scale mapping. Although this data enables highly accurate maps, its acquisition and visual interpretation are very costly and time consuming. Very-High Resolution (VHR) satellite imagery can be an alternative data source, without replacing the aerial images, for producing large-scale thematic cartography. The focus of the thesis is the demand for updated geographic information in the land planning process. To better understand the value and usefulness of this information, a survey of all Portuguese municipalities was carried out. This step was essential for assessing the relevance and usefulness of the introduction of VHR satellite imagery in the chain of procedures for updating land information. The proposed methodology is based on the use of VHR satellite imagery, and other digital data, in a Geographic Information Systems (GIS) environment. Different algorithms for feature extraction that take into account the variation in texture, color and shape of objects in the image, were tested. The trials aimed for automatic extraction of features of municipal interest, based on aerial and satellite high-resolution (orthophotos, QuickBird and IKONOS imagery) as well as elevation data (altimetric information and LiDAR data). To evaluate the potential of geographic information extracted from VHR images, two areas of application were identified: mapping and analytical purposes. Four case studies that reflect different uses of geographic data at the municipal level, with different accuracy requirements, were considered. The first case study presents a methodology for periodic updating of large-scale maps based on orthophotos, in the area of Alta de Lisboa. This is a situation where the positional and geometric accuracy of the extracted information are more demanding, since technical mapping standards must be complied. In the second case study, an alarm system that indicates the location of potential changes in building areas, using a QuickBird image and LiDAR data, was developed for the area of Bairro da Madre de Deus. The goal of the system is to assist the updating of large scale mapping, providing a layer that can be used by the municipal technicians as the basis for manual editing. In the third case study, the analysis of the most suitable roof-tops for installing solar systems, using LiDAR data, was performed in the area of Avenidas Novas. A set of urban environment indicators obtained from VHR imagery is presented. The concept is demonstrated for the entire city of Lisbon, through IKONOS imagery processing. In this analytical application, the positional quality issue of extraction is less relevant.GEOSAT – Methodologies to extract large scale GEOgraphical information from very high resolution SATellite images (PTDC/GEO/64826/2006), e-GEO – Centro de Estudos de Geografia e Planeamento Regional, da Faculdade de Ciências Sociais e Humanas, no quadro do Grupo de Investigação Modelação Geográfica, Cidades e Ordenamento do Territóri