On Spatial Database Integration

This paper investigates the problems that arise when application requirements command that autonomous spatial databases be integrated into a federated one. The paper focuses on the most critical issues raised by the integration of databases of different scales. A short presentation of approaches to interoperability and of the main steps composing the integration process is given first. Next, a general format is proposed for precisely defining correspondences between objects of two databases. The format can deal with a wide range of discrepancies in GIS data. Last, a solution is presented for aggregation conflicts which arise when one object of one database corresponds to a set of objects in the other database, a very frequent case when the databases are of different scales. The method is applied to excerpts of real cartographic databases

Maritime monitoring

The maritime environment still represents an unexploited potential for modelling, management and understanding of mobility data. The environment is diverse, open but partly ruled, and covers a large spectrum of ships from small sailing-boats to super tankers which generally exhibit type-related behaviours. Similarly to terrestrial or aerial domains, several real-time positioning systems, such as the Automatic Identification System (AIS), have been developed for keeping track of vessel movements. However the huge amounts of data provided by these reporting systems are rarely used for knowledge discovery. This chapter aims at discussing different aspects of maritime mobilities understanding. This chapter enables readers to, first, understand the intrinsic behaviour of maritime positioning systems and then proposes a methodology to illustrate the different steps leading to trajectory patterns for the understanding of outlier detection

Système d'information géographique temporelle maritime ; Des distances linéaires à l'analyse temps réel des trajectoires

Geographic Information Systems (GIS) manage information located in geographic space. These systems have included more and more complex information over the past decade. Indeed, they can now store temporal data as well as tree-dimensional data: for example, the digital elevation model (DEM) represents relief. My research in computing science deals with those two fields and is applied to maritime domain. As far as the DEM is concerned, those works focus on DEM integration. A new approach based on landscape elements (ridges, talwegs, etc.) allows to merge land and maritime geographical datasets. This includes a process matching linear elements. It develops from several extensions of linear distance as defined by Fréchet. Those distances also provide data matching vectors that allow to merge DEMs thanks to rubber sheeting process. In the spatio-temporal GIS area, my work studies moving object trajectories and more particularly vessel displacements. For maritime navigation, GIS are key systems. Navigation, monitoring and simulation learning systems are very close to Geographic Information System. First, a new conceptual model has been introduced: the relative view, oriented to the representation of trajectories in time and space. This model is based on the human perception of time and space for mobile objects. This representation complements the traditional absolute view. Displacements of moving objects relative to a referent object are qualified in terms of relative speed and distance. With this new representation, evolutions of displacements are better understood. In the same way, a new multiagent system (MAS) is designed to simulate maritime activities. Several vessel displacements can be simulated at the same time in a maritime space. This simulator takes into account the maritime space constraints and different activities of vessels with qualitative spatial reasoning and role paradigm. Moreover, to simulate human reasoning, it integrates a decision making system based on patterns. Finally, data mining on a huge quantity of positions stored in spatio-temporal databases is carried out in order to deduce the behavior of those mobile objects. We can define spatio-temporal patterns for each cluster of trajectories of mobile objects following the same itinerary. Those works are applied to the maritime domain but can also be extended to other types of data. DEM integration processes can be useful for other DEMs with overlap area. In the same way, research on moving objects can be adapted to other kind of objects moving in an open area.Les Systèmes d'Information Géographique (SIG) gèrent des informations complexes localisées dans un espace géographique. Durant la dernière décennie, ces systèmes ont vu l'émergence d'une part des SIG en trois dimensions et plus particulièrement des modèles numériques de terrain (MNT) et d'autre part de l'intégration de données temporelles. Les travaux de recherche en informatique présentés dans ce manuscrit s'attaquent à ces deux thématiques et sont appliqués au domaine maritime. En termes de MNT, ces recherches ont essentiellement porté sur l'intégration de MNT terrestre et maritime. Une méthode de fusion générant un MNT continu a été définie. Elle est basée sur l'appariement d'éléments caractéristiques linéaires (crêtes, talwegs, lignes de rupture de pente). Elle emploie des distances linéaires discrètes introduites par Fréchet. Ces distances fournissent des vecteurs d'appariement autorisant la fusion de MNT à l'aide d'une technique de déformation élastique. En ce qui concerne les SIG spatio-temporels, ces travaux concernent les déplacements d'objets mobiles et plus particulièrement les navires. Dans le cadre de la navigation maritime, les SIG ont une place prépondérante via les aides à la navigation, les systèmes de surveillance du trafic et les simulateurs de formation. Dans ce cadre, un nouveau modèle de représentation des déplacements, la vue relative, a été formalisé. Ce formalisme s'appuie sur la perception humaine de l'espace spatio-temporel et des objets mobiles. Cette représentation est complémentaire de la représentation absolue. Les déplacements relatifs vis-à-vis d'un objet référent sont ainsi plus facilement analysables. Les évolutions des distances et des vitesses relatives sont mieux perçues. Parallèlement, une simulation des activités de navires à l'aide de systèmes multi-agents a été conçue. Les déplacements simultanés d'un grand nombre de navires dans un environnement maritime sont ainsi simulés. Elle prend en compte les différentes activités concurrentes des objets mobiles et les contraintes géographiques. Qui plus est, elle intègre des raisonnements à base de patrons pour reproduire les raisonnements humains. Finalement, à partir des bases de données historiques des positions d'objets mobiles dans un environnement ouvert, des techniques d'extractions des trajectoires et de fouille de données spatio-temporelles ont été réalisées. Elles permettent pour chaque itinéraire et chaque type d'objets de définir des routes types spatio-temporelles et de détecter à la volée des comportements inhabituels. Ces travaux, bien qu'appliqués au domaine maritime, sont génériques. Les méthodes de fusion de MNT peuvent être appliquées à tous types de MNT ayant des zones de recouvrement. De même, les travaux de modélisation, d'analyses et de simulation sur les objets mobiles sont adaptables à tous les déplacements d'objets mobiles dans des espaces ouverts

Processus d'intégration et d'appariement de Bases de Données Géographiques; Application à une base de données<br />routières multi-échelles

Phenomena of the real world are described in a variety of forms in current geographic data bases (GDBs) : geographic data models, users' points of view, systems are different. Concurrently re-using GDBs thus requires an integration process both to eliminate duplicates and to regroup complements. Integration makes it possible to federate data from different sources while cutting down acquisition costs (new data captures are avoided) ; it is a crucial issue for interoperability between GDBs.After integration, several representations of real world phenomena are available, with distinct points of view and at different scales. These multiple representations are useful and even necessary for a wide range of applications, such as multi-scale cartography, update propagation, aided navigation etc.The aim of the thesis is to devise an integration process on 2-D, vector data of a single-site GDB. It is modelled as an extended classical three-stepped integration process (schema preparation, investigation for correspondences, integration) [Spaccapietra et al. 92]. The extension involves a taxonomy of integration conflicts between GDBs and a process for joint geometric / topologic data matching. The integration process has been applied from IGN's three main data bases (BD TOPO®, BD CARTO® and GEOROUTE®) on the Lagny area (900 km of roads network).Given the complexity of the real world's phenomena, several versions and as many models may be defined. The differences are structured in the taxonomy of integration conflicts : conflicts come as definition conflicts (classification conflicts, fragmentation conflicts, specification conflicts), heterogeneity conflicts, description conflicts... Altogether, six conflict categories have been used for the integration process.Some conflicts are taken into account at the stage of schema preparation. Other conflicts require specific treatment : extension of the language of correspondence declarations and operations to solve the conflicts. Indeed, integration requires a strategy. The strategy makes the choice of operations to perform and fixes the goal of the integration process. For the databases of the experiments, two strategies and their associated operations are shown.The data matching process consists in identifying sets of data representing the same real world phenomenon and allows to regroup data. This step is precious for it enhances GDBs with inter-representation operations that are useful for multi-representation applications.A data matching process has been developed for road data at different scales, with 90% of the results correct. Henceforth, a generic process has been inferred to help designing matching processes on other kinds of data.The thesis, describing a generic and detailed framework for the integration of GDBs, contributes to the development not only of multi-representation applications but also of interoperability between GDBs , once the processes are adapted to network distributed GDBs.Les phénomènes du monde réel sont actuellement représentés dans les Bases de Données Géographiques (BDG) sous différentes formes (suivant les modèles géographiques, suivant les points de vue utilisateur et/ou suivant les systèmes). La réutilisation de telles BDG nécessite dès lors un processus d'intégration pour éliminer les parties redondantes et regrouper les parties complémentaires. Ce processus d'intégration est nécessaire étant donné le coût d'acquisition des données géographiques (de cette manière des saisies d'information sont évitées) et permet de fédérer l'information provenant de différentes sources. L'intégration est donc au cœur du problème d'interopérabilité entre BDG.A l'issue de celle-ci, plusieurs représentations de phénomènes du monde réel sont disponibles selon des points de vue différents et des échelles distinctes. Ces représentations multiples sont nécessaires pour des applications très diverses : cartographie électronique multi-échelle, propagation des mises à jour, aide à la navigation.L'objectif de cette thèse consiste donc à définir un processus d'intégration de BDG sur un seul site, le processus étant limité aux données en mode vecteur à deux dimensions. Il propose l'extension d'un processus d'intégration classique à trois phases [Spaccapietra et al. 92] (pré-intégration, déclaration des correspondances, intégration). L'extension est fondée sur une taxonomie des conflits d'intégration entre BDG et sur l'ajout d'un processus d'appariement géométrique et topologique. Ce processus a été mis en œuvre sur les trois principales bases de données de l'IGN (BD TOPO®, BD CARTO® et GEOROUTE®) pour le thème routier dans la région de Lagny (environ 900 km de tronçons routiers).Etant donnée la complexité des phénomènes géographiques, plusieurs interprétations et donc plusieurs modélisations des phénomènes peuvent être définies. La taxonomie des conflits d'intégration de BDG effectue une structuration de ces différences : conflits de définition de classe (conflits de classification, conflits de fragmentation, conflits de spécification), conflits d'hétérogénéité, conflit de description,...Six catégories de conflits ont été traitées dans le processus d'intégration.Certains conflits sont pris en compte dans la phase de pré-intégration. D'autres font l'objet d'un traitement spécifique : extension du langage de déclaration des correspondances, ajout d'opérations de résolution de ce conflit. De plus, la phase d'intégration doit suivre une stratégie. Cette stratégie détermine le choix des opérations et fixe l'objectif de l'intégration. Au vu de nos bases d'expérimentations, deux stratégies d'intégration (et leurs opérations d'intégration associées) sont présentées.Le processus d'appariement consiste à identifier les données représentant le même phénomène du monde réel et permet le regroupement d'informations. Cette étape est précieuse car elle enrichit les BDG d'opérations inter-représentations, opérations nécessaires aux applications multi-représentations.Un processus d'appariement a été développé pour les données de types routières à différentes échelles. Les résultats obtenus font apparaître un taux de correspondance de l'ordre de 90 %. Un processus générique en a été déduit afin de guider la conception des processus d'appariement concernant d'autres types de données.Cette thèse apporte donc un cadre général et détaillé pour les intégrations de BDG et contribue ainsi à l'essor d'applications multi-représentations et de l'interopérabilité entre les BDG en adaptant ces processus à des BDG réparties sur un réseau

Trajectoires médianes

International audienc

Visualisation de données de prosopographie pour la reconstruction de carrières de personnages et de réseaux socio-professionnels

International audienceThis paper presents two visualization tools ProsoGraph and ProsoMap developed within acollaborative project which focuses on the access and exploration of prosopographic datasetsof Midle Age in France. The project aims at modeling and implementing a semantic portalensuring access to existent prosopographic datasets. ProsoGraph and ProsoMap are developedbased on social networks visualization techniques and spatio-temporal data visualization techniques,respectively. They interact with the portal through a semantic layer and allow additionaladvanced querying capabilities.Résumé. Dans cet article nous présentons deux approches de visualisation dé-veloppées dans le cadre d'un projet collaboratif sur l'accès et l'exploitation des données prosopographiques de la Renaissance en France. L'objectif du projet est de modéliser et réaliser un portail sémantique assurant l'accès à différentes bases de données prosopographiques existantes afin de permettre une meilleure exploration et exploitation de ces données. Dans ce cadre, nous avons proposé deux interfaces de visualisation ProsoGraph et ProsoMap qui s'appuient respec-tivement sur la visualisation de graphes de réseaux sociaux et la visualisation de lieux géographiques et de trajectoires spatiotemporelles. Les deux interfaces communiquent avec le portail via une couche sémantique et lui offrent des fonc-tionnalités d'interrogation supplémentaires

Trajectories similarity measurements based on spatio-temporal patterns

Mobile objects are now equipped with sensors allowing real time monitoring of their movements. Nowadays, the data produced by these sensors can be stored in spatio-temporal databases. Data mining on these stored positions allows to infer the behaviour of these mobile objects (spatio-temporal patterns) and to analyze positions and trajectories of mobile objects. Using these patterns, unusual situations can be detected. Two kinds of unusual situations are distinguished: unusual positions and unusual trajectories. This article defines similarity index based on spatial and temporal measures using fuzzy logic

Spatio-temporal trajectory analysis of mobile objects following the same itinerary

International audienc