identifier: Driscoll, C. (2010). Patient Positioning for Surgeries of the Spine : How Does it Impact Spinal Geometry and How Can it be Exploited to Improve Surgical Procedures  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les cas les plus graves de déformation rachidienne, telles que la scoliose, nécessitent une intervention chirurgicale afin de traiter les symptômes et de réaligner la colonne vertébrale. Au cours de l'intervention chirurgicale, les patients sont habituellement maintenus dans une position en décubitus ventral et une instrumentation est utilisée pour corriger et fixer la géométrie de la colonne. Il a été démontré que le positionnement des patients sur des cadres chirurgicaux a un impact sur la géométrie rachidienne, mais ceci n'est pas exploité afin de faciliter et améliorer les procédures chirurgicales. Les cadres disponibles commercialement ont des capacités limitées de positionnement du patient qui puisse être modifiable durant l'intervention. Aussi, afin d‟exploiter éventuellement les diverses possibilités de positionnement, on doit connaître l‟impact de ces positions sur la modulation de la géométrie de la colonne vertébrale du patient opéré. Ce projet a été effectué en parallèle avec la conception et la construction d'un nouveau cadre de positionnement multifonctionnel (MFPF) pour les chirurgies du rachis qui permet le positionnement des membres inférieurs ainsi que le déplacement vertical du thorax. Le MFPF lui-même était une combinaison de deux cadres précédents permettant le positionnement chirurgical: le DPF (permettant le réglage de coussins sur le tronc et l'application de forces correctives) et le "leg positionner" (permettant la flexion et l'extension des membres inférieurs). La modélisation par éléments finis (MEF) a été utilisée pour étudier le positionnement de patient sur le DPF. Les objectifs spécifiques de ce projet étaient: 1) d'adapter et développer une MEF de la colonne vertébrale, cage thoracique, bassin, et des membres inférieurs qui soit capable de simuler les effets géométriques sur la colonne vertébrale résultant du positionnement en décubitus ventral et de l‟ajustement des capacités de positionnement du MFPF; 2) effectuer des essais expérimentaux sur le positionnement en décubitus ventral et les capacités de positionnement du MFPF et utiliser les résultats pour valider le MFF; 3) exploiter le MEF pour développer de nouvelles possibilités de positionnement sur le MFPF permettant de moduler la géométrie de la colonne vertébrale et évaluer ces nouvelles positions expérimentalement avec des accessoires construit pour le MFPF; et 4) exploiter la MEF afin d'étudier l'impact de la combinaison des  ABSTRACT: The most severe cases of spinal deformity, such as scoliosis, require surgical intervention in order to treat symptoms and re-align the spine. During surgical procedures, patients are typically kept in the prone position while surgical instrumentation is utilized to manipulate and fix spinal geometry. Patient positioning on surgical frames has been shown to have an impact on spinal geometry which can be exploited in order to facilitate and improve upon surgical procedures. Current commercial surgical frames have no or limited patient positioning capabilities. In order to best take advantage of a surgical frame‟s positioning capabilities, knowledge must be gained on how they will impact a given patient‟s spinal geometry. This project was done in parallel with the design and construction of a new Multi-Functional Positioning Frame (MFPF) for spinal surgeries which allowed for lower limb positioning and thoracic vertical displacement. The MFPF itself was a combination of two previously developed surgical positioning devices: the Dynamic Positioning Frame (DPF) (allowing thoracic cushion adjustment and corrective force application) and the “leg positioner” (allowing hip flexion and extension). Finite element modeling (FEM) was previously used to study patient positioning on the DPF. The global objective of this thesis was to study how patient positioning on a frame can be used in order to improve scoliosis instrumentation procedures through the intra-operative manipulation of spinal geometry. The specific objectives of this project were: 1) adapt and develop a FEM of the spine, thoracic cage, pelvis, and adjacent structures that is able to simulate the geometric effects on the spine resulting from prone positioning and feature adjustment on the MFPF; 2) experimentally test the impact of prone positioning and feature adjustment on the MFPF and utilize the results to validate the FEM; 3) exploit the FEM in order to study additional surgical positions allowing modification of spinal geometrical parameters not possible on the original MFPF design and experimentally assess these new positions using proof of concept features constructed for the MFPF; and 4) exploit the FEM in order to study the impact of combined MFPF positioning parameters on the geometry of the spine (especially the leg positioning and thoracic components) including developing a method allowing for individual and


identifier: Duchesneau, F. (2010). Conception de parapets préfabriqués hybrides et monolithiques utilisant des bétons à haute et ultra-haute performance  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

type:
Mémoire ou thèse
NonPeerReviewed

abstract: RÉSUMÉ: Au Canada, les parapets de ponts sont dans la majorité des cas fabriqués en chantier. Ce type de fabrication permet d'obtenir des parapets avec une très bonne résistance mécanique, mais au prix d'un temps de pose élevé et d'une durabilité limité. En effet, à cause de la grande rigidité de la dalle, le retrait restreint du béton des parapets cause une fissuration précoce, augmentant la pénétration des sels de déglaçage et les effets des cycles gel-dégel. La solution proposée dans ce projet réside dans l'utilisation de parapets préfabriqués en bétons renforcés de fibres (BRF)offrant une résistance mécanique et une durabilité largement supérieure au béton ordinaire (BO). L'utilisation de parapets préfabriqués permet d'éliminer le retrait restreint causant la fissuration précoce des parapets coulés en chantier. De plus, l'utilisation de parapets préfabriqués minimise grandement le temps de construction des parapets et les coûts associés aux fermetures de ponts. Ce projet avait pour objectif la conception d'un type de parapet préfabriqué monolithique et d'un type de parapet préfabriqué hybride, composé d'un coeur en BO et d'une coque en béton fibré ultra-haute performance (BRF120MPa-4%). Ce nouveau type de parapet permet à la fois de profiter des qualités exceptionnelles du BRF120MPa-4% en plus de minimiser les coûts de fabrication comparativement à un parapet monolithique. Le deuxième objectif du projet concernait la conception d'un nouveau type d'ancrage permettant l'installation de parapets préfabriqués sur des dalles de pont nouvelles ou existantes. Un concept d'ancrage avec barres en U et goujons a été proposé. La performance des parapets a été validée par une série d'essais statiques et dynamiques sur des parapets de dimensions réelles. Ces essais ont démontré que les parapets préfabriqués répondaient aux critères de la norme canadienne (CSA-S6, 2006) en plus de montrer un endommagement limité lors des essais dynamiques. Les modèles en éléments finis développés ont adéquatement reproduit le comportement et la résistance des parapets préfabriqués. Cela a permis d'effectuer des études paramétriques amenant à des recommandations en termes de conception et d'installation des parapets.  ABSTRACT: In Canada, concrete bridge parapets are normally built on site. This method construction offers good performance in terms of impact resistance, but it also presents several drawbacks. The construction sequence is highly time-consuming consist of the installation of the formwork, the concrete casting and a minimum curing time. Moreover these elements are exposed to rigorous environmental conditions such as freeze- thaw cycles and severe exposition to de-icing salts, which accelerate the degradation of concrete structures. These two factors of degradation are amplified by the early-age cracking due to restrained shrinkage. The proposed solution to the previous problem is the use of precast parapets using fibers reinforced concrete (FRC). FRC offers a superior mechanical resistance and durability compared to normal and high strength concrete. The use of precast parapets allows a quick installation on the job site and eliminates the early-age cracking due to restrained shrinkage. This research project focuses on the design of two new types of precast concrete parapets. The first is a monolithic parapet composed freeze-thaw resistant FRC. The second is a hybrid parapet composed of a high tensile strength FRC shell paired with a plain concrete core. This design takes advantage of the outstanding properties of FRC120MPa-4%, and minimizes the cost. In addition, a new anchorage system using U-shape rebars and studs was developed to repair the precast parapets to both new and existing bridges. The mechanical performance of the parapet was validated with both static and dynamic test on full-scale specimens. These tests showed that both of the parapet designs met the design criteria of the Canadian Bridges Code (CSA-S6, 2006). Moreover, the parapets showed little or no sign of damage after dynamic impact tests. A finite elements numerical model (FEM) was then developed, which accurately reproduced the overall behavior of the precast parapets subjected to static loading. After validating the model, a parametric study on the material and interface property and on the shape of the parapets was performed.


identifier: Choquet, F. (2010). Implémentation d'un modèle numérique de couplage hydromécanique des discontinuités géologiques  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La présence d'une exploitation minière a des répercussions importantes sur le milieu qui l'entoure. D'un point de vue mécanique, les excavations entrainent le transfert des contraintes initiales sur une portion plus restreinte du massif. D'autre part, les lieux de stockage des rejets miniers créent de nouvelles surcharges. D'un point de vue environnemental, l'apparition de zones excavées bouleverse le réseau d'écoulement initial et la possible création de drainage minier acide est une menace directe pour le biotope. Le massif dans lequel se déroule l'exploitation minière est généralement parcouru par des discontinuités géologiques témoignant de son histoire tectonique. Le long d'une discontinuité, la modification des contraintes in situ génère des déformations. Ces déformations (ouverture ou fermeture de la discontinuité) modifient les caractéristiques hydrauliques du réseau d'écoulement. Ces modifications changent la répartition des pressions interstitielles et par là-même, celle des contraintes effectives qui agissent dans le massif. La relation qui existe entre grandeurs mécaniques (ouverture mécanique et contrainte effective) et les grandeurs hydrauliques (pression interstitielle, débit et ouverture hydraulique) constitue le comportement hydromécanique du massif. Les discontinuités constituent, à la fois, des chemins d'écoulements préférentiels pour l'eau souterraine et des zones de faiblesses mécaniques du matériau. Il est donc essentiel, pour comprendre le comportement hydromécanique d'un massif fracturé, de s'intéresser au comportement hydromécanique des discontinuités qui le parcourent. Cependant, lors des modélisations, les comportements hydrauliques et mécaniques sont souvent évalués  individuellement par manque de modèles et d'outils adéquats. Le présent travail propose ainsi un modèle de couplage entre contraintes mécaniques et pressions interstitielles le long d'une discontinuité géologique. Le modèle de couplage a été implémenté dans le logiciel FLAC 2D, en utilisant le langage natif du logiciel : FISH. Le modèle analytique retenu est le modèle CSDSw (pour Complete Stress Displacement Surface withWater) qui propose une relation entre contraintes effectives et déformations ainsi qu'une expression de la dilatation du joint sous forme de double exponentielle. Le mode de couplage est de type discret, direct et la discontinuité est supposée saturée. C'est-à-dire que les joints sont modélisés individuellement et les pressions sont actualisées en même temps que les pressions interstitielles lors des étapes de calculs. Le modèle est validé en le comparant à des essais de la littérature. Il est également appliqué à des exemples typiques.  ABSTRACT: A mine site has important effects on its surrounding area. In a mechanical point of view, loads previous to mining are redistributed on a smaller part of rock mass. Moreover, mining wastes storage parks overload local areas of the rock mass. In an environmental point of view, the excavated zones disturb the hydrogeological flow and possible creation of acid waters is a direct hazard for wildlife. The mining operations generally take place in a rock mass which contains discontinuities. These discontinuities result from the tectonical history of the rock. Along a discontinuity, a change in local stresses brings deformations. Deformations modify the hydrogeological behavior of the discontinuity. Pore pressures are thus modified and effective stress are modified too. Relationship between mechanical values (mechanical aperture and effective stress) and hydrological values (hyrdaulic aperture, pore pressure and flow) is the hydromechanical behavior of the rock mass. This behavior is entirely conditionned by the one of discontinuities as they are both preferential flow path for underground water and weakness zones. However, hydrogeological studies and mechanical studies are generally performed separately due to a lack of efficient models. In the present document, a hydromechanical model for rock joints is introduced. The coupled model is implemented with FLAC embedded language~: FISH. The chosen analytical model is the CSDSw (stands for Complete Stress Displacement Surface with water) model which consists in a stress -- strain relation and a dilation -- shear displacement relation. Both of these relations are made from two exponential forms. It is a discrete and direct coupling model, which respectively means that joint are individually modeled and pore pressures are updated at the same time as stresses. The model has been validated by comparisons with tests reported in literature. Some typical applications of it are also shown.


identifier: Talei, V. (2010). Implementation of a Bacterium Tracking System on FPGA  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le domaine de la vision par ordinateur, le suivi est la surveillance du mouvement d'un objet dans une séquence d'images. Ce suivi d'objet peut être accompli dans différentes applications comme les systèmes de sûreté, la production de dessins animés, etc. Des centaines de publications sous forme de livres, articles et documents de journaux indiquent l'importance du suivi dans la recherche académique et dans les centres de recherche. Le suivi contient la réponse à deux problèmes principaux, le problème du mouvement et le problème de la correspondance. Deux solutions pour le problème du mouvement sont la méthode des régions contiguës et le filtre de Kalman. D'autres solutions existent également pour le problème de correspondance, par exemple le suivi par fenêtre, la détection d'objet mobile par des spécifications comme des arrêtes, des coins et le contour, la détection d'objet par des formes simples comme des cercles, des carrés et des rectangles, la détection par des formes en 3-dimensions comme des cylindres, et finalement la correspondance par des formes complexes comme l'humain, le véhicule, etc. L'algorithme de suivi dans ce projet applique la méthode des régions contiguës pour le problème du mouvement et la méthode de suivi par fenêtre pour le problème de correspondance. Le sujet du suivi de ce projet est la bactérie magnétotactique (MTB). Les MTB sont utilisées dans des applications médicales. Par exemple, elles peuvent amener les médicaments nécessaires dans le système vasculaire du patient, où seulement des nanoparticules sont capables de se rendre. Le matériel utilisé dans ce projet est la planchette de développement pour les applications de vidéo ML402 de la compagnie Xilinx, une caméra et un microscope. Ce système matériel contient le circuit principal ML402 et la planchette VIODC. La VIODC contient un FPGA Virtex-II qui comprend des pilotes pour différentes interfaces de l'entrée et de la sortie vidéo. La ML402 est dotée d'un FPGA Virtex-4 sur laquelle les développeurs peuvent implémenter leurs designs. La VIODC reçoit les trames vidéo capturées par la caméra et les envoie vers la ML402. Cette dernière exécute l'algorithme de suivi sur les trames reçues et envoie la sortie appropriée vers la VIODC pour être affichée. Le composant principal du système de suivi qui s'appelle le processeur coeur (pcore) “vid_tracking” est disponible dans la librairie Simulink du logiciel Matlab. Ce composant peut être simulé soit par vidéo en temps-réel soit par des signaux simulés de vidéo. Le vid_tracking contient le processeur EDK et des blocs de générateur de système. Le bloc générateur de système traduit le pcore en du matériel physique. Pendant le processus de la traduction, le processeur EDK de la librairie Simulink est implémenté comme un processeur MicroBlaze qui est l'architecture de processeur standard des FPGA Virtex-4. Ensuite, le design est exporté à la plateforme XPS. Le développeur de système peut modifier le design en utilisant le langage de description matériel VHDL. VHDL est très efficace et extrêmement flexible pour implémenter des systèmes matériels avec des niveaux d'abstraction différents. On a appliqué trois modules de DSP48 de la librairie Virtex-4 pour implémenter la multiplication d'une manière plus efficace. Cette librairie contient des composants déjà conçus pour différents FPGAs de Xilinx. Ces composants sont très rapides et faciles à utiliser. Pour implémenter l'algorithme de suivi, on profite de trois signaux de synchronisation : -pixel actif, synchronisation horizontale et synchronisation verticale. Le signal pixel actif indique la détection d'un nouveau pixel par la VIODC. Le signal de la synchronisation horizontale indique le début d'une ligne et le signal de la synchronisation verticale montre le début d'une trame. L'algorithme de suivi compte le nombre des pixels et le nombre de lignes pour trouver une fenêtre de 20-pixel par 20-pixel au milieu de la trame. Il cherche une bactérie par comparaison des intensités de pixels. Quand il trouve une bactérie, il la recherche dans les régions de la taille 20-pixel par 20-pixel dans les fenêtres qui suivent au voisinage de la fenêtre précédente. La simulation Matlab de suivi de MTB est 100% robuste car la bactérie n'a été perdue dans aucune trame pendant le suivi de bactérie. L'algorithme est capable de suivre la trajectoire de la bactérie pendant toute la durée de la simulation. La simulation atteint 100% de précision dans le cas de mouvement à 2-dimensions de la bactérie en comparant les résultats obtenus par l'algorithme à ceux obtenus par un observateur humain. Le matériel conçu détecte si une bactérie est dans le champ de vue de la caméra ou non. La bactérie se déplace avec une vitesse moyenne de 180 à 240 micromètres par seconde. Une vitesse de 300 μm/s a été aussi enregistrée pour ce type de bactérie. Notre système de suivi peut détecter la bactérie qui se déplace à n'importe quelle vitesse dans la gamme spécifiée ci-dessus.  ABSTRACT: Tracking in computer vision is monitoring the movement of an object in a sequence of images. This object tracking may be performed for different reasons such as security systems, animation production, etc. Hundreds of publications in the form of books, articles, and journal papers indicate the importance of tracking as the research domain in universities and research centers. Tracking consists of the answer to two principal problems, the motion problem and the matching problem. Two solutions for the motion problem are adjacent regions method and the Kalman filter. Many solutions also exist for matching problem such as window tracking, detection of the moving object by its specifications like edges, corners and contour, detection of the target by simple shapes like circles, squares, rectangles and triangles, detection by 3-dimensional shapes like cylinders and finally matching with complex shapes like human, vehicle, etc. The implemented tracking algorithm in this project applies the adjacent regions for motion detection and window tracking for matching. Three different algorithms are simulated by Matlab software and one of them is implemented on the target hardware. The subject of tracking in this project is Magnetotactic Bacterium (MTB). MTB is applied in medial and biomedical fields. As an example, they can carry necessary materials into the patient's vascular system, where only anoparticles are able to travel. The hardware of this project is the Xilinx ML402 video starter kit, camera and microscope. This hardware system consists of the ML402 main board and the VIODC daughter board. The VIODC contains a Virtex-II FPGA which holds the drivers of different video input and output interfaces. The ML402 has a Virtex-4 FPGA and developers can implement their designs on this FPGA chip. The camera captures the video frames and the VIODC receives the frames from camera and sends them to ML402. ML402 executes the tracking algorithm on the received frames and sends the appropriate output to VIODC to be displayed. The basic module of the tracking system which is called “vid_tracking” processor core (pcore) is available with the Simulink library of the Matlab software. It can also be simulated either by real-time video or by simulated video signals. Vid_tracking consists of EDK processor and System Generator blocks. System Generator translates the pcore to physical hardware. Through the translation process, the EDK processor of Simulink library is implemented as a MicroBlaze processor which is the standard processor architecture of Virtex-4 FPGAs. The design is then exported into the XPS platform. The system developer can modify the design using the VHDL hardware description language. VHDL is very efficient and highly flexible to implement hardware systems with different abstraction levels. We applied three DSP48 modules from the Virtex-4 library in order to implement the multiplication operation in a more efficient manner. This library contains some already designed components for different Xilinx FPGAs. These components are very fast and easy to use. In order to implement the tracking algorithm, we profit from three synchronization signals which are pixel enable, horizontal synchronization and vertical synchronization. Pixel enable indicates when a new pixel is detected by the VIODC. The horizontal synchronization signal indicates the start of a line and the vertical synchronization shows the start of a frame. The tracking algorithm counts the pixels and lines to find a window of about 20-pixel by 20-pixel in the middle of the frame. It looks for a bacterium by comparing the pixel's intensity. When it finds a bacterium, it looks for it in the 20-pixel by 20- pixel regions around the previous window in the next frame. The Matlab simulation of MTB tracking is 100% robust since the bacterium was not missed in any of the frames during the tracking and the algorithm is able to follow the trajectory of the bacterium during all the simulation time. The simulation indicates 100% precision in 2-dimensional movements of the bacterium, since all the pixels which are recognized by the human eye as the bacterium pixels are also detected as the bacterium pixels by the simulator algorithm. The designed hardware detects whether a bacterium is in camera field of view or not. The bacterium moves at an average speed between 180 to 240 micrometers per second. A speed of 300 μm/s has also been recorded for this type of bacterium. Our tracking system could detect the moving bacterium at either of these speeds.


identifier: Garo, A. (2010). Modélisation du corps vertébral en chargement dynamique : intégration de l'effet de l'âge  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Afin d'analyser le comportement biomécanique des vertèbres pour des applications biomédicales ou traumatiques, les modèles par éléments finis sont de plus en plus utilisés. Cependant la variabilité biologique, dont les effets de l'âge, et les sollicitations dynamiques ne sont pas toujours prises en compte lors du développement de ces modèles. Cette thèse a pour objectif de rendre compte des effets de l'âge dans la modélisation des vertèbres pour des chargements dynamiques. La partie expérimentale a porté sur la réalisation d'essais en compression de corps vertébraux à 0,5m/s. Les données nécessaires à la compréhension des mécanismes de fractures des corps vertébraux et à la validation des modèles ont été collectées et complétées par des mesures de densité sur des images scanners. La partie numérique a été décomposée en trois volets : D'abord, les propriétés de l'os cortical et de l'os spongieux ont été déterminées par analyse inverse dans un modèle de vertèbre lombaire à différentes vitesses. Puis, les effets de l'âge ont été implémentés dans ces modèles calibrés. Les propriétés mécaniques de l'os ont été calibrées en fonction de données de la littérature. Enfin, à partir des scanners du volet expérimental, des modèles personnalisés ont été développés. Leurs réponses, comparées aux données expérimentales, ont montré la pertinence de la personnalisation en chargement dynamique tant d'un point de vue qualitatif (initiation de la fracture) que quantitatif (effort, raideur, énergie). Les résultats de ce travail mettent en perspective l'évaluation des effets de l'âge tant dans la fragilité du rachis lors d'un traumatisme que pour sa réparation. Mots-clés : biomécanique, éléments finis, os, vertèbre, propriétés mécaniques, essais expérimentaux, fracture, âge, dynamique  ABSTRACT: Vertebral body modeling in dynamic loading: integration of age effects Finite element models (FEM) are increasingly being used to investigate the mechanical behavior and the resistance of vertebrae. Nevertheless, biological variability (including age effects) and dynamic loading are not always taken into account when developing these models, in spite of their influence on the behavior of this structure. The objective of this work was to integrate age related features in FEM of vertebrae in dynamic conditions. The experimental part of this work consisted in testing vertebral bodies in compression at 0,5m/s. The data required to understand the failure mechanism of vertebral bodies and to validate FEM were gathered. The vertebrae were also scanned to evaluate their density. The numerical part was divided into three sections: First, the mechanical properties of trabecular and cortical bone were calibrated by using an inverse method in a FEM of a lumbar vertebra tested in compression at different loading rates. Secondly, age effects were implemented in these calibrated models. Mechanical properties of bone components were adapted and validated according to literature data. Finally, subject-specific models were developed from scans of the experimental part. Their responses, compared to experimental data, showed the efficiency of these models to evaluate quantitative (force, stiffness, energy) and qualitative data (location of the fracture initiation) in dynamic loading. The results of this work have large prospects, from age effects influence on spine trauma to evaluation of surgery techniques considering subject-specific properties. Keywords : Biomechanics, finite elements, bone, vertebra, mechanical properties, experimental tests, fracture, age, dynamics


identifier: Nzumotcha Tchoumkam, L. A. (2010). Détection de fuite dans les barrages en remblai par la méthode de polarisation spontanée et par tomographie électrique: cas de la jonction de deux barrages en remblai  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'infiltration d'eau au travers du corps ou de la fondation des ouvrages en remblai est un problème qui peut devenir préoccupant. Le phénomène de l'infiltration de l'eau est évolutif et il peut mettre en péril la pérennité ou la stabilité de ces ouvrages et par conséquent la sécurité du public. Des statistiques basées sur 11 192 barrages en remblai à travers le monde ont montré que 48% des ruptures (jusqu'à 1986) ont eu pour cause des phénomènes d'érosion interne. L'infiltration de l'eau à travers le noyau ou la fondation des ouvrages en remblai causant ces phénomènes d'érosion interne, est engendrée par la présence de renard, par le mécanisme de suffusion et d'autres mécanismes. Les méthodes électriques, l'électromagnétisme et la thermométrie sont jugées comme les techniques les plus prometteuses de détection des infiltrations d'eau dans les barrages en remblai ou leurs fondations. Le but principal de ce mémoire est d'étudier la sensibilité de la méthode de polarisation spontanée (P.S.) pour détecter les infiltrations d'eau dans le cas de barrages en remblai. À cet effet, nous avons usé de deux méthodes électriques, la méthode de polarisation spontanée et la tomographie de résistivité électrique. Nous avons acquis les données de polarisation spontanée et de résistivité électrique avec des changements périodiques et progressifs du niveau de l'eau dans le réservoir. Ces changements du niveau de l'eau avaient lieu à chaque automne (au mois de novembre) et à chaque printemps (au mois d'avril) respectivement pendant la vidange et la mise en eau du réservoir. Dans le cadre de ce mémoire, l'acquisition des mesures de terrain s'est étalée sur deux années (2008-2010). Précédemment, des études (thermométrie, potentiel spontané, électrique, magnétisme) avaient été effectuées sur le site afin d'apporter une interprétation sur la direction de l'écoulement de l'eau et la position approximative de la fuite où a lieu l'infiltration. Parallèlement aux mesures géophysiques, le débit de fuite d'eau sur le site était mesuré à chacune des campagnes de terrain. En avril 2010, une opération d'injection de coulis a eu lieu sur le site. Des données de terrain, ressortent une représentation temporelle du potentiel et un suivi temporel de la résistivité électrique. Ceci a permis de faire une distinction entre les sources possibles du potentiel. Les résultats de polarisation spontanée mettent en évidence une anomalie négative qui corrèle spatialement avec la zone de suintement visible sur le site. Ces résultats ont aussi permis de dissocier la zone d'anomalie influencée par l'opération d'injection de coulis.  ABSTRACT: The infiltration through the core of foundation of embankment dams is a problem which is worrying for safety and economical dams. The mechanism of infiltration can be progressive and can disturb the stability or the durability of the structures. Consequently, its evolution can undermine public security. Statistics made for 11192 embankment dams through the world showed that until 1986, 48% of damages have been caused by internal erosion. This internal erosion was generated by infiltration through the core or the foundation of embankment dam. Electrical, electromagnetic and thermometric methods are usually considered as investigation methods. The goal of this work is to study the sensibility of the self-potential method (S.P.) to detect seepage for the case of embankment dams. We used S.P jointly with electrical resistance tomography (ERT). To attain this objective, we acquired self-potential and resistivity data with periodic changes of the water level in the reservoir. These changes were made every spring (in November) and every summer (in April) at the emptying and impounding of the reservoir. For this project, measures have been conducted over a period of two years (2008-2010). Before that, thermometry, self-potential and magnetic methods were applied on the site to acquire information about seepage and its approximate position. Flow rate was also measured. In April 2010, injection of grout was used to clog seepage. The measurements allowed to represent the variation of potential with time and space. That permitted to make a distinction between different sources of self-potential signal. The mapping of the electric potential during the emptying and the impounding of the reservoir showed a negative anomaly which correlate to an outflow located in the upstream of the dam. The monitoring of the S.P. signal permitted to dissociate an anomaly zone which can be related to the site of injection of grout. The gradient of self-potential decreased with the increase of pressure gradient. We have computed the effective electro kinetic (EK) coupling coefficient of the dam from the variation of the potential with water level. Time-lapse ERT is used to control the variation of electrical conductivity of the material together with changes in water level.


identifier: Boucher, P. (2010). Navigation semi-autonome d'un fauteuil roulant motorisé en environnements restreints  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Ce travail introduit un système de navigation semi-autonome pour fauteuil roulant motorisé (FRM) visant à assister les personnes à mobilité réduite dans leurs déplacements quotidiens. Différentes fonctionnalités d'assistance à la navigation sont offertes, telles que l'assistance d'évitement de collision et de déblocage lors d'impasses, puis l'exécution de manoeuvres automatiques : de mouvements rectilignes, de suivi de murs, de suivi de personnes, de traversée de passages étroits et de stationnement. Élaboré avec l'appui de professionnels en réadaptation et d'usagers de FRM, le système de navigation proposé se distingue par sa facilité d'appropriation attribuable à des fonctionnalités simples à maîtriser, par sa navigation intuitive, confortable et sécuritaire, puis par ses aptitudes à opérer en environnements restreints, variés et inconnus. Le système est validé à l'aide du WST (Wheelchair Skills Test) en collaboration avec des professionnels en réadaptation du centre Lucie-Bruneau de Montréal. Huit usagers sains et neuf usagers handicapés ont exécuté le test. Les 8.8 kilomètres parcourus sur vingt-cinq heures d'expérimentation ont démontré l'efficacité et la fiabilité de la solution proposée. Les commentaires positifs des usagers confirment l'intérêt des différentes facettes du système. Les expériences ont, en outre, démontré une aptitude exceptionnelle à la réalisation automatique de manoeuvres en environnements restreints, comme lors de passage de portes standards (moins de 90 cm de large) et de stationnement. Ces performances sont rendues possibles en redéfinissant comment une plate-forme mobile doit se mouvoir dans l'espace, réagir aux obstacles, gérer l'incertitude des mesures, compenser l'erreur d'exécution, établir des stratégies valides dans la plupart des contextes liés aux fonctionnalités et, enfin, organiser l'ensemble des fonctionnalités sous une architecture de contrôle facilitant leur développement. Ce travail contribue ainsi à la robotique mobile par l'apport d'approches de suivi de séquence de points (et de trajectoires), d'évitement stratégique de collisions et d'impasses, de stationnement parallèle, de traversée de passages étroits, d'autolocalisation en environnement partiellement inconnu et par une architecture de contrôle sous laquelle opère l'ensemble des fonctionnalités. Ces méthodes se distinguent par leur capacité à s'adapter à des contextes variés et restreints, puis par leur simplicité d'utilisation. Chaque approche est étudiée individuellement, puis conjointement dans l'application de fauteuil roulant semi-autonome.  ABSTRACT: This work presents a semi-autonomous navigation system for powered wheelchairs which provides assistance to people with mobility impairments during their activities of daily living. The system has various functionalities such as collision assistance, anti-deadlock assistance, automatic maneuvers including moving on a distance, following a wall, following a person, passing through a narrow passage and parking in restrained areas. Built in regard to the advices of clinicians and wheelchair users, the proposed navigation system is especially easy to run due to a set of easy to- understand functions providing an intuitive, comfortable and secure navigation. It is capable to operate in various restrained and unknown environments. The system has been validated using the Wheelchair Skills Test (WST) by clinicians from the Lucie-Bruneau rehabilitation center in Montreal. Eight healty users and nine impaired users have done the test. The 8.8 kilometers covered in 25 hours of experimentation have shown the efficiency and the reliability of the proposed solution. The positive user comments point out the relevance of the different system features. Specifically, the experiments have demonstrated the system's exceptional skills in carrying out automatic maneuvers in restrained environments, such as passing standard doors (width less than 90 cm) and parking. The special system's efficiency to perform in various restrained environments is made possible by redefining how a mobile platform should move, react to obstacles, deal with measurement uncertainties, compensate for execution errors, set up strategies that are applicable in most operation contexts and organize the overall functionalities into an efficient control architecture. The work resulting from this investigation contributes to the mobile robotic field by proposing novel approaches for the problems of waypoint-following (and path-following), collision assistance, deadlock avoidance, parallel parking, narrow passages and self-localization, as well as for a special control architecture that underlies all functionalities. All these approaches differ from previous ones in their adaptability to varied and restrained contexts, and for their simplicity of use. The approaches are first studied separately, next jointly in the semi-autonomous navigation system.


identifier: Prescott-Gagnon, E. (2011). Méthodes hybrides basées sur la génération de colonnes pour des problèmes de tournées de véhicules avec fenêtres de temps  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Un problème de tournées de véhicules avec fenêtres de temps consiste à faire la livraison de marchandise à un ensemble de clients avec une flotte de véhicules ayant un ou plusieurs points de départ appelés dépôts. Chaque client doit être desservi à l'intérieur d'une période prédéfinie, appelée fenêtre de temps. En pratique, on doit pouvoir respecter un grand nombre de contraintes et de caractéristiques complexes telles que des flottes hétérogènes de véhicules, des restrictions sur les routes, etc., en plus de devoir prendre en compte un grand nombre de clients. Il est donc primordial pour les distributeurs d'avoir accès à des outils performants d'optimisation capables de gérer un grand ensemble de contraintes de façon efficace. Dans cette thèse, nous présentons une méthode heuristique pour résoudre un ensemble de problèmes de tournées de véhicules de grande taille avec fenêtres de temps de façon efficace. Les problèmes abordés sont riches dans le sens où ils contiennent des caractéristiques non conventionnelles complexes s'apparentant à des problématiques réelles. La méthode proposée est un hybride entre une méthode métaheuristique de recherche à grands voisinages et une méthode exacte de génération de colonnes, la plus performante à ce jour pour résoudre de façon exacte des problèmes de tournées de véhicules assez contraints. La recherche à grands voisinages est une méthode où l'on vient itérativement détruire (phase de destruction) et reconstruire (reconstruction) des parties d'une solution courante afin d'obtenir de meilleures solutions. Les voisinages, définis dans la phase de destruction, sont explorés dans la phase de reconstruction. Dans notre méthode, les voisinages sont explorés par génération de colonnes gérée de façon heuristique. Une méthode de génération de colonnes sert à résoudre la relaxation linéaire d'un programme linéaire. Elle résout itérativement un problème maître, qui est le programme linéaire restreint à un sous-ensemble de variables, et un ou plusieurs sous-problèmes qui servent à rajouter des variables de coût réduit négatif au problème maître. La résolution se termine lorsque les sous-problèmes ne trouvent plus de variables de coût réduit négatif. Cette méthode est imbriquée dans un algorithme de séparation et évaluation pour obtenir des solutions entières. Plusieurs opérateurs sont définis pour sélectionner des éléments qui seront retirés de la solution courante dans la phase de destruction. À chaque itération, un opérateur est choisi aléatoirement en favorisant ceux qui ont permis d'améliorer la solution courante dans les itérations précédentes. La génération de colonnes sert ensuite à explorer le voisinage ainsi défini (reconstruction). Plusieurs aspects de la génération de colonnes sont gérés de façon heuristique afin d'obtenir de bonnes solutions en des temps raisonnables aux dépens de la certitude de trouver une solution optimale. Les sous-problèmes sont résolus par une méthode de recherche tabou et la génération de colonnes est stoppée après une trop faible amélioration de la valeur de la solution courante de la relaxation linéaire au cours des dernières itérations. Afin d'obtenir des solutions entières, un branchement agressif sur la variable ayant la valeur fractionnaire la plus grande est effectué. Sa valeur est fixée à 1 sans possibilité de retour en arrière.  ABSTRACT: Given a fleet of vehicles assigned to one or more depots, a vehicle routing problem with time windows consists of determining a set of feasible vehicle routes to deliver goods to a set of scattered customers. Every customer must be visited within a prescribed time interval, called a time window. In practice, vehicle routing problems can have many different types of constraints and complex characteristics such as a heterogeneous fleet, restrictions on the routes, etc., while having to serve a large number of customers. Therefore, it is essential for distributors to rely on competitive optimizing tools able to tackle a large number of constraints efficiently. In this thesis, we present an efficient heuristic method for solving a number of large-scale vehicle routing problems with time windows. The problems tackled are rich in the sense that they contain many non-conventional complex characteristics arising in real applications. We propose a hybrid between a large neighborhood search metaheuristic and a column generation exact method, hitherto the most efficient to solve constrained vehicle routing problems exactly. Large neighborhood search is an iterative method where we sequentially remove (destruction phase) and reinsert (reconstruction phase) parts of an incumbent solution in the hope of improving it. Neighborhoods defined in the destruction phase are explored in the reconstruction phase. We propose to explore the neighborhoods by column generation managed heuristically. A column generation method is used to solve the linear relaxation of a linear program. It solves iteratively a master problem, that is the linear program restricted to a subset of variables, and one or many subproblems that attempt to find new negative reduced cost variables to add to the master problem. The process ends when the subproblems cannot find any negative reduced cost variables. This method is embedded within a brand-and-bound algorithm to derive integer solutions. Several operators are defined to select elements that will be removed from the incumbent solution in the destruction phase. At every iteration, an operator is randomly selected favouring those who managed to improve the incumbent solution in the past iterations. Afterwards, column generation is used to explore the neighborhood defined by the operator (reconstruction phase). Many aspects of the column generation approach are managed heuristically in order to obtain good solutions in reasonable time at the expense of ensuring optimality. The subproblems are solved by means of a tabu search algorithm and the column generation is stopped if the value of the solution of the linear relaxation does not improve enough over the last iterations. An aggressive ranching scheme is used to derive integer solutions. Branching is done on the variable with the highest fractional value, which is fixed at 1 without the possibility to backtrack.


identifier: Winkler, S. A. (2011). Passive Millimeter-Wave Imaging Based on Subharmonic Self-Oscillating Mixing  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Le sujet général de la thèse de doctorat présentée réside dans la recherche sur des nouvelles méthodes dans le domaine de l'imagerie aux micro-ondes, en particulier l'imagerie passive aux ondes millimétriques, qui est aussi connue sous le nom d'imagerie radiométrique. Cette dernière technique est utilisée pour former une image d'une scène particulière en capturant la radiation électromagnétique émise naturellement par chaque objet à la bande de fréquence des micro-ondes / ondes millimétriques, similaire à la façon dont une photographie est prise en capturant la radiation aux fréquences optiques. De cette façon, une image d'ondes millimétriques peut être formée et utilisée pour tracer différentes caractéristiques de la scène ou de l'objet, qui sont implicites à la bande de fréquences des micro-ondes / ondes millimétriques. L'imagerie à ondes millimétriques représente un des sujets d'actualité des plus prometteurs dans le domaine de la conception des capteurs à haute fréquence. L'utilité de cette technique réside surtout dans les particularités des phénomènes de l'atténuation atmosphérique permettant aux ondes millimétriques de pénétrer à travers une grande variété de conditions de mauvaise visibilité, comme par exemple la brume, le brouillard, les nuages, la fumée et les tempêtes de sable, ainsi que la capacité de se propager à travers des vêtements et certains autres matériaux. Outre ces avantages par rapport aux systèmes infrarouges ou optiques, les systèmes à ondes millimétriques surpassent les systèmes micro-ondes à plus basse fréquence par leurs longueurs d'ondes plus petites permettant d'atteindre une plus haute résolution. Pour leur mise en application, des fenêtres de propagation à 35, 77, 94, 140 et 220 GHz ont été assignées. Les domaines d'application présents et futurs sont principalement associés aux infrastructures militaires et commerciales. Ceux-ci englobent la surveillance, la navigation et la technologie automobile, ainsi que l'atterrissage des avions et le suivi de la circulation dans le brouillard sur les autoroutes. De plus, la demande de plus en plus grande en systèmes de détection de sécurité aux aéroports et d'autres lieux publics crée une demande toujours plus grande en scanners automatisés en temps réel dotés des caractéristiques suivantes : ne présenter aucun risque pour la santé, générer un nombre réduit de fausses alertes et permettre la détection des armes cachées ou des objets dangereux à travers les vêtements.  ABSTRACT: The broad topic of the presented Ph.D. thesis consists in the research on novel methods in the field of microwave imaging, in particular the so-called passive millimetre-wave imaging, which is also referred to as radiometric imaging. This latter technique is used to form an image of a particular scene by means of sensing the natural electromagnetic radiation emitted by any object at microwave / millimetre-wave wavelengths, similar to the way in which a photograph is captured by sensing the radiation occurring at optical wavelengths. In this way, different characteristics of the observed scene or object, which are inherent to the microwave / millimetre-wave frequency range, can be mapped in the form of an image.  Millimetre-wave imaging represents one of today's most promising research topics in the field of high frequency sensor design. The usefulness of this technique lies in particular in the peculiarities of atmospheric attenuation phenomenologies allowing millimetre-waves to penetrate through a variety of low-visibility conditions such as haze, fog, clouds, smoke, and sandstorms and furthermore in the ability to propagate through clothing and a number of other materials. Together with these advantages over infrared and optical systems, moreover, millimetre-wave systems outperform imagers at the lower microwave frequency range due to their smaller wavelengths and the thus achievable higher resolution. For their implementation, propagation windows at 35, 77, 94, 140, and 220 GHz are generally allocated.  Present and future applications consist in both military and commercial infrastructure fields such as in surveillance, navigation, and automotive technology, as well as aircraft landing or highway traffic monitoring in fog. Moreover, the ever increasing demand for security screening systems at airports and other public environments creates a growing need for health-hazardless automated real-time scanners with minimized false alarms, and millimetre-wave imaging offering the ability to detect concealed weapons or hazardous objects through clothing material represents an excellent choice for this purpose. Furthermore, millimetre-wave imaging is applied to biomedical imaging such as the location of hot spots, tumours, or other anomalies in the body. Additional applications consist in non-destructive material testing and geological examinations such as the sensing of the Earth's atmosphere, oil spill detection, research on volcano activity, or meteorology.


identifier: Lévesque, P. (2011). Architecture d'un processeur dédié aux traitements de signaux ultrasoniques en temps réel en vue d'une intégration sur puce  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Cette thèse se rapporte à la conception d'une nouvelle architecture d'un système d'appareils d'imagerie médicale par ultrasons (IMU); nous proposons une architecture matérielle d'un processeur dédié au prétraitement de signaux ultrasoniques en temps réel, qui intègre un cœur (core) de traitement, un module d'interpolation et un module d'assignation de priorités qui permet de partager le bus de données d'une mémoire à faible consommation d'énergie. Ce processeur dédié représente une contribution importante aux efforts visant à l'intégration complète d'un système de prétraitement de signaux ultrasoniques à l'intérieur d'une sonde qui fait partie des appareillages ultrasoniques conventionnels ainsi qu'à la mise en œuvre d'un nouveau type d'appareil d'IMU sans fil. La littérature des deux dernières décennies présente diverses approches visant à miniaturiser la technologie de l'IMU. Plusieurs auteurs proposent des solutions en matière d'intégration des circuits frontaux ou de matérialisation de nouveaux algorithmes de traitement des signaux ultrasoniques. Les efforts de recherche dans ce domaine sont propulsés par l'intérêt grandissant des marchés et par le développement de nouvelles applications qui bénéficient de la miniaturisation de cette technologie. De plus, les performances grandissantes des circuits intégrés programmables tels que les FPGA offrent les caractéristiques appropriées pour la mise en œuvre de nouveaux systèmes d'IMU.  ABSTRACT: This Ph.D. thesis is related to the design of a new architecture of ultrasound medical imaging (UMI) system. We propose a fully hardware-based processor dedicated to real-time ultrasonic signal processing, which incorporates a preprocessing core, a low-power memory, an interpolation unit, and a priority assignment unit. This Ph.D. thesis represents an important contribution towards the complete integration of an ultrasound preprocessing system within the probe and the implementation of a new type of wireless UMI device.  During the last two decades, several UMI system miniaturization approaches have been presented in the literature. Some Authors proposed their front-end circuit integration and introduced hardware-based ultrasound signal processing units based on new algorithms. Research efforts in this area are driven by the increasing industrial interest on miniaturized UMI devices and by the development of new applications that benefit from the miniaturization of this technology. Moreover, the increasing performance of programmable circuits, such as FPGA, offers appropriate characteristics for the implementation of new UMI systems.  Most UMI system architectures found in the literature are based in whole or in part on a software implementation that uses a central processing unit (CPU) or a digital signal processor (DSP). This software approach provides flexibility and facilitates the implementation of processing algorithms which are becoming ever more effective and complex. However, to provide real-time ultrasound image processing, these systems require high-power consumption or are too large for a complete system integration on a single chip (SoC).


identifier: De Roucy de Flacourt, M. (2011). Architectures 3GPP et évolution vers IPv6  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans les réseaux mobiles de troisième génération, le trafic de voix est séparé du trafic de données. Dans les réseaux de quatrième génération, tout le trafic passe par un unique réseau. Les technologies utilisées dans la 4e génération (4G) sont des évolutions de celles développées pour General Packet Radio Services (GPRS) et n'utilisent que très peu les capacités du protocole Internet Protocol (IP) (présent sur le plan de données).   La norme IP version 6 (IPv6), finalisée en décembre 1998, définit le nouveau standard du protocole IP. Elle simplifie le protocole et augmente ses fonctionnalités, elle facilite notamment le support de la mobilité. Aujourd'hui les principaux protocoles étendant IPv6 ou l'utilisant pour fournir de la mobilité sont Mobile IPv6 (MIPv6) et Proxy Mobile IPv6 (PMIPv6). Malgré cette évolution de IP, le réseau 4G développé par le consortium Third generation partnership project (3GPP) utilise, pour gérer la mobilité des usagers, le protocole GPRS Tunneling Protocol (GTP) développé à la base pour GPRS. Il gère aussi en partie la Quality of Service (QoS) sur le réseau cœur Evolved Packet Core (EPC).   Les techniques de QoS permettent de différentier les trafics transitant sur le réseau et de leur appliquer des restrictions et/ou priorités différentes. Ces techniques sont généralement utilisées sur des réseaux susceptibles d'être saturés, ce qui est le cas dans les réseaux mobiles. Elles sont donc très importantes sur le réseau Evolved Packet System (EPS) d'autant plus que celui-ci transporte du trafic de voix. Le trafic de voix est critique, car la fonction première des réseaux mobiles est de connecter des téléphones cellulaires au Public Switched Telephone Network (PSTN). Le réseau doit aussi permettre un accès à un dorsal IP couramment appelé Internet, en théorie n'importe quel type de trafic peut y circuler : vidéo, web, File Transfer Protocol (FTP), Peer-to-Peer (P2P), etc.   Dans le protocole GTP des tunnels sont créés pour chaque usager, appelé User Equipment (UE), les tunnels d'un même UE ayant chacun une QoS différente. Mais tous les paramètres de QoS ne sont pas appliqués par le protocole GTP, certains comme la priorité de transmission (forwarding priority) doivent être gérés par les couches inférieures du réseau. Les techniques de QoS à utiliser ne sont pas définies par 3GPP, en revanche des documents comme le 23.401 [8] mentionnent Differentiated Services (DiffServ) comme exemple.   Le protocole PMIPv6 a l'avantage sur MIPv6 de ne pas modifier les fonctionnalités de la couche IPv6 du nœud mobile. De base il n'utilise qu'un tunnel entre un Mobile Access Gateway (MAG) et un Local Mobility Anchor (LMA) (voir section 2.2.3 pour plus d'explications) pour acheminer le trafic de tous les terminaux attachés au MAG. L'utilisation d'un seul tunnel empêche la différentiation des trafics et donc l'utilisation des méthodes de QoS classiques. C'est pourquoi Hui et al. [70] propose de modifier le protocole PMIPv6 pour permettre la création d'un tunnel par flux, de façon à permettre l'application de règles de QoS différentes. En nous inspirant de ces modifications nous pouvons donc transformer le protocole PMIPv6 de façon à ce qu'il supporte les mêmes fonctionnalités que GTP User data tunneling (GTP-U).   Le protocole IPv6 est actuellement géré par quasiment tous les systèmes d'exploitation et les adresses IP version 4 (IPv4) encore disponibles disparaissent rapidement, nous avons donc considéré que le réseau EPS utilise uniquement le protocole IPv6. Partant de ce principe et ayant remarqué qu'IPv6 peut être utilisé pour gérer la mobilité des usagers, nous avons cherché à maximiser son utilisation. Nous proposons donc deux nouvelles architectures du réseau EPC utilisant une version de PMIPv6 légèrement modifiée pour supporter la gestion de plusieurs tunnels entre un MAG et un LMA, à la manière de GTP.   Étant donné le peu de bande passante dont disposent ces réseaux mobiles comparés aux réseaux d'accès filaires et le caractère critique de certains trafics qu'ils véhiculent, nous avons dû vérifier que nos modifications ne réduisent pas les performances du réseau du point de vue des usagers. Pour ce faire nous avons implémenté dans le simulateur Network Simulator version 2 (NS-2) les architectures EPS décrites dans les documents 23.401 [8] et 23.402 [9] ainsi que celles que nous proposons. Au vu des résultats nous pouvons dire que l'architecture 23.401 [8] offre de meilleures performances que toutes les autres. Cependant, 23.402 [9] a été développée pour répondre à une problématique d'ordre politique, survenant lors de l'ajout d'un réseau d'accès non développé par 3GPP au réseau cœur. Cette architecture, sur laquelle nous nous sommes basés, peut donc être mise en place dans n'importe quel environnement contrairement à la 23.401 [8]. Grâce aux simulations nous pouvons dire que les modifications que nous avons apportées ne modifient pas, voire améliorent légèrement, les performances de l'architecture 23.402 [9].   En conclusion nous conseillons aux opérateurs désirant mettre en place un réseau 4G utilisant une des architectures proposées par 3GPP, d'utiliser 23.401 [8] (étant donné ses meilleures performances) si cela leur est politiquement possible. Sinon d'utiliser l'une des architectures basées sur 23.402 [9] que nous proposons.  ABSTRACT: In third generation mobile network, the voice traffic is separated from the data traffic. In fourth generation all goes through a unique network. Technologies used in 4G network evolved from those developed for GPRS, they don't use IP's capacity.   IPv6 norm, released in 1998, describes the new standard for IP protocol. It simplifies the way IP works and increases its functionality, notably mobility integration were facilitated. Today MIPv6 and PMIPv6 are leaders protocols to include mobility in IPv6. Even with those evolutions, 3GPP's 4G network still uses GTP (firstly developed for GPRS) to manage its users mobility; but GTP also manages some part of the QoS mechanism.   QoS techniques permit differentiating network flows and apply some restrictions and/or priorities to them. Those techniques are usually used when the network can be congested, which is the case for mobile network. So they are important for EPS network, specially since it carries voice traffic. Voice traffic is critical since the one of the first goals of mobile network is to allow cellular phone to connect to the PSTN. The network must also provide facilities to the users to them to access an IP backbone, which means that theoretically all sorts of traffic can be presented, video, web, FTP, P2P, etc.   GTP protocol creates tunnels for each user, called UE, each tunnel of a UE has a different QoS. But all the QoS parameters aren't applied by GTP, some (like the forwarding priority) need to be applied by underlying stack. 3GPP doesn't specify the QoS techniques used by stacks under GTP. However, it mentions DiffServ as an example in the document 23.401 [8].   PMIPv6 protocol has the advantage against MIPv6 that it doesn't need the mobile node to have a modified IPv6 stack. Its basic version uses one tunnel between an LMA and a MAG (see section 2.2.3) to carry all traffics from and to mobiles nodes attached to this MAG. The use of a unique tunnel prevents the use of common QoS techniques like DiffServ since it hardeners the differentiation of traffic flows. That's why Hui et al. [70] suggest to modify PMIPv6 in order to create one tunnel by flow. So by applying small modifications to PMIPv6 (inspired by Hui et al. [70] suggestions) we should be able to support the same functionalities as GTP-U.   Currently, near all the operating systems have an IPv6 stack and the number of Ipv4 addresses still unallocated is decreasing quickly. So we decided to assume that EPS network only uses the IPv6 protocol. As IPv6 can be used to manage some part of QoS and mobility through PMIPv6, we searched to increase its use in EPC. So we suggest two new architectures based on 23.402 [9] for EPC network, which used a modified version of PMIPv6 to support the creation of several tunnels between a MAG and an LMA and to match GTP-U functionalities.  However, due to the lack of bandwidth in such network and the criticism of voice traffic, we had to check that our suggestion doesn't damage the network performances from the users' point of view. To test these performances, we implement architecture 23.401 [8], 23.402 [9] and those that we propose. The results of our simulations show that 23.401 [8] has the best performances. However, this architecture suffers from some political problems and can't be built in every situation. That's why 3GPP released the 23.402 [9] architecture which has the advantage to politically support a larger scale of access networks. For our work, we based our architecture on 23.402 [9]. Simulations show that we don't damage and sometimes we even improve the performances of 23.402 [9].   To conclude, we advise operators wishing to build 4G networks based on 3GPP architectures to use the 23.401 [8] if it's possible. But if, for political reason, they can't use 23.401 [8] to consider ours since their performances are better and they improve the use of IPv6.


identifier: Gerson, A. (2011). Analyse comparée de corridors importants de transport de surface à Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans le contexte actuel de l'augmentation de la congestion et de l'achalandage du transport en commun, les défis à relever pour les planificateurs en transport sont multiples et parfois contradictoires. Ces problèmes se posent en particulier dans les corridors importants de transport, définis comme les axes structurants des villes. L'analyse des corridors de transport de surface doit donc permettre de répondre aux problématiques d'aménagement du service. Cela se traduit par l'amélioration du service de bus (lignes express ou à arrêts limités) ou par des interventions plus importantes (systèmes rapides par bus, tramway, etc). Plutôt que de se limiter à comparer des villes très différentes, l'analyse de corridors peut s'avérer plus pertinente. L'objectif de ce travail était donc de définir une approche méthodologique et des indicateurs permettant la comparaison de corridors. La démarche a été appliquée à trois corridors de l'île de Montréal. Ce projet a commencé par la définition du concept de corridor de transport en commun et la recherche d'indicateurs de transport pertinents dans la littérature. Le choix des territoires d'étude s'est effectué en considérant les lignes de bus les plus achalandées de la société de transport de Montréal (STM). Ce sont donc les corridors de l'avenue du Parc, de l'axe Sauvé/Côte-Vertu et du boulevard Pie-IX qui ont été retenus. Au cours du projet, plusieurs niveaux d'agrégation des données ont été utilisés, les principaux étant le corridor, le segment de corridor et la zone d'influence de l'arrêt de bus. Les données ont été collectées à partir de différentes sources notamment l'enquête Origine-Destination (OD) de 2003 et le recensement canadien de 2006. La première étape de l'analyse de corridors consistait à caractériser le contexte socio-démographique, donc les attributs des résidents. Plusieurs méthodes pour agréger les données de recensement par arrêt ont été essayées. Ensuite, le service de bus existant a été analysé afin de mettre au point des indicateurs sur l'offre de service planifiée et sur les ressources engagées par l'opérateur. Les caractéristiques du réseau routier ont aussi été prises en compte et un modèle simple de régression a été utilisé afin d'estimer le poids des facteurs influençant le temps de parcours par segment de ligne. Le dernier ensemble de données concernait les déplacements individuels. Grâce aux données de l'enquête origine-destination de 2003, les déplacements individuels des usagers des corridors ont été analysés en utilisant une approche totalement désagrégée. Ces données ont aussi permis de caractériser la clientèle du transport en commun dans ces corridors.  ABSTRACT: With the rise of transit ridership and traffic congestion, transportation planners face multiple and sometimes conflicting challenges. These problems are aggravated in urban corridors, as transportation rely mainly on those structuring areas. The analysis of surface transit corridors should be a way to prepare the improvement of bus service. The results of such analyses could lead to minor service improvement such as express or limited-stop service or to major changes such as bus rapid transit or light rail transit. The analysis and comparison of corridors is more relevant than the comparison of cities that differ in many ways. The objective of this master project was to define a methodological approach and suitable indicators for the comparative analysis of corridors. This approach was applied to three corridors of Montreal. This project began with the definition of the main concepts linked to transit corridors. The literature review also suggested some indicators used in public transportation. Then the choice of the studied corridors was driven by the bus ridership figures of the Société de Transport de Montréal (Montreal Transit Corporation). Thus the chosen corridors were Park Avenue, Sauvé/Côte-Vertu corridor, and Pie-IX Boulevard. At different stages of this project, several levels of data aggregation were used, mainly the corridor level, the segment level and the bus-stop level. Data were collected from various sources, including the 2003 Origin-Destination (OD) survey and the Canadian census of 2006. The first step of the corridors analysis was to characterize the socio-demographic context of each corridor, in other words the residents' attributes. Several methods of aggregation were tried to assign the population to a bus stop. Then the existing scheduled bus service was analyzed in order to calculate indicators evaluating the quality of service and the resources for the transit operator. The attributes of the road network were also taken into account with a simple regression model estimating the impacts of some variables on the travel time by route segment. Finally the last set of data concerned the individual trips. Thanks to the data issued from the 2003 OD survey realized in the Greater Montreal Area, the individual trips of the corridors users were analyzed using a totally disaggregate approach. It was also possible to characterize the transit users in the studied corridors. The main trip destinations, known as trip generators, were also identified for each corridor and then compared to the declared generators of the OD survey.


identifier: Martin, N. (2011). Application de la méthode des sous-groupes au calcul Monte-Carlo multigroupe  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'objectif de cette thèse est de démontrer la fiabilité d'un algorithme Monte Carlo reposant sur l'utilisation de la méthode des sous-groupes, dans le cadre du calcul de réseau en physique des réacteurs et en criticité. La méthode des sous-groupes, appelée également méthode multibande, se base sur la représentation sous forme de tables de probabilité des sections efficaces résonnantes lors de la résolution de l'équation de transport neutronique. Cette représentation peut se voir à mi-chemin entre l'approche dite ponctuelle et l'approche multigroupe. L'approche ponctuelle, dite également à énergie continue, préserve au maximum la qualite des modèles physiques présents dans le format ENDF. Cependant, l'importante quantité de données nécessaires à ce modèle rend coûteuse son application à grande échelle. La plupart des outils de production en calcul de sûreté-criticité reposent sur l'utilisation de codes Monte Carlo multigroupes, plus rapides en temps de calcul. Le formalisme multigroupe nécessite néanmoins une étape intermédiaire dite d'auto-protection pour le traitement des sections efficaces multigroupes des isotopes résonnants. La méthode des sous-groupes permet de procéder à un calcul direct, conduisant à une simplication du schéma classique reposant sur le formalisme multigroupe. L'intérêt est ici d'obtenir une réduction du coût de calcul vis-à-vis de la méthode à énergie continue tout en conservant un haut niveau de représentation physique. Plusieurs aspects ont fait l'objet d'une attention toute particulière dans ce projet :  Le calcul de tables de probabilité cohérentes avec un maillage énergétique comprenant seulement 295 ou 361 groupes. L'approche proposée dans le code CALENDF reposant sur la méthode des moments s'est révélée comme la technique la plus performante pour obtenir des tables de probabilités utilisables dans un code Monte Carlo.  La combinaison de l'utilisation de tables de probabilité pour le traitement des sections efficaces avec une marche aléatoire reposant sur la méthode de Delta-tracking pour le traitement de la géométrie.  L'obtention de données cohérentes avec un algorithme Monte Carlo afin de tenir compte de l'anisotropie de la diffusion. Les matrices de transfert sont disponibles sous forme de séries de polynômes de Legendre dans les librairies au format Draglib, mathématiquement inadaptées à une utilisation directe dans un algorithme Monte Carlo. Une solution très efficace consiste à transformer ces moments sous forme de tables de probabilité. Comme dans le code MORET de l'IRSN, la méthode des moments du code  ABSTRACT: This thesis is dedicated to the development of a Monte Carlo neutron transport solver based on the subgroup (or multiband) method. In this formalism, cross sections for resonant isotopes are represented in the form of probability tables on the whole energy spectrum. This study is intended in order to test and validate this approach in lattice physics and criticalitysafety applications. The probability table method seems promising since it introduces an alternative computational way between the legacy continuous-energy representation and the multigroup method. In the first case, the amount of data invoked in continuous-energy Monte Carlo calculations can be very important and tend to slow down the overall computational time. In addition,this model preserves the quality of the physical laws present in the ENDF format. Due to its cheap computational cost, the multigroup Monte Carlo way is usually at the basis of production codes in criticality-safety studies. However, the use of a multigroup representation of the cross sections implies a preliminary calculation to take into account self-shielding effects for resonant isotopes. This is generally performed by deterministic lattice codes relying on the collision probability method. Using cross-section probability tables on the whole energy range permits to directly take into account self-shielding effects and can be employed in both lattice physics and criticality-safety calculations. Several aspects have been thoroughly studied:  The consistent computation of probability tables with a energy grid comprising only 295 or 361 groups. The CALENDF moment approach conducted to probability tables suitable for a Monte Carlo code.  The combination of the probability table sampling for the energy variable with the delta-tracking rejection technique for the space variable, and its impact on the overall efficiency of the proposed Monte Carlo algorithm.  The derivation of a model for taking into account anisotropic effects of the scattering reaction consistent with the subgroup method. In this study, we generalize the Discrete Angle Technique, already proposed for homogeneous, multigroup cross sections, to isotopic cross sections on the form of probability tables. In this technique, the angular density is discretized into probability tables. Similarly to the cross-section case, a moment approach is used to compute the probability tables for the scattering cosine.  The introduction of a leakage model based on the B1 fundamental mode approximation.


identifier: Charlot, L. (2011). Calcul et analyse de sensibilité des écoulements à surface libre  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Dans ce projet, nous développons une méthode de calcul précise et rapide pour les écoulements à surface libre et une méthode des sensibilités lagrangiennes adaptées à ce type d'écoulements. Les écoulements à surface libre sont très courants dans la nature et dans les applications industrielles. Leur compréhension est indispensable pour le design de structures offshore par exemple. Cependant, leur simulation numérique reste difficile car la géométrie du domaine fluide est une inconnue du problème. De nombreuses techniques ont été développées mais les calculs prenant en compte toutes les caractéristiques de l'écoulement, comme la viscosité, la répartition horizontale des vitesses et de la pression deviennent souvent trop coûteux pour atteindre une précision suffisante. Dans ces conditions, la méthode des sensibilités est un outil très intéressant car elle permet de calculer les dérivées de l'écoulement par rapport aux paramètres de design. Les sensibilités peuvent donc être utilisées pour calculer rapidement le gradient de fonctions objectifs requis par la plupart des algorithmes d'optimisation, pour identifier les paramètres clé d'un système ou encore pour faire une analyse d'incertitude. L'écoulement est calculé grâce à une formulation arbitrairement lagrangienne-eulérienne des équations de Navier-Stokes. Le domaine de calcul suit donc la forme de la surface libre, ce qui permet de connaître sa géométrie avec précision. Le maillage est déformé grâce à une approche pseudo-solide. Des schémas temporels de Runge-Kutta d'ordre élevé permettent d'améliorer la précision des calculs. Pour la discrétisation spatiale, on utilise la méthode des éléments finis avec des éléments de Taylor-Hood ou des éléments P1-P1 avec une stabilisation de type SUPG/PSPG pour pouvoir faire des calculs à haut Reynolds sans oscillations numériques. Afin de satisfaire la loi de conservation géométrique et donc conserver l'ordre de précision temporel sur maillage déformable, la formulation variationnelle du problème doit être conservative et le calcul des vitesses de maille doit être consistant avec le schéma temporel choisi. Les sensibilités sont calculées grâce à un point de vue lagrangien. On calcule donc les dérivées totales des variables par rapport au paramètre, c'est à dire que l'on tient compte de la dépendance du domaine fluide par rapport au paramètre. Les conditions limites sont alors simples, même si la frontière subit des déformations. Les équations des sensibilités sont obtenues en dérivant la formulation faible de l'écoulement. Pour la résolution, les méthodes numériques sont les mêmes que pour l'écoulement. La méthode est ensuite vérifiée grâce à la méthode des solutions manufacturées. On vérifie alors, pour chaque schéma temporel et pour chaque type d'éléments, que l'ordre de convergence observé est bien conforme avec l'ordre théorique de la méthode.  ABSTRACT: In this project, we develop a methodology for rapid and accurate free-surface flow simulation and a Lagrangian sensitivity equation method suited to this type of flow. Free-surface flows are very common in nature and in industrial applications. Their understanding is essential for example, for the design of offshore structures. However, their numerical simulation is difficult because the geometry of the fluid domain is part of the problem. Many techniques have been developed but the simulations taking into account all the characteristics of the flow, such as viscosity, the horizontal distribution of velocity and pressure are costly to achieve sufficient accuracy. Thus, the sensitivity equation method is a very interesting tool because it computes the derivatives of the flow with respect to design parameters. Sensitivities provide quick evaluation of gradients of objective functions required by most optimization algorithms and a better understanding of the flow by answering “what if?” questions. The flow is calculated using an arbitrary Lagrangian-Eulerian formulation of the Navier-Stokes equations. The computational domain follows the shape of the free surface. Hence,its geometry is exactly known. The mesh is deformed with a pseudo-solid approach. We use high order Runge-Kutta schemes for time integration and the finite element method with Taylor-Hood or P1-P1 elements for the spatial discretization. Special attention must be paid to the variational formulation of the Navier-Stokes equations and to the computation of the mesh velocity to satisfy the Geometric Conservation Law (GCL). The GCL ensures that the fixed mesh order of accuracy of the time integrator is preserved on moving meshes. We use SUPG/PSPG stabilization with P1-P1 elements to compute high Reynolds numbers simulation and to ensure that no numerical oscillations occur. Sensitivities are calculated using a Lagrangian point of view. Total derivatives of the variables with respect to the parameter are computed, ie we take into account the dependence of the fluid domain with respect to the parameter. This method leads to simple and exact boundary conditions on moving domain. The sensitivity equations are obtained by differentiating the weak formulation of the flow. Similar numerical methods are used for the flow and for the sensitivities. The method is then verified with the method of manufactured solutions. We check that for each temporal scheme and for each type of element, the observed convergence rate is consistent with the theoretical one. It is shown that the stabilization terms do not prevent the satisfaction of the geometric conservation law. Moreover the sensibilities have the same convergence rate as the flow. The 3rd and 5th order accurate Runge-Kutta schemes achieve better temporal accuracy with 100 times larger time steps than the implicit Euler scheme, which significantly reduces the computation cost.


identifier: Changoor, A. (2011). Electromechanical and Polarization Microscopy Evaluation of Cartilage Repair and Degeneration  [Thèse de doctorat, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: L'arthrose est une condition physique prévalente pour laquelle aucun traitement permettant de modifier la maladie n'est disponible présentement. La recherche actuelle évalue des modèles pré-cliniques pour le développement et la vérification des approches thérapeutiques, ou de réparation, potentielles. Par la suite, des essais cliniques sont effectués sur des sujets humains sous conditions contrôlées pour évaluer l'efficacité des approches les plus prometteuses. Ces études représentent un effort considérable où le choix de méthodes sensibles et pertinentes pour l'évaluation du cartilage articulaire est très important pour leur succès. Les études pré-cliniques sur l'arthrose impliquent l'utilisation de modèles de blessures d'impact, où une blessure mécanique initiale est créée sur la surface du cartilage, laquelle peut initier les voies de dégradation qui culminent éventuellement en arthrose. L'étude des premiers événements de cette trajectoire est importante car les phases immédiates et aiguës après la blessure sont caractérisées par une augmentation de la réponse cellulaire et des activités de dégradation, ce qui représente une période très propice où les interventions thérapeutiques pour atténuer la progression de la maladie peuvent être les plus efficaces. Dans de telles études, une méthode d'évaluation suffisamment sensible doit être utilisée pour détecter les changements se produisant dans la matrice extracellulaire du cartilage. Dans les études cliniques, une évaluation directe de la qualité du tissu cartilagineux en réparation est réalisée histologiquement à l'aide de petites biopsies obtenues au cours d'une arthroscopie de réévaluation. Les systèmes actuels de notation des coupes histologiques évaluent un nombre de caractéristiques qui contribuent à la durabilité à long terme des tissus cartilagineux en réparation, mais omettent une catégorie spécifique qui permet l'évaluation structurée de l'organisation du collagène. Le réseau de fibrilles de collagène joue un rôle critique sur la capacité de chargement du cartilage et est donc possiblement indicateur de la durabilité de la réparation du cartilage à long terme. Concevoir un système de notation où différents niveaux  ABSTRACT: Osteoarthritis (OA) is a prevalent health condition for which no disease modifying strategies are presently available. Current research incorporates pre-clinical models for the development and testing of potential therapeutic or repair approaches, and subsequently, clinical trials are undertaken, where the most promising strategies are assessed in humans under controlled conditions. These are substantial endeavours requiring sensitive and appropriate evaluation methods for cartilage assessment to ensure their success. Pre-clinical studies of OA include the use of impact injury models, where an initial mechanical insult to the cartilage surfaces can initiate degradative pathways that eventually culminate in OA. Studying early time points in this trajectory are desirable because the immediate and acute phases after injury are characterized by elevated cellular response and degradative activity, representing a window of opportunity where therapeutic intervention to mitigate disease progression may be the most effective. In such studies a sensitive method of cartilage assessment is required to monitor the changes expected to occur in the cartilage extracellular matrix. In clinical trials, direct assessment of cartilage repair tissue quality is performed histologically using small biopsies obtained during a second-look arthroscopy. Current histological scoring systems evaluate a number of characteristics believed to contribute to the long term durability of repair tissues but lack a specific category where a structured evaluation of collagen organization is made. Collagen architecture plays a critical role in cartilage load bearing properties and is therefore likely indicative of the long term durability of cartilage repair tissues. Designing a score where different levels of collagen organization could be assessed using a method sensitive to collagen orientation is required to enhance the analysis of repair tissue quality.


identifier: Llano Ruiz, J. F. (2011). A Delay-Constrained Middleware Architecture for Disseminating Information in Wireless Sensor Networks  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: Les réseaux de capteurs sans fil (WSNs: Wireless Sensor Networks) constituent un domaine de recherche très actif et qui reçoit beaucoup d'attention de la part de la communauté scientifique. Ces réseaux offrent la possibilité de surveiller, de rassembler et de transmettre des données de l'environnement, en utilisant des noeuds appelés capteurs. Ces données sont généralement recueillies par une entité centrale qui les rend disponibles aux utilisateurs et à d'autres réseaux, comme Internet et les réseaux cellulaires. À cette fin, il existe des techniques, dites de diffusion, qui s'occupent de transférer les données à toutes les destinations. En particulier, le choix d'une technique de diffusion dépend de l'application utilisée. Par exemple, les applications à contraintes de délai imposent une contrainte de délai de bout-en-bout au processus de diffusion des données afin de coordonner des opérations de recherche et de sauvetage, et d'alerter les gens lors d'une opération d'urgence. Ce mémoire propose une architecture d'intergiciel qui sert de médiateur entre les applications à contraintes de délai et les techniques de diffusion de données. Une preuve de concept est faite pour montrer la faisabilité de l'architecture et l'efficacité d'un tel médiateur. L'analyse du prototype montre, entre autres, que le pourcentage de succès de transmission de l'intergiciel est largement supérieur à celui des protocoles individuels, tels que le service de messagerie (SMS: Short Message Service), le courriel et Twitter.  ABSTRACT: Wireless Sensor Networks (WSNs) have been gaining a lot of attention from the research community. They offer the possibility to monitor and collect information from the environment, using small sensor nodes. Generally, the information is later transmitted towards a centralized entity that serves as an interface to users, or to other networks (e.g., cellular networks or Internet). Data dissemination techniques are in charge of the sending process to all destinations. The technique is chosen depending on the application. For instance, delay-constrained applications impose end-to-end delay constraints to coordinate rescue operations and warn people about critical events. This thesis proposes a middleware architecture that serves as a mediator between delay-constrained applications and data dissemination techniques. The architecture is intended to disseminate information from wireless sensor networks to Internet and cellular networks, considering end-to-end delay constraints. A proof of concept is done to validate its feasibility and effectiveness. More specifically, the results show that the percentage of success is much better using a middleware as a mediator than using individual protocols for data dissemination, such as Short Message Service (SMS), email and twitter.


identifier: Mony, N. (2011). Éléments d'analyse et de planification du transport en commun en lointaine banlieue de Montréal  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La lointaine banlieue, région dans laquelle la part modale du transport en commun reste inférieure à 10%, malgré sa forte croissance, et où la pression de l'étalement urbain secoue toute notion d'accessibilité, rend la restructuration de l'offre de transport en commun à la fois complexe et nécessaire. Or cet environnement n'a que très peu fait l'objet d'analyses aussi structurées que celles que l'on trouve en milieu urbain. Même les enquêtes Origine-Destination métropolitaines traditionnelles ne disposent pas de suffisamment de données pour effectuer des simulations fiables et précises de réseau de transport en commun. Le CITL (Conseil Intermunicipal de Transport des Laurentides) se trouve être un exemple de choix de par sa situation géographique et par les ensembles de données qu'il offre, afin de dégager une approche méthodologique pertinente pour aborder la lointaine banlieue. Cette approche passe par différentes instrumentations dont l'objectif est de clarifier les enjeux suivants : l'analyse des données de perception afin de décrire la variabilité de la demande de transport en commun; l'exploitation de l'Enquête Origine-Destination à bord afin de dresser le portrait de la clientèle du transport en commun en lointaine banlieue; la prise en compte des dernières données spatialisées de recensement, d'Enquête Origine-Destination métropolitaine et d'infrastructures de transport pour étudier la dynamique et la structuration de la population et de son territoire; une représentation de l'offre et de ses parcours afin de caractériser la conception qui a été faite du transport en commun en lointaine banlieue. L'originalité de cette recherche est donc d'adapter des méthodes non synthétiques d'analyse de transport en commun à un contexte peu étudié et aux ensembles de données qui lui sont propres. Face à ces enjeux la recherche fait état des opportunités de pouvoir examiner diverses dimensions de la problématique d'un réseau de lointaine banlieue afin de toutes les caractériser et de dégager ce qui leur est spécifique par rapport à un réseau urbain. Dans ce cadre une attention particulière est apportée aux ensembles de données, à leur enrichissement mutuel et à leur confrontation. Ensuite une étude spatialisée fine des densités et des infrastructures routières permettent de décrire l'environnement dans lequel évolue le transport en commun de lointaine banlieue ainsi que l'évolution de cet environnement. Cette approche est renforcée par une caractérisation sociodémographique segmentée de la population résidente. L'état actuel du réseau est décrit par une représentation spatiale précise et hiérarchique de l'offre de service.  ABSTRACT: In the distant suburbs, the modal split of public transit stays below 10% and the pressure of urban sprawl questions the notion of accessibility. The need of planning and restructuring the transit system has thus become complex but necessary. However, few studies have already analyzed the distant suburbs with the same level of precision and structure as one can find in urban centers analyses. Even the classic metropolitan origin-destination surveys lack data to enable precise simulations on the transit network. So the CITL (Conseil Intermunicipal de Transport des Laurentides) example is worth studying, due to its geography and the datasets it offers. The aim is to build a relevant methodological approach to describe this peculiar environment. Several tools are built to develop this approach. Their goal is to clarify the following issues: describing the variability of the demand thanks to fare collection data; using the on-board survey to portray the transit demand; studying the relationship in space and time between a population and its territory with the latest road network and census data; characterizing the design of the bus network. The originality of this research paper is to adapt disaggregate transit analysis tools to this new context and to its data sets. Facing these issues, this research paper presents the opportunity to study a transit network of distant suburbs, and to characterize it in its very uniqueness compared to an urban network. Within this framework, this research paper focuses on the datasets, their mutual enrichment and their confrontation. Then, a spatial study of the densities and the street network on their most accurate level describes the evolving environment of transit. This description comes along with a demographic segmentation of the residents. The current state of service supply has been represented spatially and hierarchically. Some statistical analysis of the demand variability is held. To get further with the transit demand, it has been demographically segmented, the main trip generators have been highlighted, access to bus stops has been studied, and network consumption has been derived. Those different elements of analysis bring some light on this reticular environment composed of urbanized niches surrounded by rural lands and structured around heavy transportation facilities. With such a background, the transit supply has been developed as a combination of a converging network, served by a few vehicles along its routes, and a regional network inherited from the former interurban bus lines, with a more intense service.


identifier: Shaer, B. (2011). Navigation semi-autonome d'un fauteuil roulant motorisé dans un environnement extérieur par intégration d'un GPS  [Mémoire de maîtrise, École Polytechnique de Montréal].

abstract: RÉSUMÉ: La navigation à l'extérieur ou dans un milieu urbain représente un défi important dans la navigation robotique. Pour y parvenir, le robot doit pouvoir se localiser, planifier sa trajectoire et éviter les obstacles. Ce travail présente une étude préliminaire de ces différents aspects dans la perspective d'une application éventuelle à des fauteuils roulants motorisés. Pour la localisation en milieu urbain, l'utilisation du capteur GPS commercial a été privilégiée. En premier lieu, une caractérisation des erreurs de mesures GPS a été réalisée. Ces erreurs comportent deux composantes : un biais qui varie lentement et une erreur aléatoire. Deux appareils GPS ont été utilisés : le premier pour déterminer le trajet désiré en extrayant les données à partir d'un fichier GPX généré par l'appareil suite à une planification en mode piéton ; le deuxième est un senseur GPS qui donne la position instantanée du robot sous forme de phrases suivant le protocol NMEA. Un algorithme de projection des données GPS dans le repère local en fonction de la position initiale spécifiée par l'usager permet de compenser, à court terme, le biais des mesures GPS. Une fusion de données GPS et des mesures d'odométrie fournies par le robot a été réalisée à l'aide d'un filtre de Kalman étendu. Les résultats montrent que le robot peut suivre des trajectories planifiées avec une précision de l'ordre de 0,5 mètre. Un suivi de trajectoire rectiligne le long d'un mur a aussi été réalisé combinant le suivi de trajectoire avec la localisation et l'évitement d'un obstacle utilisant un capteur laser pour détecter la « bordure » du chemin (de façon analogue au déplacement sur un trottoir). Ces résultats préliminaires illustrent le potentiel de l'approche proposée et ouvrent la voie à des travaux plus élaborés traitant des différentes problématiques de la navigation en milieu urbain :localisation, planification et évitement d'obstacles.  ABSTRACT: Navigation in exterior or urban environments is a challenging problem in a robotic navigation. In order to achieve this goal, the robot must be able to localize itself, carry out path planing and avoid obstacles. This work presents a preliminary study of these various aspects in anticipation of a possible application to motorized wheelchairs. For localization in urban areas, the use of commercial GPS sensors has been privileged. In first place, a characterization of GPS measurement errors was performed. These errors have two components: a bias that varies slowly and a random error. Two devices GPS were used: one to determine the desired path by extracting data from a file GPX, which is generated by the navigator GPS using the settings for pedestrian mode; the other one is a sensor GPS which gives the instantaneous position of robot in the form of sentences according to the NMEA protocol. A projection algorithm of GPS data in the local coordinate plane with respect to the initial position specified by the user in order to compensate, for short term, the measurements bias of the GPS. Data fusion of GPS data and odometry measurements was performed using an extended Kalman filter. The results show that the robot can follow the trajectories planned with an accuracy of about 0.5 meters.Trajectory tracking along a straight wall has also been done combining the trajectory tracking with the localization and avoidance of obstacles using a laser sensor to detect the “edges” of the path (analogous to the movement on a sidewalk). Theses preliminary results show the potential of the proposed approach and open the way for more extensive work dealing with various problems of navigation in urban areas: localization, planification and obstacle avoidance.