Offre de thèse région “Mesure de la mobilité urbaine pour une cartographie des services aux citadins”

Titre :
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Mesure de la mobilité urbaine pour une cartographie des services aux citadins

Partenariat :
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Thèse financée par la région Rhône-Alpes, ARC 7 “Innovations, Mobilités,
Territoires et Dynamiques Urbaines” au laboratoire CITI, INSA de Lyon
dans l’équipe INRIA UrbaNet et l’équipe DISTO, projet DynaMID.
Cette thèse se déroulera en collaboration avec l’agence d’Urbanisme
de l’agglomération Lyonnaise (UrbaLyon).
http://www.citi.insa-lyon.fr/
http://www.urbalyon.org/

Localisation :
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Lyon, France

Contacts :
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– Hervé Rivano (herve.rivano@inria.fr), chercheur INRIA
– Frédéric Le Mouël (frederic.le-mouel@insa-lyon.fr), Maître de Conférences

Mots-clefs :
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Ville intelligente et numérique, Réseaux, Réseaux de capteurs sans-fil,
Systèmes distribués, Services, Terminaux mobiles

Contexte :
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Le concept de « Ville numérique » émerge à mesure que l’environnement des
citoyens se numérise, que ce soit par l’instrumentation de l’espace physique,
la dématérialisation des services ou les nouvelles relations sociales. On
assiste de fait à l’émergence d’un continuum entre espaces physique et virtuel
mis en oeuvre par des d’objets communicants munis d’une ou plusieurs
interfaces avec l’espace physique (sondes, actionneurs, écran tactile,
téléphonie, systèmes véhiculaires, etc.). En écho au web 2.0, le concept de
« ville 2.0 » est en train de voir le jour, explorant les pistes d’une
interaction directe des habitants dans la gestion quotidienne de leur ville.
Au delà, la notion de « ville intelligente » se précise autour de
l’exploitation des STIC dans une organisation de la ville partiellement
automatisée, et construite sur la dimension numérique de la ville. En
particulier, la « ville numérique » est fondée sur des mesures et interactions
fines et massives avec l’environnement et les citoyens.

L’articulation entre la ville numérique et la ville intelligente se place au
niveau de l’exploitation des données pour faire améliorer les services et en
faire émerger de nouveaux. C’est en particulier le cas des nombreux services
dépendant de l’usager et personnalisés, comme l’assistance aux personnes à
mobilité réduite, la diffusion d’informations géolocalisées, le suivi en temps
réel des réseaux de transport, etc.

La ville est en mouvement permanent et comprendre cette mobilité est essentiel
à la conception, au dimensionnement et à la répartition des services. Il faut
donc être en capacité de la mesurer à différentes échelles, de l’analyser et
l’exploiter en temps réel.

Description du sujet de thèse :
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L’analyse de mobilité peut se faire a posteriori, sur la foi de mesures
expérimentales et statistiques, éventuellement complétées par des simulations
[1,2,3]. Cela représente un travail long et important avec une incertitude sur
les résultats non négligeable. Utiles à des fins d’analyse statistique et
planification, ces méthodes ne permettent pas une gestion automatisée et
réactive des services aux personnes.

Le déploiement de réseaux de capteurs permet de répondre à la fois aux besoins
de mesures statistiques et de gestion en temps réel. Par ailleurs, cela permet
d’obtenir des mesures à la fois dans l’espace public et dans des bâtiments
instrumentés. Cette infrastructure peut combiner des mesures passives de
position et d’activité numérique, et une participation volontaire des citoyens
par le biais de capteurs embarqués dans leurs terminaux mobiles.

Dans cette thèse, nous étudierons un triple défi scientifique
– conception de réseaux de capteurs à l’échelle urbaine, et donc fondée sur la
compréhension de la structure et des usages de la ville, et permettant à des
terminaux mobiles de participer à la mesure ;
– analyse de la mobilité et cartographie des services, afin de permettre une
prise en compte plus fine des flux de personne dans les politiques de
développement urbain ;
– gestion de services en temps réel, qu’il s’agisse de fournir des données à
une application embarquée sur un terminal mobile ou d’optimiser le déploiement
dynamique de ressources.

Enjeux scientifiques :
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Conception de réseaux de capteurs à l’échelle urbaine : Deux enjeux principaux
sont à prendre en compte pour la conception de réseaux. D’une part, prévoir un
déploiement robuste et économe des capteurs prenant en compte la topographie
de la ville, les phénomènes de propagation radio particulier à ces échelles,
et l’hétérogénéité de la granularité de la mesure. D’autre part, mettre en
oeuvre des mécanismes de routage et d’agrégation de données multi-critères [4]
prenant en compte l’hétérogénéité des lieux (bâtiment, rue, etc.), des usages
(analyse, gestion temps réelle) et des mesures (capteurs fixes ou embarqués
sur terminaux mobiles).

Analyse de la mobilité et cartographie des services : La mobilité est multi-
échelle, micro-mobilité au sein des bâtiments, la mobilité multi-modale sur
les axes urbains, et une macro-mobilité fonction des usages et des
temporalités des quartiers de la ville. La répartition des services sur le
territoire devrait dépendre de ces différentes échelles, de la planification à
la reconfiguration adaptative.  En particulier, produire des analyses
structurelles et de flux, devrait permettre une cartographie pertinente des
besoins pour une meilleure planification des services (Où et quand mettre en
place des transports collectifs spécialisés ? En quels lieux des services
d’orientation personnalisés sont les plus utiles [5] ?)

Gestion de services en temps réel : La gestion de services nécessite que
l’infrastructure fournisse les données en temps réel, avec des critères de
délai dépendant de l’application [6]. Dans cette thèse, nous nous
restreindrons à une application de visualisation de la mobilité mesurée, qu’il
s’agisse des personnes, des données et des services utilisés. Elle sera
validée par simulation et par le déploiement d’une infrastructure de test à
l’échelle d’un campus.

Candidature :
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Cette proposition est ouverte à tout titulaire d’un diplôme BAC+5 Français
(Master ou Diplôme d’Ingénieur) ou équivalent étranger. Pour faire acte de
candidature, envoyez CV, notes de master, rapport de master, lettres de
recommandations pour le 5 juillet aux contacts suivants :
– Frédéric Le Mouël (frederic.le-mouel@insa-lyon.fr)
– Hervé Rivano (herve.rivano@inria.fr)

Bibliographie :
—————

[1] Sandesh Uppoor and Marco Fiore. “Large-scale Urban Vehicular Mobility for
Networking Research”, IEEE Vehicular Networking Conference (VNC), Amsterdam,
The Netherlands, November 2011
[2] Sandesh Uppoor and Marco Fiore. “Vehicular mobility trace of the city of
Cologne, Germany”, http://kolntrace.project.citi-lab.fr/
[3] Richard Beckman, Karthik Channakeshava, Fei Huang, V.S. Anil Kumar Achla
Marathe, Madhav V. Marathe, Guanhong Pei, Synthesis and Analysis of Spatio-
Temporal Spectrum Demand Patterns: A First Principles Approach, IEEE
International Dynamic Spectrum Access Networks (DySPAN), Singapore, April 2010.
[4] Hua and Yum. “Optimal routing and data aggregation for maximizing lifetime
of wireless sensor networks”, IEEE/ACM Trans. on Networking, 16(4) :892–903,
2008.
[5] Vincent Autin, “Girouette”, http://www.vincentautin.fr/girouette/
[6] Fei Yang and Isabelle Augé-Blum. “Delivery ratio-maximized wakeup
scheduling for ultra-low duty- cycled wsns under real-time constraints”,
Elsevier Computer Networks, 55(3) :497 – 513, 2011

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