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Modélisation spatio-temporelle orientée par patrons avec une approche basée sur individus

Lamontagne, Philippe (2009). Modélisation spatio-temporelle orientée par patrons avec une approche basée sur individus. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Nous proposons un modèle spatialement explicite avec une approche basée sur individus qui simule les déplacements spatio-temporels des rorquals communs et des bélugas durant la saison touristique dans une portion de l’estuaire du Saint-Laurent. Ce modèle est une composante d’un outil d’aide à la décision, en cours de développement par notre groupe de recherche, pour tester différents scénarios de zonage et de règlementation dans le parc marin. Nous avons utilisé l’approche de modélisation orientée par patrons afin de reproduire les patrons de trajectoires, de répartition spatiale et de taille de groupe pour chaque mammifère.

Ces patrons sont extraits d’une large base de données contenant des suivis d’individus obtenus par radio télémétrie et stations d’observation terrestre ainsi que plusieurs observations à partir de bateaux d’excursions entre 1994 et 2007 fournies par le groupe de recherche et d’éducation sur les mammifères marins. Nous avons implémenté et testé cinq différents modèles de déplacement des mammifères marins basés sur la théorie de la marche aléatoire. Pour comparer les patrons observés et simulés, nous avons utilisé la statistique de Kolmogorov-Smirnov, l’erreur moyenne absolue normalisée et la métrique d’efficience de modèle. Cette analyse a démontré que les mouvements simulés ne reproduisent pas correctement tous les patrons extraits précédemment.

Ainsi, nous proposons un nouvel algorithme, basé sur la marche aléatoire corrélée avec une minimisation de la moyenne des biais normalisés, qui sélectionne un mouvement en trouvant un compromis entre les patrons conflictuels : angle de braquage, distribution spatiale et taille de groupe. Ce compromis est calculé par une fonction objectif pondérée qui cherche à minimiser le biais entre les patrons observés et simulés. Cet algorithme simule adéquatement les patrons de mouvement extraits de la base de données, en plus de respecter les contraintes de répartition spatiale et de taille de groupe. Cet algorithme sera intégré dans notre modèle global basé sur individus qui tente de reproduire les patrons de déplacement des rorquals communs et des bélugas en plus du trafic maritime dans l’estuaire du Saint-Laurent.

Titre traduit

A spatially-explicit individual-based model using the patternoriented modeling approach

Résumé traduit

We present a spatially-explicit individual-based model to simulate spatiotemporal movements of fin and beluga whales during the tourist season in a part of the St. Lawrence estuary in Canada. This model is a component of a decision support system under development by our research group to test various zoning and regulatory scenarios in the marine park.

As part of this individual-based model, we used the pattern-oriented modeling approach to reproduce trajectories, spatial distribution and group size patterns of individual whales. These patterns were extracted from a large dataset of individual tracking data obtained via radio-telemetry, shore-based stations and observations from whale-watching boats between 1994 and 2007 provided by the group for research and education on marine mammals. We implemented and tested five different models of marine mammal movements based on variations of the random walk theory. To compare the observed and simulated patterns, we used the Kolmogorov-Smirnov statistic, the normalized mean absolute error and the model efficiency metric. This analysis showed that the simulated movements did not correctly reproduce all of the previously extracted patterns.

We therefore propose a new algorithm based on a correlated random walk with mean normalized bias minimization, which selects a movement by trading-off conflicting patterns: turning angle, spatial distribution and group size. This trade-off is computed by constructing a single aggregate objective function that minimizes the bias between simulated and observed patterns. This algorithm simulates individual trajectories that adequately match the movement patterns extracted from the database while at the same time meeting the constraints of spatial distribution and group size. The algorithm will be integrated into a global individual-based model aimed at reproducing the displacement patterns of fin and beluga whales as well as boat traffic in the St. Lawrence estuary.

Type de document: Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires: "Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en génie de la production automatisée" Bibliogr : f. [171]-175.
Mots-clés libres: Rorqual commun Déplacements Québec (Province) Saint-Laurent, Estuaire du Méthodes de simulation. Béluga Déplacements Québec (Province) Saint-Laurent, Estuaire du Méthodes de simulation. Rorqual commun Déplacements Québec (Province) Saint-Laurent, Estuaire du Modèles mathématiques. Béluga Déplacements Québec (Province) Saint-Laurent, Estuaire du Modèles mathématiques. approche, individu, patron
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Landry, Jacques-André
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Parrott, Lael
Programme: Maîtrise en ingénierie > Génie de la production automatisée
Date de dépôt: 18 août 2010 19:29
Dernière modification: 12 janv. 2017 00:43
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/64

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