Institut de la Francophonie pour l’Informatique ????? Université de la Rochelle ????? Université Toulouse 1 Capitole ????? Option : Systèmes Intelligents et Multimédia Mémoire de fin de formation pour l’obtention du diplôme de Master Informatique Génération de population synthétique localisée Master 2 - IFI, Septembre 2014 Rédigé par : Paterne Chokki Sous la supervision de : M. Benoit Gaudou et M. Frédéric Amblard Année académique : 2013 - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Table des matières Table des matières IV Remerciements V Résumé VI Abstract VII Liste des figures VIII Liste des tableaux X Introduction 1 Chapitre 1 Synthèse bibliographique 3 1.1 Concepts de base .1 Concepts de base sur la population synthétique .2 Concepts de base sur la localisation .2 Etat de l’art sur la génération de population synthétique .1 Générateurs de population synthétique avec échantillon .2 Générateurs de population synthétique sans échantillon .1 Approche (Gargiulo et al.3 Etat de l’art sur la localisation de la population .1 Approches de localisation sans données auxiliaires .2 Approches de localisation avec données auxiliaires .1 Approche ’binary dasymetric mapping’ .2 Approche ’limiting variables’ .3 Approche ’street weighting’ .4 Approche ’address point weighting’. 16 Chapitre 2 Approche méthodologique 18 2.1 Proposition d’une approche pour la génération de population synthétique : GenPopSyn.
18 Paterne Chokki Page I LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » 2.1 Présentation générale de l’approche GenPopSyn .1 Détermination et subdivision des caractéristiques de la popu- lation synthétique .2 Génération de la population synthétique en ne prenant en compte que les caractéristiques principales .1 Génération des ménages non complexes et des indi- vidus de ces ménages .1 Correction des incohérences entre les données agrégées .2 Détermination des combinaisons possibles entre les différentes valeurs des caractéristiques pri- maires des individus .3 Détermination des combinaisons possibles entre les différentes valeurs des attributs des ménages 22 2.4 Détermination des différentes compositions pos- sibles des ménages non complexes .5 Détermination des différents poids associés aux différentes compositions des ménages non com- plexes .6 Génération des ménages non complexes et des individus de ces ménages .2 Génération des ménages complexes et des individus de ces ménages .1 Détermination des données des ménages com- plexes et des individus de ces ménages .2 Génération des ménages complexes et des in- dividus de ces ménages .3 Prise en compte des caractéristiques secondaires dans la gé- nération de la population synthétique .1 Détermination des combinaisons possibles entre les caractéristiques primaires et les caractéristiques se- condaires .2 Détermination des poids associés aux différentes com- binaisons des caractéristiques primaires et des carac- téristiques secondaires .3 Affectation des caractéristiques secondaires .2 Plateforme utilisée pour l’implémentation de l’approche GenPopSyn .2 Proposition d’une approche pour la localisation de la population synthétique : SpatPopSyn .1 Présentation générale de l’approche SpatPopSyn. 34 Paterne Chokki Page II LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » 2.1 Détermination du nombre d’individus sur chaque cellule de la grille .1 Approche ’areal weighting’ (Goodchild & Lam, 1980) 35 2.2 Approche ’pycnophylactic interpolation’ (Tobler, 1979) 37 2.5 Approche ’street weighting’ (Riebel & Buffalino, 2005) 39 2.6 Approche ’overlaid network’ (Xie, 1995) .2 Affectation d’une cellule à chaque individu de la population synthétique .2 Plateforme utilisée pour l’implémentation de l’approche SpatPopSyn .1 Parametres d’entrées et indicateur d’évaluation des approches : GenPopSyn et SpatPopSyn .1 Paramètres d’entrées de l’approche GenPopSyn .2 Paramètres d’entrées de l’approche SpatPopSyn .3 Indicateur d’évaluation des approches GenPopSyn et SpatPopSyn .2 Expérimentations des approches : GenPopSyn et SpatPopSyn .1 Présentation des cas d’études .1 Données de Can Tho .2 Données des municipalités d’Abrest et de Bellerive-sur-Allier 49 3.2 Résultats d’expérimentations et interprétations .1 Capacité de l’approche GenPopSyn selon la taille de la popu- lation à générer et en absence de données significatives .2 Capacité de l’approche GenPopSyn selon la taille de la popu- lation à générer et en présence de données significatives .3 Comparaison de l’approche GenPopSyn à l’approche (Gar- giulo et al.4 Capacité de l’approche SpatPopSyn à localiser une popula- tion selon le type de données disponibles. 57 Conclusion 59 Annexe A : Algorithme de l’approche IPU (Ye et al., 2009) 60 Annexe B : Différentes distributions de l’approche GenPopSyn pour les municipa- lités d’Abrest et de Bellerive-sur-Allier 61 Paterne Chokki Page III LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Annexe C : Résultats de localisation de la population de Ninh Kieu en utilisant une grille 63 Références bibliographiques 65 Paterne Chokki Page IV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Remerciements Nous tenons à saisir cette occasion pour adresser nos profonds remerciements et nos pro- fondes reconnaissances à : • M. Benoit Gaudou et M.
Frédéric Amblard, pour leurs précieux conseils et leurs orien- tations tout au long de notre recherche. • Tout le personnel du Laboratoire IRIT - Equipe SMAC principalement à Thai, Thomas et Charles pour leur assistance sur le lieu de stage. • Tous les professeurs de l’IFI, qui ont su assurer sans faille notre formation tout au long des trois semestres passés au sein de l’institut. À tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de ce travail, je vous dis Merci.
Paterne Chokki Page V LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Résumé Les modèles à base d’agents sont devenus aujourd’hui des outils importants d’aide à la décision pour la gestion des systèmes socio-environnementaux complexes. Ces modèles pour la plupart nécessitent généralement des ensembles de données réalistes pour initialiser et calibrer le système étudié. Une reproduction précise des états initiaux du système est donc extrêmement importante afin d’obtenir des prévisions fiables à partir du modèle. Notre étude s’inscrit dans le cadre du projet ANR Genstar et consiste à proposer une ap- proche qui permettra de générer une population synthétique réaliste et de la localiser dans l’environnement d’étude.
L’approche proposée est ainsi subdivisée en deux modules : un module pour la génération de la population synthétique (GenPopSyn) et un autre module pour la localisation de la population (SpatPopSyn). Le module GenPopSyn est en effet une approche qui contrairement aux approches existantes ne nécessite pas beaucoup de don- nées disponibles sur la population pour son bon fonctionnement et qui se base en partie sur l’approche (Ye et al. Quant au module SpatPopSyn, il est un regroupement de 6 ap- proches existantes : (Goodchild & Lam, 1980), (Tobler, 1979), (Roy & Blaschke, 2014), (Kim & Choi, 2011), (Riebel & Buffalino, 2005), (Xie, 1995) qui ont été choisies pour localiser la popu- lation selon le type de données disponibles sur l’environnement d’étude. En effet, l’avantage majeur du module SpatPopSyn est qu’il permet de choisir pour un environnement d’étude donné l’approche qui convient le mieux parmi les 6 approches implémentées.
Les résultats d’expérimentations du module GenPopSyn sur des données INSEE de deux municipalités de la France (Abrest et Bellerive-sur-Allier) et sur des données de la ville de Can Tho (Vietnam) montrent dans l’ensemble que l’approche proposée donne de très bons résultats par rapport aux données réelles (soit un taux de correspondance d’environ 95%) et également par rapport à l’approche (Gargiulo et al. Des résultats de localisation de la population de Ninh Kieu, Can Tho en utilisant deux approches du module SpatPopSyn ont été également présentés. Mots clés : modèles à base d’agents, population synthétique, localisation. Paterne Chokki Page VI LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Abstract Agent-based models have now become important tools of decision support for the ma- nagement of complex socio-environmental systems.
These models generally require a lot of realistic datasets to initialize and calibrate the system studied. An accurate reproduction of the initial states of the system is extremely important to obtain reliable results from the model predictions. Our study is part of the ANR Genstar project and aims providing an approach that will generate a realistic synthetic population and locate it in the environment studied. The pro- posed approach is thus divided into two modules : a module for generating the synthetic population (GenPopSyn) and another module for the location of the population (SpatPop- Syn).
The GenPopSyn module is indeed an approach that unlike existing approaches does not require a lot of data available on the population for its operation and is based in part on the approach (Ye et al. The SpatPopSyn module is a collection of six existing ap- proaches : (Goodchild & Lam, 1980), (Tobler, 1979), (Roy & Blaschke, 2014), (Kim & Choi, 2011), (Riebel & Buffalino, 2005), (Xie, 1995) that have been chosen to locate the population depending on the available data on the environment studied. Indeed, the major advantage of SpatPopSyn module is that it allows choosing for a chosen environment the right approach among the 6 approaches implemented. The results of experiments of the GenPopSyn module on INSEE data from two muni- cipalities in France (Abrest and Bellerive-sur-Allier) and on data from the city of Can Tho (Vietnam) show overall that the proposed approach gives good results against actual data (either a match rate of about 95%) and also compared to the approach (Gargiulo et al.
The results of localization of the population of Ninh Kieu, Can Tho using two approaches of the SpatPopSyn module are also presented. Keywords : Agent-based models, Synthetic population, Localization. Paterne Chokki Page VII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Liste des figures 1.1 Exemple d’application de l’approche ’Point interpolation’ (Martin, 2009) .2 Exemple d’application de l’approche ’pycnophylactic interpolation’ (Deich- mann, 1996) .3 Exemple d’application de l’approche (Rase, 2000) .1 Diagramme de classe des entités de l’approche GenPopSyn .2 Organigramme de détermination de la meilleure approche de localisation à utiliser dans l’approche SpatPopSyn .3 Diagramme de classe des entités de l’approche SpatPopSyn .4 Exemple d’intersection entre l’environnement d’étude et une grille (Milego & Ramos, 2011) .5 Exemple d’affectation d’une cellule à une seule zone source (Milego & Ramos, 2011) .6 Exemple d’intersection entre les bâtiments de l’environnement d’étude et une grille (Roy & Blaschke, 2014) .7 Diagramme de classe des entités de l’approche GenPopSyn et SpatPopSyn .1 Données SIG de Ninh Kieu .2 Contours des différents quartiers de Ninh Kieu .3 Distribution des individus par âge de l’approche (Garguilo et al. Les barres correspondent aux moyennes obtenues avec 100 générations et l’erreur correspond à l’écart-type de ces 100 générations.4 Distribution des individus par âge de l’approche GenPopSyn.
Les barres cor- respondent aux moyennes obtenues avec 5 générations et l’erreur correspond à l’écart-type de ces 5 générations qui est nul dans ce cas. 56 Paterne Chokki Page VIII LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com « Génération de population synthétique localisée » Liste des tableaux 1.1 Récapitulatif des approches dans le domaine de la localisation de la population 16 2.1 Caractéristiques primaires des individus et des ménages .2 Différentes étapes de l’approche GenPopSyn .3 Tableau comparatif des plateformes de simulation multi-agents (Amouroux, 2011) .1 Paramètres d’entrées de l’approche GenPopSyn .2 Paramètres d’entrées de l’approche SpatPopSyn .3 Distribution des ménages par taille et par niveau de vie du ménage dans les zones urbaines .4 Distribution des ménages par taille et par niveau de vie du ménage dans les zones rurales .5 Distribution des individus par âge et par sexe de l’individu dans les zones urbaines (à gauche) et dans les zones rurales (à droite) .6 Données sur les populations des quartiers de Ninh Kieu .7 Distribution du nombre de ménages par type de la municipalité d’Abrest (IN- SEE, 1999) .8 Distribution du nombre de ménages par type de la municipalité de Bellerive- sur-Allier (INSEE, 1999) .9 Distribution du nombre d’individus par âge et par statut familial (sauf le sta- tut familial autre) de la municipalité d’Abrest (INSEE, 1999) .