Dissertationen zum Thema „Estimation par interval“

Les systèmes cyber-physiques sont des intégrations intelligentes de calculateurs, de réseaux de communications, et de processus physiques. Dans cette thèse, nous travaillons dans le contexte erreur inconnue mais bornée de borne connue, et nous nous intéressons à l'estimation d'état des systèmes dynamiques sous contraintes de communication. Nous proposons des méthodes de synthèse d'observateurs par intervalles pour des systèmes linéaires à temps continu, et dont les mesures à temps discret sont transmises à travers un réseau de communication.Les contributions de cette thèse sont les suivantes: (i) nous concevons un observateur impulsif par intervalles pour des systèmes linéaires à temps continu avec des mesures sporadiques; (ii) nous proposons un observateur impulsif par intervalles avec gain L1 fini et échantillonnage contrôlé, puis, nous développons une méthode de synthèse pour concevoir simultanément le gain d’observation et la condition de contrôle de l'échantillonnage des mesures; (iii) en utilisant l'observateur impulsif par intervalles proposé dans (i), nous développons une stratégie d'estimation sécurisée pour des systèmes soumis à des cyber-attaques
Cyber-Physical Systems are smart integrations of computation, networking, and physical processes. In this thesis, we deal with interval observers for cyber-physical systems in which the continuous-time physical systems are estimated and monitored using discrete-time data transmitted over network.The contributions of the presented material are threefold: (i) we design an interval impulsive observer for continuous-time linear systems with sporadically available measurements; (ii) we propose a finite L1-gain event-triggered interval impulsive observer for continuous-time linear systems, in which we develop a co-design procedure to simultaneously design the observer gain and the event-triggering condition; (iii) using the interval impulsive observer, we develop a secure estimation strategy for multi-output systems under cyber-attacks

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse visent à développer de nouvelles approches basées sur une nouvelle classe particulière d’estimateurs d´état : les filtres dits par intervalles. Tout comme la classe des observateurs intervalles, l’objectif est d’estimer les bornes supérieures et inférieures des états d’un système, à chaque instant de temps. L’approche proposée repose sur la théorie des systèmes monotones et sur la connaissance a priori du domaine d’appartenance, supposé borné, des incertitudes de modèle et des entrées exogènes (perturbations, bruit de mesure, etc). L’élément clé de l’approche proposée repose sur l’utilisation de filtre d’ordre quelconque, sans structure a priori fixée, plutôt qu’une structure basée sur l’observateur (reposant uniquement sur une structure dynamique du système étudié). La synthèse des paramètres du filtre repose sur la résolution d’un problème d’optimisation sous contraintes de type inégalités matricielles linéaires et bilinéaires (LMI et BMI) permettant de garantir simultanément les conditions d’existence du filtre ainsi qu’un niveau de performance, soit dans un contexte énergie, soit dans un contexte amplitude ou soit dans un contexte mixte énergie/amplitude. La méthodologie de synthèse proposée est illustrée sur un exemple académique et est comparée avec d’autres méthodes existantes dans la littérature. Enfin, la méthodologie est appliquée au cas du contrôle d’attitude et d’orbite d’un satellite, sous des conditions de simulations réalistes
The work of this thesis aims at developing new approaches based on a new particular class of state estimators, the so-called interval or ensemble filters.Like the class of interval observers, the objective is to estimate, in a guaranteed way, the upper and lower bounds of the states of a system, at each time instant.The proposed approach is based on the theory of monotonic systems and on the knowledge of the domain of membership, supposedly bounded, of the uncertainties of the system, such as disturbances, noise and bias of sensors, etc.The key element of the proposed approach is to use a filter structure advantage, rather than an observer-based structure (relying only on a dynamic structure of the studied system).The synthesis of the filter parameters is based on the resolution of a constrained optimization problem of linear and bilinear matrix inequalities (LMI and BMI) allowing to guarantee simultaneously the existence conditions of the filter as well as a performance level, either in an energy context for LTI systems, or in an amplitude context or in a mixed energy/amplitude context for LPV systemsThe proposed synthesis methodology is illustrated on an academic example and is compared with other existing methods in the literature. Finally, the methodology is applied to the case of attitude and acceleration control of a satellite, under realistic simulation conditions

Cette thèse s'attache à la maximisation de la consommation du dioxyde de carbone par les microalgues. En effet, suite aux différentes problématiques environnementales actuelles liées principalement aux émissions importantes de gaz à effet de serre et notamment le CO2, il a été démontré que les microalgues jouent un rôle très prometteur pour la bio-fixation du CO2. Dans cette optique, nous nous intéressons à la mise en place d'une loi de commande robuste permettant de garantir des conditions opératoires optimales pour une culture de la microalgue Chlorella vulgaris dans un photobioréacteur instrumenté. Cette thèse repose sur trois axes principaux. Le premier porte sur la modélisation de la croissance de l'espèce algale choisie à partir d'un modèle mathématique traduisant l'influence de la lumière et de la concentration en carbone inorganique total. En vue de la commande, le deuxième axe est consacré à l'estimation de la concentration cellulaire à partir des mesures disponibles en temps réel du dioxyde de carbone dissous. Trois types d'observateurs ont été étudiés et comparés : filtre de Kalman étendu, observateur asymptotique et observateur par intervalles. Le dernier axe concerne l'implantation d'une loi de commande prédictive non-linéaire couplée à une stratégie d'estimation pour la régulation de la concentration cellulaire autour d'une valeur maximisant la consommation du CO2. Les performances et la robustesse de cette commande ont été validées en simulation et expérimentalement sur un photobioréacteur instrumenté à l'échelle de laboratoire. Cette thèse est une étude préliminaire pour la mise en œuvre de la maximisation de la fixation du dioxyde de carbone par les microalgues.

Ce travail présente de nouveaux résultats sur l'estimation d'état par intervalle pour des systèmes distribués incertains, qui sont des systèmes de dimension infinie : leur état, fonctionnel, est régi par des équations aux dérivées partielles (EDP) ou fonctionnelles (EDF). Le principe de l'observation par intervalle est d’estimer à chaque instant un ensemble de valeurs admissibles pour l'état (un intervalle), de manière cohérente avec la sortie mesurée. Les chapitres 2 et 3 se concentrent sur la conception d'observateurs par intervalle pour une EDP parabolique avec des conditions aux limites de type Dirichlet. Dans le chapitre 2, on utilise une approximation en dimension finie (éléments finis de type Galerkin), l'intervalle d’inclusion tenant compte des erreurs de l'approximation. Le chapitre 3 présente un observateur par intervalle sous la forme d'EDP sans projection de Galerkin. Dans ces deux chapitres, les estimations par intervalle obtenues sont utilisées pour concevoir un contrôleur stabilisant par retour de sortie dynamique. Le chapitre 4 envisage le cas des systèmes différentiels fonctionnels (EDF) à retards, à travers une équation différentielle de deuxième ordre avec incertitudes. La méthode proposée contient deux observateurs par intervalle consécutifs : le premier calcule à chaque instant l'intervalle pour la position non retardée grâce à de nouvelles conditions de positivité dépendantes du retard. Le deuxième observateur calcule un intervalle pour la vitesse, grâce à une estimation de dérivée. Tous les résultats obtenus sont vérifiés par des simulations numériques. En particulier, le chapitre 2 inclut des expériences sur le modèle Black – Scholes
This work presents new results on interval state estimation for uncertain distributed systems, the state of which has an infinite dimension and is described by partial (PDEs) or (FDEs) functional differential equations. An interval observer evaluates at each time instant a set of admissible values for the state (an interval), consistently with the measured output. The design is based on the positive systems theory. Chapters 2 and 3 focus on an interval observer design for a parabolic PDE with Dirichlet boundary conditions. The method in Chapter 2 is based on a finite-element Galerkin approximation, the interval inclusion of the state is calculated using the error estimates of the approximation. Chapter 3 presents an interval observer in the form of PDEs without Galerkin projection. In both chapters, the obtained interval estimates are applied to the design of a dynamic output feedback stabilizing controller. Chapter 4 deals with a second-order delay differential equation with uncertainties corresponding, for instance, to a mechanical system with delayed position measurements, which has form of an FDE. The proposed method contains two consecutive interval observers. The first one estimates, at each instant of time, the interval for the delay-free position using new delay-dependent conditions on positivity. Then, derived estimates of the position are used to design the second observer providing an interval for the velocity. All the obtained results are supported by numerical simulations. In particular, Chapter 2 includes experiments on the Black–Scholes model

Cette thèse s’intéresse à l’estimation d’état et à la détection de défauts de systèmes linéaires à commutations. Deux approches d’estimation par intervalles sont développées. La première consiste à proposer une estimation d’état pour des systèmes linéaires à commutations à paramètres variants en temps continu et en temps discret. La deuxième approche consiste à proposer une nouvelle logique d’estimation du signal de commutations d’un système linéaire à commutations à entrée inconnue en combinant la technique par modes glissants et l’approche par intervalles. Le problème d’estimation d’état constitue une des étapes fondamentales pour traiter le problème de détection de défauts. Par conséquent, des solutions robustes pour la détection de défauts sont développées en utilisant la théorie des ensembles. Deux méthodologies ont été employées pour détecter les défauts : un observateur classique par intervalle et une nouvelle structure TNL d’observateur par intervalle. Les performances de détection de défauts sont améliorées en se basant sur un critère L∞. De plus, une stratégie robuste de détection de défauts est introduite en utilisant des techniques zonotopiques et ellipsoïdales. En se basant sur des critères d’optimisation, ces techniques sont utilisées pour fournir des seuils dynamiques pour l’évaluation du résidu et pour améliorer la précision des résultats de détection de défauts sans tenir compte de l’hypothèse de coopérativité. Les méthodes développées dans cette thèse sont illustrées par des exemples académiques et les résultats obtenus montrent leur efficacité
This thesis deals with state estimation and fault detection for a class of switched linear systems. Two interval state estimation approaches are proposed. The first one is investigated for both continuous and discrete-time linear parameter varying switched systems subject to measured polytopic parameters. The second approach is concerned with a new switching signal observer, combining sliding mode and interval techniques, for a class of switched linear systems with unknown input. State estimation remains one of the fundamental steps to deal with fault detection. Hence, robust solutions for fault detection are considered using set-membership theory. Two interval techniques are achieved to deal with fault detection for discrete-time switched systems. First, a commonly used interval observer is designed based on an L∞ criterion to obtain accurate fault detection results. Second, a new interval observer structure (TNL structure) is investigated to relax the cooperativity constraint. In addition, a robust fault detection strategy is considered using zonotopic and ellipsoidal analysis. Based on optimization criteria, the zonotopic and ellipsoidal techniques are used to provide a systematic and effective way to improve the accuracy of the residual boundaries without considering the nonnegativity assumption. The developed techniques in this thesis are illustrated using academic examples and the results show their effectiveness

Les travaux de cette thèse traite de la modélisation de systèmes par fonctions de transfert non entières à partir de données fréquentielles incertaines et bornées. A cet effet, les définitions d'intégration et de dérivation non entières sont d'abord étendues aux intervalles. Puis des approches ensemblistes sont appliquées pour l'estimation de l'ensemble des coefficients et des ordres de dérivation sous la forme d'intervalles. Ces approches s'appliquent pour l'estimation des paramètres de systèmes linéaires invariants dans le temps (LTI) certains, systèmes LTI incertains et systèmes linéaires à paramètres variant dans le temps (LPV). L'estimation paramétrique par approche ensembliste est particulièrement adaptée à la modélisation de la dynamique du conducteur, car les études sur un, voire plusieurs, individus montrent que les réactions recueillies ne sont jamais identiques mais varient d'une expérience à l'autre, voire d'un individu à l'autre
This thesis deals with system identification and modeling of fractional transfer functions using bounded and uncertain frequency responses. Therefor, both of fractional differentiation and integration definitions are extended into intervals. Set membership approaches are then applied to estimate coefficients and derivative orders as intervals. These methods are applied to estimate certain Linear Time Invariant systems (LTI), uncertain LTI systems and Linear Parameter Varying systems (LPV). They are notably adopted to model driver's dynamics, since most of studies on one or several individuals shave shown that the collected reactions are not identical and are varying from an experiment to another

Cette thèse est construite autour de deux types d'estimation de l'état d'un système, traités séparément. Le premier problème abordé concerne la construction d'observateurs positifs basés sur la métrique de Hilbert. Le second traite de la synthèse d'observateurs par intervalles pour différentes familles de systèmes dynamiques et la construction de lois de commande robustes qui stabilisent ces systèmes.Un système positif est un système dont les variables d'état sont toujours positives ou nulles lorsque celles-ci ont des conditions initiales qui le sont. Les systèmes positifs apparaissent souvent de façon naturelle dans des applications pratiques où les variables d'état représentent des quantités qui n'ont pas de signification si elles ont des valeurs négatives. Dans ce contexte, il parait naturel de rechercher des observateurs fournissant des estimées elles aussi positives ou nulles. Dans un premier temps, notre contribution réside dans la mise au point d'une nouvelle méthode de construction d'observateurs positifs sur l'orthant positif. L'analyse de convergence est basée sur la métrique de Hilbert. L'avantage concurrentiel de notre méthode est que la vitesse de convergence peut être contrôlée.Notre étude concernant la synthèse d'observateurs par intervalles est basée sur la théorie des systèmes dynamiques positifs. Les observateurs par intervalles constituent un type d'observateurs très particuliers. Ce sont des outils développés depuis moins de 15 ans seulement : ils trouvent leur origine dans les travaux de Gouzé et al. en 2000 et se développent très rapidement dans de nombreuses directions. Un observateur par intervalles consiste en un système dynamique auxiliaire fournissant un intervalle dans lequel se trouve l'état, en considérant que l'on connait des bornes pour la condition initiale et pour les quantités incertaines. Les observateurs par intervalles donnent la possibilité de considérer le cas où des perturbations importantes sont présentes et fournissent certaines informations à tout instant
This thesis presents new results in the field of state estimation based on the theory of positive systems. It is composed of two separate parts. The first one studies the problem of positive observer design for positive systems. The second one which deals with robust state estimation through the design of interval observers, is at the core of our work.We begin our thesis by proposing the design of a nonlinear positive observer for discrete-time positive time-varying linear systems based on the use of generalized polar coordinates in the positive orthant. For positive systems, a natural requirement is that the observers should provide state estimates that are also non-negative so they can be given a physical meaning at all times. The idea underlying the method is that first, the direction of the true state is correctly estimated in the projective space thanks to the Hilbert metric and then very mild assumptions on the output map allow to reconstruct the norm of the state. The convergence rate can be controlled.Later, the thesis is continued by studying the so-called interval observers for different families of dynamic systems in continuous-time, in discrete-time and also in a context "continuous-discrete" (i.e. a class of continuous-time systems with discrete-time measurements). Interval observers are dynamic extensions giving estimates of the solution of a system in the presence of various type of disturbances through two outputs giving an upper and a lower bound for the solution. Thanks to interval observers, one can construct control laws which stabilize the considered systems

Dans ce travail de thèse, nous nous focalisons sur le problème de l'intégration d'incertitude à erreurs bornées pour les systèmes dynamiques, dont les entrées et les états initiaux doivent être optimaux afin de réaliser certaines fonctionnalités.Le document comporte 5 chapitres: le premier est une introduction présentant le panorama du travail. Le deuxième chapitre présente les outils de base de l'analyse par intervalle. Le chapitre 3 est dédié à l'estimation d'états et de paramètres. Nous décrivons d'abord une procédure pour résoudre un système d'équations différentielles ordinaires avec l'aide de cet outil. Ainsi, une estimation des états à partir des conditions initiales peut être faite. Les systèmes différentiels considérés dépendent de paramètres qui doivent être estimés. Ce problème inverse pourra être résolu via l'inversion ensembliste. L'approche par intervalle est une procédure déterministe naturelle sans incertitude, tous les résultats obtenus sont garantis. Néanmoins, cette approche n'est pas toujours efficace, ceci est dû au fait que certaines opérations ensemblistes conduisent à des temps de calcul important. Nous présentons quelques techniques, par cela, nous nous plaçons dans un contexte à erreurs bornées permettant d'accélérer cette procédure. Celles-ci utilisent des contracteurs ciblés qui permettent ainsi une réduction de ce temps. Ces algorithmes ont été testés et ont montré leur efficacité sur plusieurs applications: des modèles pharmacocinétiques et un modèle du vol longitudinal d'avion en atmosphère au repos.Le chapitre 4 présente la recherche d'entrées optimales dans le cadre analyse par intervalle, ce qui est une approche originale. Nous avons construit plusieurs critères nouveaux permettant cette recherche. Certains sont intuitifs, d'autres ont nécessité un développement théorique. Ces critères ont été utilisés pour la recherche d'états initiaux optimaux. Des comparaisons ont été faites sur plusieurs applications et l'efficacité de certains critères a été mise en évidence.Dans le chapitre 5, nous appliquons les approches présentées précédemment au diagnostic via l'estimation de paramètres. Nous avons développé un processus complet pour le diagnostic et aussi formulé un processus pour le diagnostic actif avec une application en aéronautique. Le dernier chapitre résume les travaux réalisés dans cette thèse et essaye de donner des perspectives à la recherche.Les algorithmes proposés dans ce travail ont été développés en C++ et utilisent l'environnement du calcul ensembliste
In this work, we will study the uncertainty integration problem in a bounded error context for the dynamic systems, whose input and the initial state have to be optimized so that some other operation could be more easily and better obtained. This work is consisted of 6 chapters : the chapter 1 is an introduction to the general subject which we will discuss about. The chapter 2 represents the basic tools of interval analysis.The chapter 3 is dedicated to state estimation and parameter estimation. We explain at the first, how to solve the ordinary differential equation using interval analysis, which will be the basic tool for the state estimation problem given the initial condition of studied systems. On the other ride, we will look into the parameter estimation problem using interval analysis too. Based on a simple hypothesis over the uncertain variable, we calculate the system's parameter in a bounded error form, considering the operation of intervals as the operation of sets. Guaranteed results are the advantage of interval analysis, but the big time consumption is still a problem for its popularization in many non linear estimation field. We present our founding techniques to accelerate this time consuming processes, which are called contractor in constraint propagation field. At the end of this chapter, différent examples will be the test proof for our proposed methods.Chapter 4 presents the searching for optimal input in the context of interval analysis, which is an original approach. We have constructed several new criteria allow such searching. Some of them are intuitive, the other need a theoretical proof. These criteria have been used for the search of optimal initial States and le better parameter estimation results. The comparisons are done by using multiple applications and the efficiency is proved by evidence.In chapter 5, we applied the approaches proposed above in diagnosis by state estimation and parameter estimation. We have developed a complete procedure for the diagnosis. The optimal input design has been reconsidered in an active diagnosis context. Both state and parameter estimation are implemented using an aeronautical application in literature.The last chapter given a brief summary over the realized subject, some further research directions are given in the perspective section.All the algorithms are written in C/C++ on a Linux based operation system

Les bandes de fréquences utilisées conventionnellement pour les systèmes fixes de télécommunication par satellites (bandes C et Ku i.e. 4-15 GHz) sont congestionnées. Néanmoins, le marché des télécommunications civil et de défense accuse une demande de plus en plus importante en services multimédia haut-débit. Par conséquent, l'augmentation de la fréquence porteuse vers les bandes Ka et Q/V (20-40/50 GHz)est activement étudiée. Pour des fréquences supérieures à 5 GHz, la propagation des signaux radioélectriques souffre de l'atténuation troposphérique. Parmi les différents contributeurs à l'affaiblissement troposphérique total(atténuation, scintillation, dépolarisation, température de bruit du ciel), les précipitations jouent un rôle prépondérant. Pour compenser la détérioration des conditions de propagation, des techniques de compensation des affaiblissements (FMT: Fade Mitigation Technique) permettant d'adapter en temps réel les caractéristiques du système en fonction de l'état du canal de propagation doivent être employées. Une alternative à l'utilisation de séries temporelles expérimentales peu nombreuses est la génération de séries temporelles synthétiques d'atténuation due à la pluie et d'atténuation totale représentatives d'une liaison donnée.Le manuscrit est organisé autour de cinq articles. La première contribution est dédiée à la modélisation temporelle de l'affaiblissement troposphérique total. Le deuxième article porte sur des améliorations significatives du modèle de génération de séries temporelles d'atténuation due à la pluie recommandé par l'UITR.Les trois contributions suivantes constituent une analyse critique et une modélisation de la variabilité des statistiques du 1er ordre utilisées lors des tests des modèles de canal. La variance de l'estimateur statistique des distributions cumulatives complémentaires de l'atténuation due à la pluie et de l'intensité de précipitation est alors mise en évidence. Un modèle à application mondiale paramétré au moyen de données expérimentales est proposé. Celui-ci permet, d'une part, d'estimer les intervalles de confiance associés aux mesures de propagation et d'autre part, de quantifier le risque en termes de disponibilité annuelle associée à la prédiction d'une marge de propagation donnée. Cette approche est étendue aux variabilités des statistiques jointes. Elle permet alors une évaluation statistique de l'impact des techniques de diversité de site sur les performances systèmes, tant à microéchelle(quelques kms) qu'à macro-échelle (quelques centaines de kms)
Nowadays, C and Ku bands used for fixed SATCOM systems are totally congested. However, the demand of the end users for high data rate multimedia services is increasing. Consequently, the use of higher frequency bands (Ka: 20 GHz and Q/V 40/50 GHz) is under investigation. For frequencies higher than 5 GHz, radiowave propagation is strongly affected by tropospheric attenuation. Among the different contributors, rain is the most significant. To compensate the deterioration of the propagation channel, Fade Mitigation Techniques (FMT) are used. The lack of experimental data needed to optimize the real-time control loops of FMT leads tothe use of rain attenuation and total attenuation time series synthesizers. The manuscript is a compilation of five articles. The first contribution is dedicated to the temporal modelling of total impairments. The second article aims at providing significant improvements on the rain attenuation time series synthesizer recommended by ITU-R. The last three contributions are a critical analysis and a modelling of the variability observed on the 1st order statistics used to validate propagation channel models. The variance of the statistical estimator of the complementary cumulative distribution functions of rainfall rate and rain attenuation is highlighted. A worldwide model parameterized in compliance with propagation measurements is proposed. It allows the confidence intervals to be estimated and the risk on a required availability associated with a given propagation margin prediction to be quantified. This approach is extended to the variability of joint statistics. It allows the impact of site diversity techniques on system performances at small scale (few kms) and large scale (few hundred of kms) to be evaluated

Les travaux de cette thèse porte sur le calcul d’un espace d’état navigable d’un véhicule routier, ainsi que sur l’observation et l’estimation de son état, à l’aide des méthodes ensemblistes par intervalles. Dans la première partie de la thèse, nous nous intéressons aux problèmes d’estimation d’état relevant de la dynamique du véhicule. Classiquement, l’estimation se fait en utilisant le filtrage de Kalman pour des problèmes d’estimation linéaires ou le filtrage de Kalman étendu pour les cas non-linéaires. Ces filtres supposent que les erreurs sur le modèle et sur les mesures sont blanches et gaussiennes. D’autre part, les filtres particulaires (PF), aussi connus comme Méthodes de Monte-Carlo séquentielles, constituent souvent une alternative aux filtres de Kalman étendus. Par contre, les performances des filtres PF dépendent surtout du nombre de particules utilisées pour l’estimation, et sont souvent affectées par les bruits de mesures aberrants. Ainsi, l’objectif principal de cette partie de travail est d’utiliser une des méthodes à erreurs bornées, qui est le filtrage par boites particulaires (Box Particle Filter (BPF)), pour répondre à ces problèmes. Cette méthode généralise le filtrage particulaire à l’aide des boites remplaçant les particules. A l’aide de l’analyse par intervalles, l’estimation de certains variables fortement reliées à la dynamique du véhicule comme le transfert de charge latérale, le roulis et la vitesse de roulis est donnée, à chaque instant, sous forme d’un intervalle contenant la vraie valeur simulée. Dans la deuxième partie de la thèse, une nouvelle formalisation du problème de calcul de l’espace navigable de l’état d’un véhicule routier est présentée. Un algorithme de résolution est construit, basé sur le principe de l’inversion ensembliste par intervalles et sur la satisfaction des contraintes. Nous cherchons à caractériser l’ensemble des valeurs de la vitesse longitudinale et la dérive au centre de gravité qui correspondent à un comportement stable du véhicule : pas de renversement ni dérapage. Pour décrire le risque de renversement, nous avons utilisé l’indicateur de transfert de charge latéral (LTR). Pour décrire le risque de dérapage, nous avons utilisé les dérives des roues. Toutes les variables sont liées géométriquement avec le vecteur d’état choisi. En utilisant ces relations, l’inversion ensembliste par intervalles est appliquée afin de trouver l’espace navigable de l’état tel que ces deux risques sont évités. L’algorithme Sivia est implémenté, approximant ainsi cet espace. Une vitesse maximale autorisée au véhicule est déduite. Elle est associée à un angle de braquage donné sur une trajectoire connue
In this thesis, we aim to characterize a vehicle stable state domain, as well as vehicle state estimation, using interval methods.In the first part of this thesis, we are interested in the intelligent vehicle state estimation.The Bayesian approach is one of the most popular and used approaches of estimation. It is based on the calculated probability of the density function which is neither evident nor simple all the time, conditioned on the available measurements.Among the Bayesian approaches, we know the Kalman filter (KF) in its three forms(linear, non linear and unscented). All the Kalman filters assume unimodal Gaussian state and measurement distributions. As an alternative, the Particle Filter(PF) is a sequential Monte Carlo Bayesian estimator. Contrary to Kalman filter,PF is supposed to give more information about the posterior even when it has a multimodal shape or when the noise follows non-Gaussian distribution. However,the PF is very sensitive to the imprecision due by bias or noise, and its efficiency and accuracy depend mainly on the number of propagated particles which can easily and significantly increase as a result of this imprecision. In this part, we introduce the interval framework to deal with the problems of the non-white biased measurements and bounded errors. We use the Box Particle Filter (BPF), an estimator based simultaneously on the interval analysis and on the particle approach. We aim to estimate some immeasurable state from the vehicle dynamics using the bounded error Box Particle algorithm, like the roll angle and the lateral load transfer, which are two dynamic states of the vehicle. BPF gives a guaranteed estimation of the state vector. The box encountering the estimation is guaranteed to encounter thereal value of the estimated variable as well.In the second part of this thesis, we aim to compute a vehicle stable state domain.An algorithm, based on the set inversion principle and the constraints satisfaction,is used. Considering the longitudinal velocity and the side slip angle at the vehicle centre of gravity, we characterize the set of these two state variables that corresponds to a stable behaviour : neither roll-over nor sliding. Concerning the roll-over risk,we use the lateral transfer ratio LTR as a risk indicator. Concerning the sliding risk, we use the wheels side slip angles. All these variables are related geometrically to the longitudinal velocity and the side slip angle at the centre of gravity. Using these constraints, the set inversion principle is applied in order to define the set ofthe state variables where the two mentioned risks are avoided. The algorithm of Sivia is implemented. Knowing the vehicle trajectory, a maximal allowed velocityon every part of this trajectory is deduced

Mes travaux de recherches en thèse s’inscrivent dans le cadre du projet FUIE-monitorâge. L’objectif du projet, réunissant de nombreux partenaires industriels et universitaires, est d’améliorer la prise en charge individualisée et la sécurité du résident dans les établissements d’hébergement pour personnes âgées dépendantes(EHPAD). Dans ce travail, nous avons élaboré une méthode de fusion de données multimodales issues des différents capteurs installés dans un smart home. Ces informations sont utilisées pour la localisation intérieure des personnes afin de surveiller leurs activités journalières. Généralement, les mesures issues des capteurs sont soumises à des incertitudes. Dans nos travaux, ces erreurs sont supposées inconnues mais bornées. En tenant compte de cette hypothèse, une méthode de résolution d’un problème d’estimation d’état est élaborée en se basant sur des calculs ensemblistes. Notre algorithme de filtrage ensembliste comporte deux étapes. La première, dite de prédiction, est basée sur l’utilisation d’un modèle de marche aléatoire avec des hypothèses minimales (vitesse de déplacement maximale) pour prédire la zone où se trouve la personne. La deuxième étape, dite de correction, consiste à utiliser la mesure pour affiner cette zone. Cette étape utilise une technique de propagation de contraintes relâchée, q-relaxed intersection, pour permettre une meilleure robustesse par rapport aux données aberrantes. Notre algorithme est capable de quantifier, par un intervalle, l’incertitude commise sur les positions de cibles en mouvement tout en détectant les défauts de capteurs
Our research work is a part of the project FUI 14 FEDER Collectivités E-monitor’âge. This project takes place within the framework of Ambient Assisted Living (AAL) which aims to improve the safety and the comfort of elderly people living in smart nursing homes. This work aims to monitor the activities of elderly persons using information from different sensors. The ADL (Activities of Daily Living) are used to evaluate the ability of the person to perform on their own a selection of the activities which are essential for an independent living in the everyday life. Generally, process knowledge and measurements coming from sensors are prone to indeterminable noise. In our work, we suppose that these errors are unknown but bounded. Taking into account this hypothesis, we show how to solve the estimation issue using set-membership computations techniques. Our algorithm, based on set-membership approach, consists of two steps. The prediction step, based on the use of a random walk mobility with minimum assumptions (maximum speed of moving), employs the previous state estimate to provide the prediction zone where the person may be located. The correction step uses the informations coming from the sensors to refine this predicted zone. This step uses a relaxed constraints propagation technique, q-relaxed intersection, to deal with faulty measurements. This proposed method allows us to compute the uncertainty domain for the reconstructed localization of moving targets as dealing with outliers

Dans le cadre de la présente thèse, on a procédé à l’étude du comportement dynamique d’un système d’engrenage comportant des paramètres incertains. Une des principales hypothèses faite dans l’utilisation des méthodes de prise en compte des incertitudes, est que le modèle est déterministe, c’est-à-dire que les paramètres utilisés dans le modèle ont une valeur définie et invariante. Par ailleurs, la connaissance du domaine de variation de la réponse dynamique du système dues aux incertitudes qui découle des coefficients d’amortissement, des raideurs d’engrènement, la présence de frottement entre les pièces, les défauts de montage et de fabrication ou l’inertie des pales dans le cas d’éolienne est essentielle. Pour cela, dans la première partie, on s’applique à décrire la réponse dynamique d’une transmission par engrenage comportant des paramètres modélisés par des variables aléatoires. Pour ce faire, nous utilisons la simulation de Monte Carlo, la méthode de perturbation et la méthode de projection sur un chaos polynomial. Dans la seconde partie,deux approches sont utilisées pour analyser le comportement dynamique d’un système d’engrenage d’éolienne : l’approche probabiliste et l’approche ensembliste basée sur la méthode d’analyse par intervalles. L'objectif consiste à comparer les deux approches pour connaitre leurs avantages et inconvénients en termes de précision et temps de calcul
In the present work, the dynamic behavior of a gear system with uncertain parameters is studied. One of the principal hypotheses in the use of methods for taking into account uncertainties is that the model is deterministic, that is to say that parameters used in the model have a defined and fixed value. Furthermore, the knowledge of variation response of a gear system involving damping coefficients, mesh stiffness, friction coefficient, assembly defect, manufacturing defect or the input blades in the case of wind turbine is essential. In the first part, we investigate the dynamic response of a gear system with uncertain parameters modeled as random variables. A Monte Carlo simulation, a perturbation method and a polynomial chaos method are carried out. In the second part, two approaches are used to analyze the dynamic behavior of a wind turbine gear system : the probabilistic approach and the interval analysis method. The objective is to compare the two approaches to define their advantages and disadvantages in terms of precision and computation time

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Made available in DSpace on 2016-09-16T19:48:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TesePHFS.pdf: 1284969 bytes, checksum: 4ebcbf7e8a84023d87dab3c54c19f103 (MD5) Previous issue date: 2015-09-30
Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
In this thesis, we extend the analysis of multivariate Seemingly Unrelated Regression (SUR) Tobit models by modeling their nonlinear dependence structures through copulas. The capability in coupling together the diferent - and possibly non-normal - marginal distributions allows the exible modeling for the SUR Tobit models. In addition, the ability to capture the tail dependence of the SUR Tobit models where some data are censored (e.g., in econometric analysis, clinical essays, wide range of political and social phenomena, among others, data are commonly left-censored at zero point, or right-censored at a point d > 0) is another useful feature of copulas. Our study proposes a modified version of the (classical) Inference Function for Margins (IFM) method by Joe & Xu (1996), which we refer to as MIFM method, to obtain the (point) estimates of the marginal and copula association parameters. More specifically, we use a (frequentist) data augmentation technique at the second stage of the IFM method (the first stage of the MIFM method is equivalent to the first stage of the IFM method) to generate the censored observations and then estimate the copula parameter. This procedure (data augmentation and copula parameter estimation) is repeated until convergence. Such modification at the second stage of the usual method is justified in order to obtain continuous marginal distributions, which ensures the uniqueness of the resulting copula, as stated by Sklar (1959)'s theorem; and also to provide an unbiased estimate of the copula association parameter (the IFM method provides a biased estimate of the copula parameter in the presence of censored observations in the margins). Since the usual asymptotic approach, that is the computation of the asymptotic covariance matrix of the parameter estimates, is troublesome in this case, we also propose the use of resampling procedures (bootstrap methods, like standard normal and percentile by Efron & Tibshirani (1993), and basic bootstrap by Davison & Hinkley (1997)) to obtain con_dence intervals for the copula-based SUR Tobit model parameters.
Nesta tese de doutorado, consideramos os chamados modelos SUR (da expressão Seemingly Unrelated Regression) Tobit multivariados e estendemos a análise de tais modelos ao empregar funções de cópula para modelar estruturas com dependência não linear. As cópulas, dentre outras características, possuem a importante habilidade (vantagem) de capturar/modelar a dependência na(s) cauda(s) do modelo SUR Tobit em que alguns dados são censurados (por exemplo, em análise econométrica, ensaios clínicos e em ampla gama de fenômenos políticos e sociais, dentre outros, os dados são geralmente censurados à esquerda no ponto zero, ou à direita em um ponto d > 0 qualquer). Neste trabalho, propomos uma versão modificada do método clássico da Inferência para as Marginais (IFM, da expressão Inference Function for Margins), originalmente proposto por Joe & Xu (1996), a qual chamamos de MIFM, para estimação (pontual) dos parâmetros do modelo SUR Tobit multivariado baseado em cópula. Mais especificamente, empregamos uma técnica (frequentista) de ampliação de dados no segundo estágio do método IFM (o primeiro estágio do método MIFM é igual ao primeiro estágio do método IFM) para gerar as observações censuradas e, então, estimamos o parâmetro de dependência da cópula. Repetimos tal procedimento (ampliação de dados e estimação do parâmetro da cópula) até obter convergência. As razões para esta modificação no segundo estágio do método usual, são as seguintes: primeiro, construir/obter distribuições marginais contínuas, atendendo, então, ao teorema de unicidade da cópula resultante de Sklar (Sklar, 1959); e segundo, fornecer uma estimativa não viesada para o parâmetro da cópula (uma vez que o método IFM produz estimativas viesadas do parâmetro da cópula na presença de observações censuradas nas marginais). Tendo em vista a dificuldade adicional em calcular/obter a matriz de covariâncias assintótica das estimativas dos parâmetros, também propomos o uso de procedimentos de reamostragem (métodos bootstrap, tais como normal padrão e percentil, propostos por Efron & Tibshirani (1993), e básico, proposto por Davison & Hinkley (1997)) para a construção de intervalos de confiança para os parâmetros do modelo SUR Tobit baseado em cópula.

L’exploration des océans devient de plus en plus accessible, notamment grâce aux avancées en robotique. Les applications pour les robots sous-marins sont nombreuses. Dans cette thèse, on s’intéresse particulièrement à la recherche d’épaves, telle que celle de La Cordelière, qui a coulé dans la Rade de Brest en 1512. Le système robotique proposé consiste à tracter un magnétomètre susceptible de détecter les matériaux ferromagnétiques de l’épave. Le capteur ne peut pas être directement embarqué car il est sensible aux perturbations du robot. C’est pourquoi il est déporté. Deux problématiques sont alors étudiées pour appréhender ce système. La première est liée au contrôle de la position du magnétomètre alors que l’on ne peut agir que sur le robot tractant. Une méthode de linéarisation par bouclage est alors utilisée pour construire un contrôleur. Ce contrôleur est ensuite validé sous certaines contraintes d’état en utilisant des outils d’analyse par intervalles. La seconde problématique concerne la localisation sous l’eau de manière fiable. Sont alors étudiés des moyens d’appréhender les incertitudes et les données aberrantes collectées par un capteur acoustique. L’analyse par intervalles permet d’obtenir des premiers résultats, et la logique floue vient compléter l’approche en donnant plus de souplesse dans la priorisation des contraintes. Finalement, des expérimentations sont présentées avec différents robots, et notamment la localisation d’un ROV dans une piscine
The oceans’ exploration becomes more and more reachable, especially thanks to robotics progress. Applications for underwater robots are plentiful. In this thesis, we particularly focus on the search of wrecks, as the Cordelière, which sank in the Bay of Brest (France) in 1512. The proposed robotic system consists of towing a magnetometer likely to detect the ferromagnetic materials of the wreck. The sensor cannot be directly embedded because it is sensitive to the perturbations from the robot. This is why it is deported. Two issues are studied to approach this system. The first one is linked to the control of the magnetometer’s position, whereas we can only act on the towing robot. A feedback linearization method is used to design a controller. Then, this controller is validated under some state constraints by using tools from interval analysis. The second issue relates to underwater localization in a reliable manner. Ways to approach uncertainties and outliers gathered by acoustic sensors are studied. The interval analysis allows to obtain first results, and the fuzzy logic completes the approach by giving more suppleness in the prioritization of the constraints. Finally, some expérimentations are presented with different robots, and especially the localization of a ROV in a pool

Ce mémoire traite deux problèmes : en premier lieu, l'estimation paramétrique par intervalle dans un contexte où il y a des contraintes sur le paramètre et, en deuxième lieu la probabilité de fausses découvertes lorsqu'on réalise simultanément plusieurs tests d'hypothèses. Dans le premier chapitre, nous faisons un rappel sur les notions de base de l'inférence statistique à savoir l'estimation ponctuelle et par intervalle. Dans le deuxième chapitre, nous abordons la théorie de l'estimation par intervalle de confiance bayésien décrit dans [10]. Des résultats nouveaux sont présentés dans ce chapitre. Des travaux partiels (voir [7]), montrent que la probabilité de recouvrement fréquentiste est faible aux frontières de l'intervalle. Comparé à ces derniers, nous avons montré sous certaines conditions que cette probabilité n'ira jamais au delà d'une borne supérieure qui semble éloignée de la crédibilité. Finalement, au Chapitre 4, nous traitons des estimateurs de la probabilité de fausses découvertes. Des améliorations significatives ont été faites dans ce cadre.

Orientador : Prof. Dr. Mauricio Osvaldo Moura
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Entomologia). Defesa: Curitiba, 20/02/2017
Inclui referências: 30-34
Área de concentração : Entomologia
Resumo: Sarconesia chlorogaster (Wiedemann, 1830) (Diptera, Calliphoridae) é uma espécie de importância forense endêmica da região Sul que possui a morfologia dos estágios imaturos descrita e os tempos de desenvolvimento em seis temperaturas já registrados na literatura. A duração de seu desenvolvimento pupal é cerca de 70% do tempo do desenvolvimento total do imaturo. Portanto, em um contexto forense, as mudanças que acontecem nesse estágio, se refinadas, podem fornecer maior acurácia e confiabilidade ao cálculo do IPM mínimo usando imaturos de S. chlorogaster. Considerando a importância desta espécie, o objetivo principal deste trabalho foi identificar e descrever as mudanças morfológicas temporais do desenvolvimento das pupas de S. chlorogaster. Para isso, foi acompanhado o desenvolvimento de S. chlorogaster em dieta artificial em duas temperaturas constantes (20 e 25ºC). A partir do momento em que a larva de terceiro instar se enterrou, foram mortas e fixadas 10 pupas a cada oito (8) horas. De cada uma das 10 pupas, a morfologia externa foi descrita e fotografada, a cada oito (8) horas, durante às 416 horas que durou o estágio de pupa. Foram definidos, baseado em caracteres morfológicos, sete fases de desenvolvimento intrapuparial, pupariação, apólise larva- pupa, pupa criptocefálica, pupa fanerocefálica, apólise adulto-pupa, adulto farado e emergência. Das 45 características descritas morfologicamente, 15 são potencialmente informativas para estimar a idade de S. chlorogaster. De maneira geral, o formato do corpo (presença ou ausência de tagmatização), a coloração geral, a presença visível do gancho do cefaloesqueleto (porção da mandíbula), os apêndices torácicos, a mudança na coloração dos olhos e a formação das cerdas são caracteres que podem ser usados para definir idades específicas. Com estes resultados, é possível estimar o intervalo pós-morte de um corpo, utilizando características morfológicas intrapupariais. A descrição detalhada, que aumenta o grau de confiabilidade, derivada de uma técnica de análise morfológica de rotina, tende a permitir uma utilização mais ampla e confiável dessas informações para a estimativa do IPM. Palavras-chaves: Entomologia forense, morfologia interna, moscas necrófagas
Abstract: Sarconesia chlorogaster (Wiedemann, 1830) (Diptera, Calliphoridae) is a key forensic species endemic to the Southern region which has the immature stages morphology described and the development larval rate at six temperatures estimated. The duration of the pupal stage is about 70% of the time of total immature development. Thus, in a forensic context, changes occuring at this stage, if refined, can add accuracy and reliability to estimates of the minimum IPM using immature S. chlorogaster. Considering the importance of S. chlorogaster, the main objective of this work was to identify and to describe the temporal changes in the intrapupal development of S. chlorogaster. The intrapupal development were described for immatures reared in artificial diet in two constant temperatures (20 and 25ºC). From the moment the third instar larvae were buried, 10 pupae were killed and fixed in a eight (8) hours interval. From each of the 10 pupae, the external morphology was described and photographed during the 416 hours of the pupal stage. Based on morphological characters, seven stages of intrapuparial development, pupariation, larval-pupal apolysis, cryptocephalic pupa, phanerocephalic pupa, pupal-adult apolysis, pharate adult and emergence were defined. Of the 45 morphological diagnostic characteristics described, 15 are potentially informative to estimate S. chlorogaster age of. In general, the shape of the body (presence or absence of tagmatization), immature color, the presence of the mouth hook (portion of the jaw), the presence of thoracic appendages, the change in the color of the eyes and the formation of the bristles are characters useful to estimate specific ages. With these chronological changes in morphology it is possible to estimate the postmortem interval of a body, using intrapuparial morphology. A detailed morphological analysis, which enhances reliability and is based on routine techniques such as microscopy, tends to allow a wider use of this information to estimate post mortem interval. Keywords: Forensic entomology, internal morphology, necrophagous flies

Dans cette thèse nous nous sommes principalement concentrés sur les transmissions impulsion radio Ultra Large Bande (UWB-IR) qui a plusieurs avantages grâce à la nature de sa bande très large (entre 3.1GHZ et 10.6GHz) qui permet un débit élevé et une très bonne résolution temporelle. Ainsi, la très courte durée des impulsions émises assure une transmission robuste dans un canal multi-trajets dense. Enfin la faible densité spectrale de puissance du signal permet au système UWB de coexister avec les applications existantes. En raison de toutes ces caractéristiques, la technologie UWB a été considérée comme une technologie prometteuse pour les applications WSN. Cependant, il existe plusieurs défis technologiques pour l'implémentation des systèmes UWB. A savoir, une distorsion différente de la forme d'onde du signal reçu pour chaque trajet, la conception d'antennes très larges bandes de petites dimensions et non coûteuses, la synchronisation d'un signal impulsionnel, l'utilisation de modulation d'onde d'ordre élevé pour améliorer le débit etc. Dans ce travail, Nous allons nous intéresser à l'étude et l'amélioration de la synchronisation temporelle dans les systèmes ULB
The basic concept of Impulse-Radio UWB (IR-UWB) technology is to transmit and receive baseband impulse waveform streams of very low power density and ultra-short duration pulses (typically at nanosecond scale). These properties of UWB give rise to fine time-domain resolution, rich multipath diversity, low power and low cost on-chip implementation facility, high secure and safety, enhanced penetration capability, high user capacity, and potential spectrum compatibility with existing narrowband systems. Due to all these features, UWB technology has been considered as a feasible technology for WSN applications. While UWB has many reasons to make it a useful and exciting technology for wireless sensor networks and many other applications, it also has some challenges which must be overcome for it to become a popular approach, such as interference from other UWB users, accurate modelling of the UWB channel in various environments, wideband RF component (antennas, low noise amplifiers) designs, accurate synchronization, high sampling rate for digital implementations, and so on. In this thesis, we will focus only on one of the most critical issues in ultra wideband systems: Timing Synchronization

L’objectif de ces travaux de thèse est de proposer des approches bayésiennes “physiquement informées” pour l’estimation de directions d’arrivée de sources acoustiques sous-marines dans un milieu océanique fluctuant. Dans un premier temps nous verrons donc comment décrire ces fluctuations comme perturbation locale de la célérité du milieu pour ensuite décrire leur impact sur la propagation d’une onde et la mesure de celle-ci. Ce faisant nous pourrons décrire la dégradation subie par le signal, motivant la création d’un modèle statistique pour décrire cette perturbation. Après un état de l’art sur les méthodes d’estimation des directions d’arrivées (DOA), tout d’abord en milieu constant, puis en milieu incertain, nous définirons une modélisation de ces fluctuations sous forme d’un bruit de phase structuré selon une distribution gaussienne multivariée. Nous verrons que ce choix nous rapproche du modèle théorique de structure défini dans le premier chapitre. Cette modélisation nous permet alors de proposer la méthode paSAMP, algorithme d’Approximate Message Passing, inspirée des méthodes de reconstruction de phase et se révélant plus robuste au bruit additif, ainsi qu’au bruit de phase structuré, que les méthodes d’estimation des DOA classiques. Dans un deuxième temps, nous proposerons de réviser notre modélisation statistique et de considérer un bruit de phase distribuée selon une loi de Von Mises multivariée. Cette distribution permet une modélisation plus fidèle des bruits de phase. Considérant ce nouveau modèle, nous dériverons deux nouvelles méthodes : VitAMin et VistaBEM, respectivement extensions de paSAMP et paVBEM, déjà présent dans la littérature et reposant sur une autre approximation variationnelle bayésienne. Les premiers résultats, réalisés sur des données synthétiques considérant un modèle plus simple de VonMises unidimensionnel, s’avèrent prometteurs quant à la bonne intégration des modèles considérés et ainsi à leur robustesse au bruit de phase distribué selon ce modèle. Pour finir nous verrons que par le traitement de données réelles, il nous est possible d’extraire les mêmes grandeurs caractéristiques que celles décrites par le modèle théorique, mais également d’identifier certaines ondes internes spécifiques. Ceci à des fins de caractérisation rapide des fluctuations du milieu par méthode passive ou encore pour une initialisation informée des algorithmes proposés
The purpose of these works is to propose new "physically informed" bayesian algorithms for DOA estimationin presence of random fluctuations due to the presence of internal waves in the propagation medium. First we will seehow to describe these fluctuations as a local perturbation of the celerity of the medium and then the impact of such waveson a propagated signal. In doing so, we are able to observe the corruption of this signal and to propose a statistical modelof this perturbation.After a state of the art of DOA estimation techniques in both constant an uncertain media, we will propose a modelizationof the fluctuations as a multiplicative phase noise following a multivariate gaussian distribution. Very close to thetheoretical model, this distribution allows us to develop the paSAMP algorithm, an Approximate Message Passingtechnique inspired form phase retrieval litterature which integrates this multiplicative phase noise model. In order to getcloser to the theoretical model, we propose to upgrade the phase noise prior using a multivariate Von Mises prior,allowing us to propose new bayesian methods for DOA estimation such as the VitAMin and the VistaBEM algorithms asextensions of resp. the paSAMP and the paVBEM algorithms. The first results on synthetic measurement considering aunivariate Von Mises phase noise seems are promising regarding the robustness of these algorithms to this new noisemodel.To conclude, we will see with the processing of real data from the ALMA campaign that it is possible to retrieve quantitiesfrom the theoretical model through signal statistics. Moreover, these quantities allow us to identify known phenomenon inthe propagation medium with only passive measurement. Such knowledge can then be use for tomography or as "smartinitialization" of the different algorithms

Cette thèse porte sur l'estimation d'état des systèmes dynamiques à temps discret dans le contexte de l'intégration d'incertitudes statistiques et à erreurs bornées. Partant du filtre de Kalman intervalle (IKF) et de son amélioration (iIKF), nous proposons un algorithme de filtrage pour des systèmes linéaires dont les bruits sont gaussiens incertains, c'est-à-dire de moyenne et matrice de covariance définies par leur appartenance à des intervalles. Ce nouveau filtre de Kalman intervalle (UBIKF) repose sur la recherche d'une matrice de gain ponctuelle minimisant une borne majorante de l'ensemble des matrices de covariance de l'erreur d'estimation en respectant les bornes des incertitudes paramétriques. Un encadrement de tousles estimés possibles est ensuite déterminé en utilisant l'analyse par intervalles. Le filtre UBIKF permet de réduire à la fois la complexité calculatoire de l'inversion ensembliste des matrices intervalles présent dans le filtre iIKF et le conservatisme des estimations. Nous abordons ensuite différents cadres permettant de représenter des connaissances incomplètes ou imprécises, y compris les fonctions de répartition, la théorie de possibilité et la théorie des fonctions de croyance. Grâce à cette dernière, un modèle sous forme d'une fonction de masse pour une distribution gaussienne multivariée incertaine est proposé. Un filtrage particulaire ensembliste basé sur cette théorie est développé pour des systèmes dynamiques non linéaires dans lesquels les bruits sur la dynamique sont bornés et les erreurs de mesure sont modélisées par une fonction de masse gaussienne incertaine. Enfin, le filtre UBIKF est utilisé pour la détection et l'isolation de défauts en mettant en œuvre le schéma d'observateurs généralisé et l'analyse structurelle. Au travers de différents exemples, la capacité d'isolation de défauts capteurs/actionneurs de cet outil est illustrée et comparée à d'autre approches
This thesis deals with state estimation in discrete-time dynamic systems in the context of the integration of statistical and bounded error uncertainties. Motivated by the drawbacks of the interval Kalman filter (IKF) and its improvement (iIKF), we propose a filtering algorithm for linear systems subject to uncertain Gaussian noises, i.e. with the mean and covariance matrix defined by their membership to intervals. This new interval Kalman filter (UBIKF) relies on finding a punctual gain matrix minimizing an upper bound of the set of estimation error covariance matrices by respecting the bounds of the parametric uncertainties. An envelope containing all possible estimates is then determined using interval analysis. The UBIKF reduces not only the computational complexity of the set inversion of the matrices intervals appearing in the iIKF, but also the conservatism of the estimates. We then discuss different frameworks for representing incomplete or imprecise knowledge, including the cumulative distribution functions, the possibility theory and the theory of belief functions. Thanks to the last, a model in the form of a mass function for an uncertain multivariate Gaussian distribution is proposed. A box particle filter based on this theory is developed for non-linear dynamic systems in which the process noises are bounded and the measurement errors are represented by an uncertain Gaussian mass function. Finally, the UBIKF is applied to fault detection and isolation by implementing the generalized observer scheme and structural analysis. Through various examples, the capacity for detecting and isolating sensor/actuator faults of this tool is illustrated and compared to other approaches

Made available in DSpace on 2016-12-08T16:24:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGCA11MA075.pdf: 737868 bytes, checksum: 5473c383aab70553ce6a1f7fcce2d52c (MD5) Previous issue date: 2011-11-11
The aim of this study was to validate the use of n-alkanes C31, C32 and C33 on estimates of intake and digestibility and assess the accuracy of the use of indicators and acid detergent fiber (ADF), compared to the lignin in the studies of duodenal flow of nutrients. In addition, was to studied the use of indicators of fecal content in the estimation of digestibility and forage intake in lambs receiving ryegrass green. Two assays were conducted digestibility "in vivo" with 16 days each (11 for adaptation and 5 collection). The treatments consisted of diets composed by Italian ryegrass (Lolium multiflorum Lam.), in two successive cycles of grazing (28 and 35 days regrowth). The n-alkane C33 showed fecal recovery close to 1,0 in both tests and was more accurate in predicting the digestibility of C31. The intestinal flows of dry matter (DM) estimated from the C31, FDA or lignin were similar. In addition, the flow estimates obtained by internal ADF and lignin markers proved closely associated (linear coefficient = 1,016, r2 = 0,809). In local validation of the use of n-alkanes to estimate the consumption pair C33: C32 showed better relationship with the observed dry matter intake, since it held the correction for recovery rate of fecal C32. For the study of fecal indicators index the best estimates of consumption of organic matter (IOM) were obtained when using the amounts excreted nitrogen (g / day) and neutral detergent fiber (NDF, g / day) associated with the content forage NDF (r² = 0,78, rsd = 0,095). In conclusion, estimates of consumption and / or digestibility using the technique of n-alkanes should be preceded by local validation tests, studies of the intestinal flow of nutrients the FDA can be used instead of the lignin and estimates of forage intake in sheep may be made depending on the amount of nitrogen excreted per day and NDF
Os objetivos deste trabalho foram validar o uso dos n-alcanos C31, C32 e C33 em estimativas de consumo e digestibilidade e avaliar a exatidão do uso destes indicadores e da fibra em detergente ácido (FDA), em comparação à lignina, nos estudos de fluxo duodenal de nutrientes. Além disso, foi estudado o uso de indicadores de índice fecal na estimativa da digestibilidade e do consumo de forragem em ovinos recebendo azevém anual verde. Foram conduzidos dois ensaios de digestibilidade in vivo com 16 dias de duração cada (11 de adaptação e 5 de coleta). Os animais utilizados foram oito ovinos machos, castrados, mantidos em gaiolas de metabolismo. A dieta fornecida foi composta exclusivamente de azevém anual (Lolium multiflorum Lam.) verde em dois ciclos de desenvolvimento (28 e 35 dias de rebrote). O n-alcano C33 apresentou recuperação fecal próxima de 1,0 em ambos os ensaios e se mostrou mais exato na predição da digestibilidade aparente que o C31. Os fluxos intestinais de matéria seca (MS) estimados a partir do C31, FDA ou lignina foram semelhantes. Além disso, as estimativas de fluxo obtidas pelos marcadores internos FDA e lignina se mostraram estreitamente associadas (coeficiente linear = 1,016; r2 = 0,809). Na validação local da utilização dos n-alcanos para estimativa do consumo o par C33:C32 mostrou melhor relação com o consumo de matéria seca observado, desde que realizada a correção pra taxa de recuperação fecal do C32. Para o estudo com indicadores de índices fecais as melhores estimativas do consumo de matéria orgânica (CMO) foram obtidas quando se utilizou as quantidades excretadas de nitrogênio (g/dia) e fibra em detergente neutro (FDN, g/dia) associados ao teor de FDN na forragem (r² = 0,78; dpr = 0,095). Em conclusão, estimativas do consumo e/ou digestibilidade aparente utilizando a técnica dos n-alcanos devem ser precedidas de ensaios de validação local; nos estudos do fluxo intestinal de nutrientes o FDA pode ser utilizado em substituição a lignina e estimativas do consumo de forragem em ovinos podem ser efetuadas em função da quantidade de nitrogênio e FDN excretados por dia

Dissertação de mestrado em Medicina Legal e Ciências Forenses, apresentada à Faculdade de Medicina da Universidade de Coimbra.
Perante restos esqueletizados, identificados ou não, é de considerar a relevância da avaliação do tempo decorrido desde a morte do indivíduo, designado por intervalo postmortem (PMI1) Esta é uma das atribuições do antropólogo forense, saber há quanto tempo aconteceu a morte o que, obviamente, tem importantes consequências legais. O PMI é um dos principais desafios da Antropologia Forense, e vários são os métodos referenciados que o pretendem determinar, analisando factores intrínsecos e extrínsecos aos restos esqueletizados. É de salientar a necessidade de desenvolver uma técnica precisa, económica, fácil e reprodutível, que opere como teste presuntivo ou de orientação, com número de amostras considerável, que permita a significância estatística dos resultados obtidos. A reacção química que ocorre na presença de luminol, quimioluminescência, é assinalada como uma ferramenta de trabalho no sentido de avaliar o PMI, devido à sua elevada afinidade para a hemoglobina, que fica protegida no tecido ósseo pelo seu elevado conteúdo mineral, após o suprimento de sangue ter cessado postmortem. Esta técnica é já aplicada em locais de crime, na detecção de sangue, devido à grande sensibilidade da hemoglobina, podendo assim ser usada também em amostras de osso, segundo o mesmo princípio. O estudo da técnica do luminol surge como um método a investigar, com o objectivo de complementar os restantes métodos de avaliação do tempo decorrido desde a morte de restos esqueletizados já existentes, contribuindo para uma avaliação mais precisa do PMI e com a finalidade de permitir a distinção entre ossos de interesse médico-legal (em Portugal, amostras com menos de 15 anos) e ossos sem significado médico-legal (amostras com mais de 15 anos). 1 Foi decidida a utilização da sigla em inglês por uma questão de uniformização ix A amostra em estudo é constituída por 51 indivíduos de ambos os sexos, todos adultos, com idades entre os 20 e os 98 anos e com tempo decorrido desde a morte conhecido. O osso seleccionado foi a clavícula, com ausência de patologias ósseas. Os resultados obtidos na presente dissertação, com falsos positivos a atingir os 100%, descartam a possibilidade de, pelo menos sem a investigação de uma amostra de maiores dimensões e variedade, ser possível a distinção entre ossadas de pertinência forense e sem interesse médico-legal, para a realidade portuguesa. Contudo, a hipótese da reacção de quimioluminescência ser aplicada como teste presuntivo, sobretudo para restos esqueletizados fragmentados, mantém-se, com uma percentagem de falsos negativos de 22 a 25%. Comparando os dois tipos de escala empregues, embora mais subjectiva, a escala de 5 níveis apresenta resultados mais detalhados e descritivos, existindo duas categorias (“muito fraco positivo” e “forte positivo”) com assertividade de 100%, sendo, portanto, a mais indicada para uso futuro. Os resultados da estatística de Kappa, com valores compreendidos entre 0,79 e 0,97, revelaram confiança inter e intraobservador no teste de aplicação de luminol, como teste de presunção. A diagnose do PMI, baseada nos registos da reacção do luminol com a hemoglobina, não pode ser usada isoladamente. É necessária a interpretação das circunstâncias de recolha, das condições ambientais e também uma análise crítica dos dados resultantes do exame antropológico.
When facing skeletonized remains, identified or not, it is important to consider the relevance of assessing the time since death of the individual, known as postmortem interval (PMI). This is one of the duties of forensic anthropologists - knowing how long ago the death happened - which obviously has important legal consequences. The PMI is one of the main challenges of Forensic Anthropology, and several are the referenced methods that aim to determine it, considering intrinsic and extrinsic factors to the skeletonized remains. Therefore, it should be emphasized the need to develop a precise, economic, easy and reproducible technique, which will operate as a presumptive test or guidance, using a considerable number of samples, in order to allow the statistical significance of the results obtained. The chemical reaction that occurs in the presence of luminol, chemiluminescence, is noted as a work tool to evaluate the PMI. This is given by luminol’s high affinity for hemoglobin, which is secured in bone tissue by its high mineral content, after the blood supply ceases postmortem. This technique is already applied on blood detection at crime scenes, due to hemoglobin’s high sensitivity. So, according to the same principle, it can also be used in bone samples. The study of the luminol technic appears as a method to investigate, with the purpose of complementing the already used methods for the evaluation of the PMI of skeletonized remains. It contributes to a more accurate assessment of the PMI, in order to allow distinction between bones of forensic interest (in Portugal, samples with less than 15 years) and bones without medical-legal meaning (samples with more than 15 years). The test sample consists of 51 individuals of both sexes, all in adult age, between 20 and 98 years, with a known time since death. The selected bone was the collarbone, with no bone diseases. The results obtained in this thesis, with false positives achieving the 100%, rule out the possibility to distinguish between bones of forensic interest to the Portuguese reality, xi at least not without the investigation of a sample of larger dimensions and variety. However, the hypothesis of the chemiluminescent reaction being applied as a presumptive test is still applicable, especially for skeletonized fragmented remains, since the method showed a percentage of false negatives from 22 to 25%. When comparing the two types of scales employed, it can be verified that the 5 levels range, although more subjective, grants more detailed and descriptive results. It presents two categories ("very weak positive" and "strong positive") with assertion of 100%, and, therefore, it is the most suitable scale for future use. The results of Kappa statistics, with values between 0.79 and 0.97, showed inter and intraobserver agreement when applying the luminol test as a presumption test. The PMI diagnosis, based on the records of the hemoglobin reaction with luminol, cannot be used alone. The interpretation of the circumstances of collection and environmental conditions, as well as a critical analysis of the resulting data of the anthropological examination, is required

A estimativa do intervalo post-mortem (PMI – Post Mortem Interval) é fundamental para a reconstrução dos eventos que envolvem a morte de um indivíduo, sendo que nos últimos anos o antropólogo forense tem vindo a desenvolver um papel importante nesta área. Apesar de ser uma questão pertinente em termos judiciais, a estimativa do PMI reveste-se de uma particular dificuldade, não só devido à ausência de métodos fiáveis para o estimar como também devido à variabilidade do processo de decomposição cadavérica. Muitos estudos têm demonstrado a variabilidade inerente ao processo de decomposição, em que tanto características extrínsecas como intrínsecas ao indivíduo desempenham um papel importante, como também têm demonstrado que o tipo de deposição e ambiente envolvente ao corpo são importantes para a sua degradação. Apesar de se verificar um aumento no número de estudos que lidam com estas questões, é evidente a necessidade de mais investigação, sobretudo aquela que se foca em restos esqueletizados e em restos inumados. Como resultado destas dificuldades, esta tese foi desenvolvida no sentido de avaliar as alterações tafonómicas e a sua relação com o PMI em 86 restos esqueletizados que compõem a Coleção de Esqueletos Identificados do Séc. XXI. Estes restos são provenientes de um ambiente de inumação, sendo que foram analisadas as alterações ósseas do atlas, áxis, úmero, fémur e 1º metatársico. De forma a verificar uma possível relação entre os restos e o PMI, foram, ainda, tidas em conta variáveis extrínsecas (como a data de inumação e de exumação e estação do ano em que os cadáveres foram inumados) e intrínsecas (como sexo, idade à morte e peso da peça óssea) ao indivíduo; foi determinado o estádio de decomposição dos restos e verificada a superfície, o peso, a cor, as manchas, as fissuras, a degradação e as escamações das peças ósseas. Contudo, a análise da associação entre as variáveis sob estudo e o PMI não permitiu chegar a fortes conclusões, sendo que apenas o número de manchas presentes no áxis apresentou uma ligeira dependência com o intervalo. Porém, a relação demonstra uma grande variabilidade pelo que, se fosse desconhecido, não conseguiríamos estabelecer o PMI com credibilidade. Verificou-se também que, na classificação dos restos ósseos segundo estádios de degradação, a relação entre estes e o PMI era bastante disparo para mesmos intervalos de tempo, pelo que não permitem estabelecer o PMI com credibilidade. Constatamos, ainda, a influência de diferentes ambientes na degradação óssea; a maior sobrevivência de ossos longos em contexto de inumação; o aumento da degradação com o aumento da idade à morte; a redução do peso das peças ósseas com o aumento idade à morte em ambos os sexos; a baixa viabilidade do estudo do atlas no estabelecimento do PMI; resultados pouco promissores na relação entre os PMI’s da presente amostra (que são longos) e cor, manchas, fissuras e escamações da superfície óssea. Porém, no caso do presente estudo, o facto de a amostra ser representada sobretudo por idades à morte mais avançadas e por PMI’s de treze e catorze anos, pode ter enviesado alguns dos testes estatísticos. Sendo assim, não se pode avaliar realmente a relação entre as características observadas, o PMI e a idade à morte; talvez uma amostra mais diversificada pode apresentar resultados mais promissores. Contudo, também este estudo demonstra a dificuldade que é a estimativa do PMI para o antropólogo forense uma vez que, mesmo para restos ósseos de PMI’s idênticos, a sua classificação consoante categorias de decomposição pode ser bastante variável, dificultando o estabelecimento de uma fórmula preditiva. Assim sendo, é importante o cruzamento com outras variáveis que são sabidas terem influência no processo de degradação do corpo. Apesar das limitações encontradas, a presente tese permite caracterizar melhor um esqueleto que esteve inumado em caixão e pode oferecer novos caminhos para estudos futuros.
Estimation of the postmortem interval (PMI) is critical to reconstruct the events surrounding the death of an individual, reason why in recent years forensic anthropologists have played an important role in this area. Despite representing a pertinent question in legal issues, the estimation of PMI is of particular difficulty, not only because of the lack of reliable methods that currently exist to estimate it but also due to the variability of the cadaveric decomposition process. Many studies have demonstrated the variability of the decomposition process, where both extrinsic and intrinsic characteristics to the individual play an important role, as they have also shown that the deposition context and surrounding environment are important to the body’s degradation. Although there has been an increase in the number of studies dealing with these issues, it is clear that there is need for more research, especially ones that focus on skeletonized remains and buried remains. As a result of these difficulties, this thesis has been developed in order to assess the taphonomic changes and their relationship with PMI in 86 skeletonized remains that make up the Collection of Identified Skeletons from the XXIst Century. These remains have been recovered from a burial environment, whereas the changes of the atlas, axis, humerus, femur and first metatarsal were analyzed. In order to verify a possible relationship between PMI and the remains, there were also taken into account extrinsic (such as the date of burial and exhumation and season in which the corpses were buried) and intrinsic (such as gender, age at death and weight of the bones) variables to the individual; determined the stage of decomposition of the remains and analyzed their surface, weight, color, stains, cracks, degradation and exfoliation. However, analysis of the association between the variables in study and PMI did not lead to strong conclusions, with only the number of stains present on the axis showing a slight dependence with the interval. Conversely, the relationship shows a great variability, so if unknown we would not be able to establish with credibility the PMI. Also, the classification of skeletal remains according to stages of degradation showed that the relationship between them and PMI was quite variable for the same time intervals, and therefore does not allow to establish the PMI with credibility. Besides these associations we observed the differential influence of diverse environments on bone degradation; the greater survival of long bones in burial context; increasing degradation of bone with a higher age at death; weight reduction of bone specimens with increasing age at death for each gender; low practicality in establishing the PMI by studying the atlas; unpromising results in the relationship between the PMI of this sample (which is long) and color, stains, cracks and exfoliation of bone surface. We have to bear in mind that, in the present study, the sample is mainly represented by individuals with an advanced age at death and a thirteen to fourteen year old PMI, which may have influenced some of the statistical results. Therefore we cannot trustfully evaluate the relationship between the observed features, PMI and age at death; perhaps a more diverse study sample may have more promising results. Nonetheless, this study also demonstrates how difficult it is to estimate the PMI for the forensic anthropologist since, even for skeletal remains of identical PMI, their classification according to categories of decomposition can be quite variable, making the establishment of a predictive formula complex. Therefore it is important to cross observations with other variables that are known to have influence on the degradation process of the body. Despite the limitations encountered, this thesis allows a better characterization of skeletons that were buried in coffins and may offer new approaches for future studies.

O intervalo post mortem (IPM) descreve o período de tempo decorrido desde a morte até ao exame do cadáver. Uma estimativa precisa do IPM tem um grande impacto numa investigação criminal, no entanto, é uma tarefa bastante complexa, dada a influência de fatores intrínsecos e extrínsecos. Existem diversos métodos para a determinação de parâmetro, sendo eles baseados na anatomia patológica, bioquímica e entomologia. Uma vez que estas metodologias possuem baixa precisão e inúmeras limitações práticas, surgem os métodos genético-moleculares, baseados no estado de degradação dos ácidos nucleicos. A metilação do ADN é uma modificação epigenética estável e que varia ao longo do tempo, tornando-se útil para o desenvolvimento de um método de determinação do IPM. Foram analisados os níveis de metilação de um organismo modelo – peixe-zebra – ao longo do tempo decorrido desde a morte, no sentido de criar um modelo robusto para a estimativa do IPM. Neste estudo avaliou-se a variação ocorrida nos níveis de metilação global e na região promotora do gene EDARADD durante 6 intervalos post mortem (0h, 1h, 4h, 24h, 48h e 72h). Diversos parâmetros foram otimizados entre os quais a amostragem, extração e amplificação de ADN genómico de peixe-zebra. Na análise da metilação global, observou-se um aumento dos níveis nos intervalos post mortem iniciais, seguido de uma diminuição abrupta até às 48h post mortem. Foi possível diferenciar as amostras consoante o IPM a que pertenciam através da amplificação por q-PCR da região promotora do gene EDARADD seguida de análise HRM.
The post mortem interval (PMI) describes the period of time elapsed from the time of death. A precise estimation of PMI has a strong impact in a crime investigation; however it is a complex task due to the influence of intrinsic and extrinsic factors. There are several methods for PMI determination including pathological, biochemical and entomological. Those methodologies have low precision and several practical limitations leading to emergence of genetic-molecular methods based on the degradation of nucleic acids. DNA methylation is a stable and time-varying epigenetic modification, making it useful for the development of a method to determining PMI. Thus, the methylation levels of a model organism – zebrafish – were analysed during the time since death, in order to create a robust model for the PMI estimation. In this study, we evaluated the variation in global methylation levels and at the promoter region of EDARADD gene during 6 post mortem intervals (0h, 1h, 4h, 24h, 48h e 72h). We performed an optimization of several parameters such us sampling, extraction and amplification of zebrafish genomic DNA. An increase of global methylation levels in the initial post-mortem intervals was observed, followed by an abrupt decrease until 48h post-mortem. Following of the amplification of EDARADD’s promoter region by q-PCR and HRM analysis, it was possible to differentiate the samples according to relative PMI.
Mestrado em Biologia Molecular e Celular

Ce mémoire propose une adaptation lisse de méthodes bootstrap par pseudo-population aux fins d'estimation de la variance et de formation d'intervalles de confiance pour des quantiles de population finie. Dans le cas de données i.i.d., Hall et al. (1989) ont montré que l'ordre de convergence de l'erreur relative de l’estimateur bootstrap de la variance d’un quantile échantillonnal connaît un gain lorsque l'on rééchantillonne à partir d’une estimation lisse de la fonction de répartition plutôt que de la fonction de répartition expérimentale. Dans cet ouvrage, nous étendons le principe du bootstrap lisse au contexte de population finie en le mettant en œuvre au sein des méthodes bootstrap par pseudo-population. Étant donné un noyau et un paramètre de lissage, cela consiste à lisser la pseudo-population dont sont issus les échantillons bootstrap selon le plan de sondage initial. Deux plans sont abordés, soit l'échantillonnage aléatoire simple sans remise et l'échantillonnage de Poisson. Comme l'utilisation des algorithmes proposés nécessite la spécification du paramètre de lissage, nous décrivons une méthode de sélection par injection et des méthodes de sélection par la minimisation d'estimés bootstrap de critères d'ajustement sur une grille de valeurs du paramètre de lissage. Nous présentons des résultats d'une étude par simulation permettant de montrer empiriquement l'efficacité de l'approche lisse par rapport à l'approche standard pour ce qui est de l'estimation de la variance d'un estimateur de quantile et des résultats plus mitigés en ce qui concerne les intervalles de confiance.
This thesis introduces smoothed pseudo-population bootstrap methods for the purposes of variance estimation and the construction of confidence intervals for finite population quantiles. In an i.i.d. context, Hall et al. (1989) have shown that resampling from a smoothed estimate of the distribution function instead of the usual empirical distribution function can improve the convergence rate of the bootstrap variance estimator of a sample quantile. We extend the smoothed bootstrap to the survey sampling framework by implementing it in pseudo-population bootstrap methods. Given a kernel function and a bandwidth, it consists of smoothing the pseudo-population from which bootstrap samples are drawn using the original sampling design. Two designs are discussed, namely simple random sampling and Poisson sampling. The implementation of the proposed algorithms requires the specification of the bandwidth. To do so, we develop a plug-in selection method along with grid search selection methods based on bootstrap estimates of two performance metrics. We present the results of a simulation study which provide empirical evidence that the smoothed approach is more efficient than the standard approach for estimating the variance of a quantile estimator together with mixed results regarding confidence intervals.