FR3060795A1 - METHOD FOR CONSTRUCTING THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF ATMOSPHERE, DEVICE AND PROGRAM THEREOF - Google Patents

METHOD FOR CONSTRUCTING THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF ATMOSPHERE, DEVICE AND PROGRAM THEREOF Download PDF

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Christophe Baehr
Lucie Rottner
Florian Suzat
Thomas Rieutord
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METEO FRANCE
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Abstract

L'invention se rapporte à un Procédé de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère (REP1...REPN) évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines , dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine. Selon l'invention, un tel procédé comprend au moins une itération d'une phase de mise à jour (20) d'une représentation courante (REPT) de particules évoluant au sein du volume atmosphérique, cette phase de mise à jour (20) comprenant, pour un pas de temps courant T : - une étape de prédiction (21), à partir de la représentation courante (REPT), de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+1, délivrant une représentation intermédiaire (REPiT+1) au pas de temps T+1 ; - une étape de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1) délivrant, un ensemble de boites traitées (Bh1,...,BhM); - une étape de filtrage (23) de particules des boites traitées (Bh1,...,BhM) en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+1, délivrant une représentation suivante (REPT+1) au pas de temps T+1.The invention relates to a method for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere (REP1 ... REPN) operating within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of subdomains, referred to as boxes, which comprise a plurality of particles representing the atmosphere in this subdomain. According to the invention, such a method comprises at least one iteration of an update phase (20) of a current representation (REPT) of particles evolving within the atmospheric volume, this update phase (20). comprising, for a current time step T: a prediction step (21), from the current representation (REPT), of speeds and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step following T + 1, delivering an intermediate representation (REPiT + 1) at the time step T + 1; - A step of modifying (22) the distribution of particles in each box of the intermediate representation (REPiT + 1) delivering a set of treated boxes (Bh1, ..., BhM); a filtering step (23) of particles of the treated boxes (Bh1, ..., BhM) as a function of at least one datum representative of a real observation at the time step T + 1, delivering a following representation (REPT +1) at the time step T + 1.

Description

® RÉPUBLIQUE FRANÇAISE® FRENCH REPUBLIC

INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE © N° de publication : 3 060 795 (à n’utiliser que pour les commandes de reproduction)NATIONAL INSTITUTE OF INDUSTRIAL PROPERTY © Publication number: 3,060,795 (to be used only for reproduction orders)

©) N° d’enregistrement national : 16 63061©) National registration number: 16 63061

COURBEVOIECOURBEVOIE

©) Int Cl8 : G 06 F17/10 (2017.01), G 06 F 7/38, G 01 W 1/00©) Int Cl 8 : G 06 F17 / 10 (2017.01), G 06 F 7/38, G 01 W 1/00

DEMANDE DE BREVET D'INVENTION A1A1 PATENT APPLICATION

©) Date de dépôt : 21.12.16. ©) Date of filing: 21.12.16. ©) Demandeur(s) : METEO-FRANCE Société par actions ©) Applicant (s): METEO-FRANCE Joint stock company (30) Priorité : (30) Priority: simplifiée — FR. simplified - FR. ©) Inventeur(s) : BAEHR CHRISTOPHE, ROTTNER ©) Inventor (s): BAEHR CHRISTOPHE, ROTTNER LUCIE, SUZAT FLORIAN et RIEUTORD THOMAS. LUCIE, SUZAT FLORIAN and RIEUTORD THOMAS. (43) Date de mise à la disposition du public de la (43) Date of public availability of the demande : 22.06.18 Bulletin 18/25. request: 22.06.18 Bulletin 18/25. ©) Liste des documents cités dans le rapport de ©) List of documents cited in the report recherche préliminaire : Se reporter à la fin du preliminary research: Refer to end of présent fascicule present booklet (© Références à d’autres documents nationaux (© References to other national documents ©) Titulaire(s) : METEO-FRANCE Société par actions ©) Holder (s): METEO-FRANCE Joint stock company apparentés : related: simplifiée. simplified. ©) Demande(s) d’extension : ©) Extension request (s): @) Mandataire(s) : CABINET PATRICE VIDON. @) Agent (s): CABINET PATRICE VIDON.

PROCEDE DE CONSTRUCTION D'UNE REPRESENTATION TRIDIMENSIONNELLE D'UNE ATMOSPHERE, DISPOSITIF ET PROGRAMME CORRESPONDANT.METHOD FOR CONSTRUCTING A THREE-DIMENSIONAL REPRESENTATION OF AN ATMOSPHERE, CORRESPONDING DEVICE AND PROGRAM.

FR 3 060 795 - A1 (3/j L'invention se rapporte à un Procédé de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère (REP.|...REPN) évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines, dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine.FR 3 060 795 - A1 (3 / d The invention relates to a Method for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere (REP. | ... REP N ) evolving within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of sub-domains, called boxes, which include a plurality of particles representing the atmosphere in this sub-domain.

Selon l'invention, un tel procédé comprend au moins une itération d'une phase de mise à jour (20) d'une représentation courante (REPT) de particules évoluant au sein du volume atmosphérique, cette phase de mise à jour (20) comprenant, pour un pas de temps courant T :According to the invention, such a method comprises at least one iteration of an updating phase (20) of a current representation (REP T ) of particles evolving within the atmospheric volume, this updating phase (20 ) comprising, for a current time step T:

- une étape de prédiction (21 ), à partir de la représentation courante (REPT), de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+1, délivrant une représentation intermédiaire (REPiT+1) au pas de temps T+1 ;a prediction step (21), from the current representation (REP T ), of speeds and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step following T + 1, delivering an intermediate representation (REPi T +1 ) at time step T + 1;

- une étape de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1) délivrant, un ensemble de boites traitées (Bh1,...,BhM);a modification step (22) of the distribution of the particles in each box of the intermediate representation (REPi T + 1 ) delivering, a set of treated boxes (Bh 1 , ..., Bh M );

- une étape de filtrage (23) de particules des boites traitées (Bh-|,...,BhM) en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+1, délivrant une représentation suivante (REPT+1) au pas de temps T+1.a filtering step (23) of particles from the treated boxes (Bh- |, ..., Bh M ) as a function of at least one datum representative of a real observation at time step T + 1, delivering a representation next (REP T + 1 ) at time step T + 1.

REPT REP T

REPiT+i >REPi T + i>

Figure FR3060795A1_D0001

_ £

Bh2 ;Bh 2 ;

Figure FR3060795A1_D0002

DAT j-► • REPt-i iDAT j-► • REPt-i i

Procédé de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère, dispositif et programme correspondantMethod for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere, device and corresponding program

1. DOMAINE1. AREA

L'invention se rapporte à la dynamique de fluides. Plus particulièrement, la présente technique se rapporte à la représentation de l'évolution d'un milieu à partir d'observations de ce milieu. La présente technique trouve par exemple une application dans la représentation d'une atmosphère locale, considérée comme un milieu physique dont on souhaite représenter l'état et les caractéristiques dynamiques.The invention relates to fluid dynamics. More particularly, the present technique relates to the representation of the evolution of a medium from observations of this medium. The present technique finds, for example, an application in the representation of a local atmosphere, considered as a physical medium whose state and dynamic characteristics are to be represented.

2. ART ANTERIEUR2. PRIOR ART

La représentation de l'évolution de milieux physiques est une des clés de la compréhension de l'évolution de tels milieux physiques, particulièrement dans des conditions d'évolutions perturbées, qui peuvent amener le milieu à évoluer de manière rapide. Le milieu atmosphérique est typiquement un milieu de ce type. Pour un milieu atmosphérique observé, l'atmosphère est par exemple modélisée à l'aide de particules numériques dont on souhaite représenter les évolutions au cours du temps. L'atmosphère est donc représentée sous la forme de particules (éléments de fluide) dont la vitesse et la position, et leurs caractéristiques dynamiques, évoluent dans le temps. En quelque sorte, l'atmosphère observée est représentée comme la résultante d'une représentation de comportements de particules qui seraient transportées de manière passive par le milieu.The representation of the evolution of physical environments is one of the keys to understanding the evolution of such physical environments, particularly in conditions of disturbed evolution, which can cause the environment to evolve rapidly. The atmospheric medium is typically a medium of this type. For an observed atmospheric environment, the atmosphere is, for example, modeled using digital particles whose evolution over time is to be represented. The atmosphere is therefore represented in the form of particles (fluid elements) whose speed and position, and their dynamic characteristics, change over time. In a way, the observed atmosphere is represented as the result of a representation of behaviors of particles which would be passively transported by the medium.

La problématique, cependant, réside dans la gestion des particules dans un volume fini déterminé par la géométrie du système d'observations. En effet, comme le milieu n'est pas nécessairement, en lui-même, constitué de particules, la gestion de ces particules et de leur nombre, et plus particulièrement la gestion de leur représentation et de l'évolution de leur représentation au cours du temps pose problème.The problem, however, lies in the management of particles in a finite volume determined by the geometry of the observation system. Indeed, as the environment is not necessarily, in itself, made up of particles, the management of these particles and their number, and more particularly the management of their representation and the evolution of their representation during the time is an issue.

3. RESUME3. SUMMARY

La présente technique permet de résoudre au moins certains des problèmes de l'art antérieur. La présente technique porte plus particulièrement sur une méthode de construction d'une représentation tridimensionnelle d'un milieu atmosphérique.The present technique makes it possible to solve at least some of the problems of the prior art. The present technique relates more particularly to a method of constructing a three-dimensional representation of an atmospheric medium.

Plus particulièrement, l'invention se rapporte à un procédé de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines, dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine.More particularly, the invention relates to a method of constructing a three-dimensional representation of an atmosphere evolving within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of sub-domains, called boxes, which include a plurality of particles representing the atmosphere in this sub-domain.

Un tel procédé comprend au moins une itération d'une phase de mise à jour d'une représentation courante de particules évoluant au sein du volume atmosphérique, cette phase de mise à jour comprenant, pour un pas de temps courant T :Such a method comprises at least one iteration of a phase for updating a current representation of particles evolving within the atmospheric volume, this phase of updating comprising, for a current time step T:

une étape de prédiction, à partir de la représentation courante, de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+l, délivrant une représentation intermédiaire au pas de temps T+l ;a step of predicting, from the current representation, of the speeds and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step along T + l, delivering an intermediate representation at the time step T + l;

une étape de modification de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire délivrant, un ensemble de boites traitées ; une étape de filtrage de particules des boites traitées en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l, délivrant une représentation suivante au pas de temps T+l.a step of modifying the distribution of the particles in each box of the intermediate representation delivering, a set of treated boxes; a step of filtering particles from the treated boxes as a function of at least one datum representative of a real observation at time step T + l, delivering a following representation at time step T + l.

Selon un mode de réalisation particulier, le procédé de construction comprend, préalablement à ladite phase de mise à jour :According to a particular embodiment, the construction method comprises, prior to said updating phase:

une phase d'obtention et de traitement de données brutes en provenance d'un dispositif de mesure, phase qui délivre des données normalisées ;a phase of obtaining and processing raw data coming from a measurement device, phase which delivers standardized data;

une phase d'initialisation, au cours de laquelle des paramètres de représentations sont sélectionnés et/ou calculés, notamment en utilisant les données normalisées et d'autres données de paramétrage et dans laquelle une initialisation de la représentation est effectuée, délivrant une représentation initiale.an initialization phase, during which representation parameters are selected and / or calculated, in particular by using the normalized data and other configuration data and in which an initialization of the representation is carried out, delivering an initial representation.

Selon une caractéristique particulière, l'étape de modification de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire comprend :According to a particular characteristic, the step of modifying the distribution of the particles in each box of the intermediate representation comprises:

une étape d'obtention, pour au moins une boite, à partir des vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, d'au moins une donnée représentative d'une densité de particules, nommée champ de densité des particules lagrangiennes ; à partir des vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, une étape de redistribution de particules sortantes, dans au moins une boite, en fonction du champ de densité des particules lagrangiennes et d'un champ de densité modélisé ; une étape de gestion, au sein de chaque boite, des particules précédemment redistribuées, selon au moins une loi de représentation de particules associée auxdites boites.a step of obtaining, for at least one box, from the speeds and positions of the particles of the boxes previously predicted, at least one datum representative of a density of particles, called the density field of the Lagrangian particles; from the speeds and positions of the particles in the previously predicted boxes, a step of redistribution of outgoing particles, in at least one box, as a function of the density field of the Lagrangian particles and of a density field modeled; a step of management, within each box, of the particles previously redistributed, according to at least one law of representation of particles associated with said boxes.

Selon une caractéristique particulière, l'étape d'obtention du champ de densité des particules lagrangiennes comprend une étape de calcul, pour chaque boite, d'une densité de particules au pas de temps T+l en fonction de vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, délivrant ledit nommé champ de densité des particules lagrangiennes.According to a particular characteristic, the step of obtaining the density field of the Lagrangian particles comprises a step of calculating, for each box, of a density of particles at the time step T + l as a function of velocities and positions of the particles previously predicted boxes, delivering said so-called Lagrangian particle density field.

Selon une caractéristique particulière, l'étape de redistribution de particules sortantes comprend, en fonction du champ de densité des particules lagrangiennes et du champ de densité modélisé :According to a particular characteristic, the step of redistribution of outgoing particles comprises, as a function of the density field of the Lagrangian particles and of the density field modeled:

une étape de calcul, pour chaque boite, d'un poids, délivrant un ensemble de poids des boites, chaque poids étant le résultat d'une différence entre une densité de référence issue du champs de densité modélisé et d'une densité correspondante dans le champ de densité des particules lagrangiennes ;a step of calculating, for each box, a weight, delivering a set of box weights, each weight being the result of a difference between a reference density from the density field modeled and a corresponding density in the density field of Lagrangian particles;

une étape de redistribution aléatoire, de particules sortantes, en fonction dudit ensemble de poids des boites, délivrant une matrice de réaffectation de particules sortantes ; une étape d'affectation aléatoire, au sein des boites, de chaque particule sortante en fonction de la matrice de réaffectation de particules sortantes.a step of random redistribution of outgoing particles, as a function of said set of weights of the boxes, delivering a reallocation matrix of outgoing particles; a step of random assignment, within the boxes, of each outgoing particle as a function of the outgoing particle reallocation matrix.

Selon une caractéristique particulière, l'étape de gestion des particules précédemment redistribuées comprend :According to a particular characteristic, the step of managing the previously redistributed particles comprises:

une étape de remplissage des boites dont la densité est inférieure à une densité de référence fournie par le champ eulérien de densité modélisé, entraînant la création de nouvelles particules ;a step of filling the boxes whose density is less than a reference density provided by the Eulerian field of modeled density, causing the creation of new particles;

une étape de prélèvement de particules, au sein de boites dont la densité de particule excède une valeur déterminée à partir du champ eulérien de densité modélisé, délivrant ledit ensemble de boites traitées ;a step of sampling of particles, within boxes whose particle density exceeds a value determined from the Eulerian field of density modeled, delivering said set of treated boxes;

Selon une caractéristique particulière, l'étape de filtrage de particules des boites traitées en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l comprend :According to a particular characteristic, the step of filtering particles from the treated boxes as a function of at least one datum representative of an actual observation at time step T + l comprises:

une étape de calcul, pour chaque particule de chaque boite, d'un potentiel corrélé à au moins une observation courante au pas de temps T+l ;a step of calculating, for each particle of each box, a potential correlated with at least one current observation at time step T + l;

lorsqu'une boite ne comprend que des potentiels nuis pour l'ensemble de ses particules, une étape de réinitialisation des vitesses des particules en fonction d'une observation courante au pas de temps T+l de ladite boite ; et une étape de sélection, pour chaque particule de chaque boite, en fonction du potentiel de chaque particule et de ladite au moins une observation courante au pas de temps T+l, délivrant une représentation mise à jour au pas de temps T+l.when a box comprises only harmful potentials for all of its particles, a step of resetting the speeds of the particles as a function of a current observation at time step T + 1 of said box; and a selection step, for each particle of each box, as a function of the potential of each particle and of said at least one current observation at time step T + l, delivering an updated representation at time step T + l.

Selon un autre aspect, l'invention se rapporte également à un dispositif de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines, dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine.According to another aspect, the invention also relates to a device for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere evolving within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of sub-domains, called boxes, which include a plurality of particles representing the atmosphere in this sub-domain.

Un tel dispositif comprend des moyens de mise à jour d'une représentation courante de particules évoluant au sein du volume atmosphérique pour un pas de temps courant T, ces moyens de mise à jour comprenant des moyens de mise en œuvre :Such a device comprises means for updating a current representation of particles evolving within the atmospheric volume for a current time step T, these updating means comprising means for implementing:

de moyens de prédiction, à partir de la représentation courante de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+l, délivrant une représentation intermédiaire au pas de temps T+l ; de moyens de modification de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire délivrant, un ensemble de boites traitées ;prediction means, from the current representation of the velocities and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step along T + l, delivering an intermediate representation at the time step T + l; means for modifying the distribution of the particles in each box of the intermediate representation delivering, a set of treated boxes;

de moyens de filtrage de particules des boites traitées en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l, délivrant une représentation suivante au pas de temps T+l.means for filtering particles from the treated boxes as a function of at least one datum representative of a real observation at time step T + l, delivering a following representation at time step T + l.

Selon une implémentation préférée, les différentes étapes des procédés selon l'invention sont mises en œuvre par un ou plusieurs logiciels ou programmes d'ordinateur, comprenant des instructions logicielles destinées à être exécutées par un processeur de données selon l'invention et étant conçu pour commander l'exécution des différentes étapes des procédés.According to a preferred implementation, the different steps of the methods according to the invention are implemented by one or more software or computer programs, comprising software instructions intended to be executed by a data processor according to the invention and being designed to order the execution of the different process steps.

En conséquence, l'invention vise aussi un programme, susceptible d'être exécuté par un ordinateur ou par un processeur de données, ce programme comportant des instructions pour commander l'exécution des étapes d'un procédé tel que mentionné ci-dessus.Consequently, the invention also relates to a program, capable of being executed by a computer or by a data processor, this program comprising instructions for controlling the execution of the steps of a method as mentioned above.

Ce programme peut utiliser n'importe quel langage de programmation, et être sous la forme de code source, code objet, ou de code intermédiaire entre code source et code objet, tel que dans une forme partiellement compilée, ou dans n'importe quelle autre forme souhaitable.This program can use any programming language, and be in the form of source code, object code, or intermediate code between source code and object code, such as in a partially compiled form, or in any other desirable form.

L'invention vise aussi un support d'informations lisible par un processeur de données, et comportant des instructions d'un programme tel que mentionné ci-dessus.The invention also relates to an information medium readable by a data processor, and comprising instructions of a program as mentioned above.

Le support d'informations peut être n'importe quelle entité ou dispositif capable de stocker le programme. Par exemple, le support peut comporter un moyen de stockage, tel qu'une ROM, par exemple un CD ROM ou une ROM de circuit microélectronique, ou encore un moyen d'enregistrement magnétique, par exemple une disquette (floppy dise) ou un disque dur.The information medium can be any entity or device capable of storing the program. For example, the support may include a storage means, such as a ROM, for example a CD ROM or a microelectronic circuit ROM, or else a magnetic recording means, for example a floppy disk or a disc. hard.

D'autre part, le support d'informations peut être un support transmissible tel qu'un signal électrique ou optique, qui peut être acheminé via un câble électrique ou optique, par radio ou par d'autres moyens. Le programme selon l'invention peut être en particulier téléchargé sur un réseau de type Internet.On the other hand, the information medium can be a transmissible medium such as an electrical or optical signal, which can be routed via an electrical or optical cable, by radio or by other means. The program according to the invention can in particular be downloaded from a network of the Internet type.

Alternativement, le support d'informations peut être un circuit intégré dans lequel le programme est incorporé, le circuit étant adapté pour exécuter ou pour être utilisé dans l'exécution du procédé en question.Alternatively, the information medium can be an integrated circuit in which the program is incorporated, the circuit being adapted to execute or to be used in the execution of the process in question.

Selon un mode de réalisation, l'invention est mise en œuvre au moyen de composants logiciels et/ou matériels. Dans cette optique, le terme module peut correspondre dans ce document aussi bien à un composant logiciel, qu'à un composant matériel ou à un ensemble de composants matériels et logiciels.According to one embodiment, the invention is implemented by means of software and / or hardware components. In this perspective, the term module can correspond in this document as well to a software component, as to a hardware component or to a set of hardware and software components.

Un composant logiciel correspond à un ou plusieurs programmes d'ordinateur, un ou plusieurs sous-programmes d'un programme, ou de manière plus générale à tout élément d'un programme ou d'un logiciel apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Un tel composant logiciel est exécuté par un processeur de données d'une entité physique (terminal, serveur, passerelle, routeur, etc.) et est susceptible d'accéder aux ressources matérielles de cette entité physique (mémoires, supports d'enregistrement, bus de communication, cartes électroniques d'entrées/sorties, interfaces utilisateur, etc.).A software component corresponds to one or more computer programs, one or more subroutines of a program, or more generally to any element of a program or software capable of implementing a function or a set of functions, as described below for the module concerned. Such a software component is executed by a data processor of a physical entity (terminal, server, gateway, router, etc.) and is capable of accessing the hardware resources of this physical entity (memories, recording media, bus communication, electronic input / output cards, user interfaces, etc.).

De la même manière, un composant matériel correspond à tout élément d'un ensemble matériel (ou hardware) apte à mettre en œuvre une fonction ou un ensemble de fonctions, selon ce qui est décrit ci-dessous pour le module concerné. Il peut s'agir d'un composant matériel programmable ou avec processeur intégré pour l'exécution de logiciel, par exemple un circuit intégré, une carte à puce, une carte à mémoire, une carte électronique pour l'exécution d'un micrologiciel (firmware), etc.In the same way, a hardware component corresponds to any element of a hardware (or hardware) set capable of implementing a function or a set of functions, according to what is described below for the module concerned. It can be a programmable hardware component or with an integrated processor for the execution of software, for example an integrated circuit, a smart card, a memory card, an electronic card for the execution of firmware ( firmware), etc.

Chaque composante du système précédemment décrit met bien entendu en œuvre ses propres modules logiciels.Each component of the system described above naturally implements its own software modules.

Les différents modes de réalisation mentionnés ci-dessus sont combinables entre eux pour la mise en œuvre de l'invention.The various embodiments mentioned above can be combined with one another for implementing the invention.

4. DESSINS4. DRAWINGS

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel, donné à titre de simple exemple illustratif et non limitatif, et des dessins annexés, parmi lesquels :Other characteristics and advantages of the invention will appear more clearly on reading the following description of a preferred embodiment, given by way of simple illustrative and nonlimiting example, and of the appended drawings, among which:

la figure 1 présente une vue générale du traitement de particules selon la présente technique ;FIG. 1 presents a general view of the treatment of particles according to the present technique;

la figure 2 décrit une itération de la phase de mise à jour de la représentation ;FIG. 2 describes an iteration of the phase of updating the representation;

la figure 3 décrit sommairement l'architecture d'un dispositif d'initialisation et de mise à jour de représentation selon la présente technique.FIG. 3 briefly describes the architecture of a representation initialization and updating device according to the present technique.

5. DESCRIPTION5. DESCRIPTION

5.1. Rappels du principe5.1. Reminders of the principle

Le principe général de la technique décrite consiste à réaliser une construction d'une représentation d'un milieu atmosphérique (turbulent ou laminaire) comme étant le résultat d'une représentation de particules indépendantes qui sont distribuées dans ce milieu et dont on représente les positions et les vitesses successives. Un objet étant de représenter le plus clairement possible l'évolution de ces particules (position, vitesse, etc.) au cours du temps, dans un volume de représentation donné. Dans le cadre de la présente, comme cela a été précisé précédemment, on considère que le milieu, comme par exemple le milieu atmosphérique, est découpé en un ensemble d'unités volumiques, appelées boites. En effet, du fait de la géométrie de mesure des instruments in-situ ou de télédétection, le domaine de reconstruction est borné et l'extérieur n'est pas représenté. Ainsi, le domaine est découpé en sous-domaines, appelés boites, tel que chaque boite ne contient qu'un seul point d'observation. Chaque boite dispose alors de caractéristiques physiques propres qui sont pilotées par l'observation qui s'y rapporte.The general principle of the described technique consists in constructing a representation of an atmospheric medium (turbulent or laminar) as being the result of a representation of independent particles which are distributed in this medium and whose positions and successive speeds. An object being to represent as clearly as possible the evolution of these particles (position, speed, etc.) over time, in a given volume of representation. In the context of the present, as has been specified above, it is considered that the medium, such as for example the atmospheric medium, is divided into a set of volume units, called boxes. Indeed, due to the measurement geometry of the in-situ or remote sensing instruments, the reconstruction domain is limited and the exterior is not represented. Thus, the domain is divided into sub-domains, called boxes, such that each box contains only one observation point. Each box then has its own physical characteristics which are controlled by the related observation.

Par ailleurs, la représentation du milieu est créée et mise à jour en fonction d'un modèle de comportement. On représente l'atmosphère dans les conditions du modèle : modèle turbulent entraine une représentation turbulent. À l'inverse, une représentation non turbulente (laminaire) est réalisée à partir d'un modèle laminaire.In addition, the representation of the environment is created and updated according to a behavior model. We represent the atmosphere under the conditions of the model: turbulent model leads to a turbulent representation. Conversely, a non-turbulent (laminar) representation is made from a laminar model.

En relation avec la figure 1, la méthode de construction de représentation comprend, de manière générale : une phase d'obtention et de traitement (05) de données (RAW) brutes en provenance de l'appareil de mesure (MEAS) (LIDAR Doppler comme par exemple le WindCube™ de LEOSPHERE ou le DIABREZZA™ de Mitsubishi Electric), phase qui délivre des données normalisées (DAT) ; une phase d'initialisation (10), au cours de laquelle des paramètres de représentations sont sélectionnés et/ou calculés, notamment en utilisant les données normalisées (DAT) et d'autres données de paramétrage (PAR) et dans laquelle notamment une initialisation de la représentation est effectuée, délivrant donc une représentation initiale (REPO) ; une succession de phases de mise à jour (20) de la représentation (REPO, REPI,... REPN) (le nombre de phases de mise à jour de la représentation dépend essentiellement de la fréquence d'obtention des données issues de l'appareil de mesure et du temps durant lequel les mesures ont été effectuées) : cette succession de phases de mises à jour représente l'évolution du volume atmosphérique considéré dans le temps, chaque phase de mise à jour correspondant au passage d'un pas de temps T à un pas de temps T+l. Les représentations successives peuvent être sauvegardées ou seulement être utilisées pour en extraire des données d'intérêt particulier.In relation to FIG. 1, the representation construction method generally comprises: a phase for obtaining and processing (05) raw data (RAW) coming from the measuring device (MEAS) (LIDAR Doppler such as, for example, the WindCube ™ from LEOSPHERE or the DIABREZZA ™ from Mitsubishi Electric), a phase which delivers standardized data (DAT); an initialization phase (10), during which representation parameters are selected and / or calculated, in particular using the normalized data (DAT) and other configuration data (PAR) and in which in particular an initialization of the representation is made, thus delivering an initial representation (REPO); a succession of update phases (20) of the representation (REPO, REPI, ... REPN) (the number of update phases of the representation essentially depends on the frequency of obtaining data from the measuring device and the time during which the measurements were made): this succession of update phases represents the evolution of the atmospheric volume considered over time, each update phase corresponding to the passage of a time step T at a time step T + l. Successive representations can be saved or only used to extract data of particular interest.

Ainsi, comme explicité précédemment, une phase de mise à jour (20) de la représentation effectue une modification de la représentation entre deux pas de temps successifs. Plus particulièrement, chaque phase de mise à jour de la représentation consiste en un ensemble d'étapes dont l'objectif est de modifier la représentation du milieu pour qu'elle soit représentative de l'évolution de celui-ci entre le pas de temps T et le pas de temps T+l.Thus, as explained above, an update phase (20) of the representation performs a modification of the representation between two successive time steps. More particularly, each phase of updating the representation consists of a set of steps whose objective is to modify the representation of the medium so that it is representative of the evolution of the latter between the time step T and the time step T + l.

Plus particulièrement, en relation avec la figure 2, une phase de mise à jour d'une représentation, d'un pas de temps T à un pas de temps T+l comprend les étapes suivantes :More particularly, in relation to FIG. 2, a phase for updating a representation, from a time step T to a time step T + 1 comprises the following steps:

une étape de prédiction (21), à partir de la représentation courante (REPT) de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+l, délivrant une représentation intermédiaire (REPiT+1 )au pas de temps T+l ; une étape de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1 ) délivrant, un ensemble de boites traitées (ehn.^Bhiv,);a prediction step (21), from the current representation (REP T ) of velocities and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step along T + l, delivering an intermediate representation (REPi T + 1 ) at time step T + l; a modification step (22) of the distribution of the particles in each box of the intermediate representation (REPi T + 1 ) delivering, a set of treated boxes (ehn. ^ Bhiv,);

une étape de filtrage (23) de particules des boites traitées (ΒΗ^.,.,ΒΙίμ) en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l, délivrant une représentation suivante (REPT+1) au pas de temps T+l.a filtering step (23) of particles from the treated boxes (ΒΗ ^.,., ΒΙίμ) as a function of at least one datum representative of a real observation at time step T + l, delivering a following representation (REP T +1 ) at time step T + l.

Les méthodes mises en œuvre dans ce système de reconstruction, et plus particulièrement pour cette phase de mise à jour, sont liées à la représentation du milieu continu, et turbulent par des particules ponctuelles.The methods implemented in this reconstruction system, and more particularly for this updating phase, are linked to the representation of the continuous medium, and turbulent by point particles.

Quand l'évolution du système est modélisée (représentée), les particules interagissent entre elles, mais ne sont pas liées au domaine mesuré. Ainsi, pour représenter convenablement le domaine de reconstruction par les particules, des règles de gestion particulières ont été définies : ces règles permettent notamment de gérer les particules sortantes, les régions du domaine qui sont en déficit de particules (ce qui nuit à la représentation) et les régions qui sont, au contraire, surreprésentées.When the evolution of the system is modeled (represented), the particles interact with each other, but are not linked to the domain measured. Thus, to properly represent the domain of reconstruction by particles, specific management rules have been defined: these rules allow in particular to manage outgoing particles, regions of the domain which are in deficit of particles (which harms the representation) and regions which are, on the contrary, over-represented.

D'une manière générale, les méthodes proposées reposent sur des redistributions aléatoires minimisant l'écart à une distribution idéale des particules : c'est plus particulièrement le cas de l'étape de modification. Lorsqu'une particule est replacée aléatoirement dans une boite, on utilise toujours la même règle, qui consiste à tirer selon une loi uniforme la position du replacement et donner à la particule replacée une vitesse caractéristique de la boite où elle est replacée.In general, the proposed methods are based on random redistributions minimizing the difference to an ideal distribution of particles: this is more particularly the case of the modification step. When a particle is replaced randomly in a box, we always use the same rule, which consists in drawing according to a uniform law the position of the replacement and giving the replaced particle a speed characteristic of the box where it is replaced.

Dans un premier temps les particules sortantes sont remisées dans le domaine. Pour ce faire, la boite de remise est tirée aléatoirement selon une règle qui favorise les boites dont la densité s'écarte de la distribution idéale. Puis on replace dans la boite cette particule sortante selon la règle prescrite ci-dessus.Initially the outgoing particles are stored in the domain. To do this, the delivery box is drawn randomly according to a rule which favors boxes whose density deviates from the ideal distribution. Then replace this outgoing particle in the box according to the rule prescribed above.

Puis, lorsqu'une boite est trop en déficit par rapport à une distribution idéale (des particules dans cette boite) on prélève une particule dans le système en choisissant d'abord une boite (ce choix favorise un prélèvement dans les boites trop pleines), puis en prélevant dans la boite une particule avec un choix uniforme. Le replacement dans la boite cible suit la règle présentée plus haut. L'opération est réitérée tant que des boites sont en manque de représentation (c'est-à-dire tant que la quantité de particules dans cette boite s'écarte d'une quantité « idéale » de particules, en fonction d'une densité cible, idéale pour une boite donnée). La quantité idéale se rapporte à la distribution des particules en fonction de la modélisation du milieu, et est explicité ci-après, en lien avec un mode de réalisation particulier.Then, when a box is too much in deficit compared to an ideal distribution (particles in this box) we take a particle in the system by first choosing a box (this choice favors a sample in the too full boxes), then by taking a particle from the box with a uniform choice. The replacement in the target box follows the rule presented above. The operation is repeated as long as boxes are lacking in representation (that is to say as long as the quantity of particles in this box deviates from an “ideal” quantity of particles, according to a density target, ideal for a given box). The ideal quantity relates to the distribution of the particles as a function of the modeling of the medium, and is explained below, in connection with a particular embodiment.

Pour finir, on réalise un traitement sur les boites qui contiennent un excédent de particules par rapport à la distribution idéale. Des particules sont prélevées dans ces boites excédentaires de la même manière que précédemment, puis les particules sont replacées aléatoirement dans l'une des boites de destination. Le choix de la boite favorise celles qui sont les moins remplies. Les particules sont alors positionnées aléatoirement à l'intérieur de cette boite.Finally, we carry out a treatment on the boxes which contain an excess of particles compared to the ideal distribution. Particles are taken from these excess boxes in the same way as above, then the particles are replaced randomly in one of the destination boxes. The choice of the box favors those which are the least filled. The particles are then randomly positioned inside this box.

Dans un mode de réalisation général, la distribution des particules dans les boites suit une loi de distribution prédéterminée : la loi de distribution détermine le choix de la représentation soit lagrangienne, soit eulérienne. Dans un mode de réalisation spécifique, tel que celui présenté ci-après, une loi de distribution uniforme des particules est préférée : cette loi est utilisée à l'initialisation du système. Cette loi de distribution est ensuite mise à jour au cours du temps en fonction de ce que l'on a appris du milieu : c'est-à-dire en fonction des observations successives.In a general embodiment, the distribution of the particles in the boxes follows a predetermined distribution law: the distribution law determines the choice of either Lagrangian or Eulerian representation. In a specific embodiment, such as that presented below, a law of uniform distribution of the particles is preferred: this law is used at the initialization of the system. This distribution law is then updated over time according to what we have learned from the environment: that is to say according to successive observations.

Dans la suite, donc, on présente un mode de réalisation particulier du principe général qui vient d'être présenté précédemment.In the following, therefore, we present a particular embodiment of the general principle which has just been presented previously.

5.2. Description d'un mode de réalisation5.2. Description of an embodiment

Dans ce mode de réalisation, on détaille les différentes étapes mises en œuvre pour construire une représentation tridimensionnelle. Dans ce mode de réalisation, la représentation repose sur l'utilisation de particules stochastiques lagrangiennes disséminées dans le domaine de reconstruction. Pour fonctionner correctement, le système de reconstruction utilise plusieurs éléments :In this embodiment, we detail the different steps implemented to build a three-dimensional representation. In this embodiment, the representation is based on the use of Lagrangian stochastic particles scattered in the reconstruction domain. To function properly, the reconstruction system uses several elements:

un modèle turbulent Lagrangien stochastique;a turbulent stochastic Lagrangian model;

un filtrage des particules relativement à l'observation pour obtenir la meilleure représentation ;particle filtering relative to the observation to obtain the best representation;

une méthode pour garder sa qualité à la représentation du milieu par des particules évoluant librement selon le modèle Lagrangien.a method to keep its quality in the representation of the medium by particles evolving freely according to the Lagrangian model.

Dans ce mode de réalisation, la méthode de construction de la représentation est décrite pour un traitement a posteriori. Il est cependant possible de réaliser une reconstruction en ligne, en temps réel. Dans ce cas, les étapes de prétraitement des données brutes notamment sont modifiées pour correspondre à l'arrivée séquentielle des données.In this embodiment, the method of constructing the representation is described for a posteriori processing. It is however possible to carry out a reconstruction online, in real time. In this case, the steps for preprocessing the raw data in particular are modified to correspond to the sequential arrival of the data.

5.2.1. Phase de prétraitement, de traitement des pas de temps et de mise en forme des données brutes5.2.1. Preprocessing phase, processing of time steps and shaping of raw data

Cette phase a pour objectif de normaliser les données qui sont utilisées pour construire les représentations. Cette phase, optionnelle, ne concerne que le traitement à postériori : elle permet de de « peigner » les données, c'est-à-dire de combler les données manquantes. Il existe aussi une phase équivalente pour le traitement des données en temps réel. Ce traitement est légèrement différent du traitement à postériori dans l'enchainement des actions: dans le cas d'un traitement à postériori, dès que l'on repère des données manquantes, on passe directement à la prochaine observation et dans le cas temps réel, on constate l'absence de données et on attend jusqu'à la prochaine observation.The objective of this phase is to normalize the data that is used to build the representations. This optional phase only concerns ex-post processing: it makes it possible to “comb” the data, that is to say, to fill in the missing data. There is also an equivalent phase for data processing in real time. This processing is slightly different from the a posteriori processing in the sequence of actions: in the case of a posteriori processing, as soon as we locate missing data, we go directly to the next observation and in the real time case, there is an absence of data and we wait until the next observation.

ίοίο

Quoi qu'il en soit, dans le cas temps différé (a posteriori), cette phase comprend les étapes suivantes :Anyway, in the case of deferred time (a posteriori), this phase includes the following stages:

05a- Lecture du fichier temps05a- Reading the time file

Cette étape prend en entrée un fichier comprenant des temps de mesure et fournie en sortie un vecteur brut des temps d'observation et des éléments statistiques sur les temps de mesures. Plus particulièrement, cette étape comprend une lecture du fichier de temps, calcule des données statistiques sur les pas de temps, et détermine le pas de temps nominal. Elle comprend également une étape de détermination du pas de temps maximal pour la détection des temps manquants (cf étape 05f).This step takes as input a file comprising measurement times and outputs a raw vector of the observation times and statistical elements on the measurement times. More particularly, this step comprises a reading of the time file, calculates statistical data on the time steps, and determines the nominal time step. It also includes a step of determining the maximum time step for detecting missing times (see step 05f).

05b- Création vecteur temps05b- Time vector creation

Cette étape détermine le Vecteur complet des temps d'observation, avec indexation des temps absents en fonction du vecteur brut des temps d'observation précédemment calculé. Plus particulièrement, elle effectue une création du vecteur des temps à partir des temps présents et en complétant les temps manquants avec les pas de temps nominaux. Cette étape délivre également un fichier des temps d'observation correspondant aux temps des différentes données observées.This step determines the complete vector of the observation times, with indexing of the absent times as a function of the raw vector of the observation times previously calculated. More particularly, it performs a creation of the time vector from the present times and by completing the missing times with the nominal time steps. This step also delivers a file of observation times corresponding to the times of the different data observed.

05c- Lecture du fichier de vents radiaux05c- Reading of the radial winds file

Cette étape délivre une matrice brute des vents radiaux en fonction d'un fichier contenant les mesures des vents radiaux, issu de l'appareil de mesure (Lidar Doppler comme par exemple le WindCube™ de LEOSPHERE ou le DIABREZZA™ de Mitsubishi Electric).This stage delivers a raw matrix of the radial winds according to a file containing the measurements of the radial winds, resulting from the measuring device (Lidar Doppler like for example the WindCube ™ of LEOSPHERE or the DIABREZZA ™ of Mitsubishi Electric).

Un exemple de fichier de mesure pour un Lidar 5 faisceaux est le suivant :An example of a measurement file for a 5-beam Lidar is as follows:

Horodatage Timestamp Tir Shoot T T 40m 40m 60 m 60 m 80 m 80 m 100m 100m CNR(dB) CNR (dB) Vitesse Radiale (m/s) Radial speed (m / s) CNR(dB) CNR (dB) Vitesse Radiale (m/s) Radial speed (m / s) CNR(dB) CNR (dB) Vitesse Radiale (m/s) Radial speed (m / s) CNR(dB) CNR (dB) Vitesse Radiale (m/s) Radial speed (m / s) 1900/01/01 00:00:00.00 1900/01/01 00: 00: 00.00 O O 14.0 14.0 -2.34 -2.34 -0.29 -0.29 -0.30 -0.30 -0.54 -0.54 0.80 0.80 -0.56 -0.56 0.94 0.94 -0.62 -0.62 1900/01/01 00:00:01.00 1900/01/01 00: 00: 01.00 Z Z 14.0 14.0 -2.28 -2.28 -0.80 -0.80 -0.53 -0.53 -1.09 -1.09 1.31 1.31 -0.63 -0.63 1.65 1.65 -0.56 -0.56 1900/01/01 00:00:02.00 1900/01/01 00: 00: 02.00 N NOT 14.0 14.0 -2.66 -2.66 -6.21 -6.21 -0.37 -0.37 -6.85 -6.85 1.24 1.24 -6.93 -6.93 1.45 1.45 -7.10 -7.10 1900/01/01 00:00:03.00 1900/01/01 00: 00: 03.00 E E 14.0 14.0 -2.79 -2.79 2.29 2.29 -1.22 -1.22 2.27 2.27 0.11 0.11 1.56 1.56 0.37 0.37 1.44 1.44 1900/01/01 00:00:04.00 1900/01/01 00: 00: 04.00 S S 14.0 14.0 -2.59 -2.59 5.10 5.10 0.05 0.05 6.74 6.74 1.31 1.31 6.84 6.84 1.42 1.42 6.86 6.86

05d- Traitement des données absentes05d- Processing of missing data

Cette étape délivre une matrice des vents radiaux corrigée, en fonction de la matrice brute des vents radiaux précédemment obtenue et des vecteurs complets des temps avec indexation des temps absents. Plus particulièrement, on appelle données absentes, un temps où il n'y a pas d'observations sur l'intégralité du domaine. Les données manquantes sont donc partielles. Les temps manquants du vecteur temps donnent des vents absents, donc des NaN (de l'anglais « Not a Number »), sur tout le domaine observé pour ces temps (cela signifie qu'il n'y a pas d'observation pour le pas de temps considéré).This step delivers a corrected radial wind matrix, as a function of the raw radial wind matrix previously obtained and of the complete time vectors with indexing of the absent times. More particularly, we call absent data, a time when there are no observations on the entire domain. The missing data are therefore partial. The missing times of the time vector give absent winds, therefore NaN (from the English “Not a Number”), over the entire domain observed for these times (this means that there is no observation for the no time considered).

05e- Traitement des données aberrantes05e- Processing of outliers

Cette étape a pour objectif de supprimer les données aberrantes, c'est-à-dire les données, qui compte tenu des mesures effectuées sont supérieures ou inférieures aux données possibles. Elle prend en entrée la matrice des vents radiaux précédemment obtenue et remplace les valeurs aberrantes, celles qui dépassent un seuil prédéterminé, par une absence de valeur (NaN).The objective of this step is to delete the outliers, that is to say the data, which, taking into account the measurements made, are greater or less than the possible data. It takes as input the matrix of radial winds previously obtained and replaces the outliers, those which exceed a predetermined threshold, by an absence of value (NaN).

À l'issue de cette étape, on dispose donc d'une matrice de vents radiaux, possédant des données manquantes (NaN) pour certains pas de temps considérés. Il est donc nécessaire de prendre en compte ces données manquantes pour la suite de traitement, et notamment pour la construction de la représentation.At the end of this stage, one thus has a matrix of radial winds, having missing data (NaN) for certain time steps considered. It is therefore necessary to take these missing data into account for further processing, and in particular for the construction of the representation.

05f- Recherche restart05f- Search restart

C'est l'objectif de cette étape. Il est nécessaire de définir des pas de temps (des moments) où la construction doit repartir de 0 plutôt que de se poursuivre. En effet, lorsque les données manquantes s'étalent sur une période temporelle trop importante, l'évolution numérique de la représentation (i.e. sans observation) peut s'écarter de manière trop importante de l'évolution réelle (i.e. s'il y avait eu des observations). Il est donc préférable de définir des temps de redémarrage (« restart »). C'est le rôle de cette étape. Elle prend en entrée la matrice des vents radiaux et des seuils prédéfinis (définissant des options de poursuite de traitement ou de redémarrage) et elle délivre une matrice des vents radiaux de traitement (la matrice qui est utilisée par la suite). À titre indicatif, lorsque les données sont absentes durant une période avoisinant sept fois le pas de temps nominal, un redémarrage est mis en œuvre. Lorsque la période d'absence est plus réduite (2 à 3 fois le temps nominal) le traitement de construction de poursuivra, en omettant toutefois l'étape de filtrage sur la base des données réelles.This is the objective of this step. It is necessary to define time steps (moments) when the construction must start from 0 rather than continuing. Indeed, when the missing data spread over a too long time period, the numerical evolution of the representation (ie without observation) can deviate too significantly from the real evolution (ie if there had been observations). It is therefore preferable to define restart times. This is the role of this stage. It takes as input the matrix of radial winds and predefined thresholds (defining options for further processing or restarting) and it delivers a matrix of radial winds for processing (the matrix which is used later). As an indication, when the data are absent for a period of around seven times the nominal time step, a restart is implemented. When the absence period is more reduced (2 to 3 times the nominal time) the construction processing will continue, however omitting the filtering step based on actual data.

05g- Création de la matrice des vents radiaux observés05g- Creation of the observed radial winds matrix

Sur la base des données précédentes, et notamment sur la base de la matrice des vents radiaux, cette étape prépare une matrice complète des vents radiaux et un fichier des vents radiaux nettoyé et exploitable sur la base de cette matrice, c'est-à-dire dont les données absentes ont été comblées.On the basis of the preceding data, and in particular on the basis of the matrix of the radial winds, this step prepares a complete matrix of the radial winds and a file of the radial winds cleaned and usable on the basis of this matrix, that is to say say whose missing data have been filled.

À l'issue de cette phase de prétraitement, on dispose d'une reproduction matricielle des données issues de la captation, reproduction normalisée et temporalisée. En fonction des modes de réalisation, on peut disposer d'une unique matrice tridimensionnelle, retraçant l'évolution des mesures dans le temps, ou encore d'une pluralité de matrice, chaque matrice étant associée à un pas de temps déterminé.At the end of this preprocessing phase, there is a matrix reproduction of the data from the capture, normalized and timed reproduction. Depending on the embodiments, it is possible to have a single three-dimensional matrix, retracing the evolution of the measurements over time, or even a plurality of matrix, each matrix being associated with a determined time step.

5.2.2. Phase d'initialisation et de détermination des vents de référence5.2.2. Initialization phase and determination of reference winds

Comme explicité précédemment, cette phase permet d'initialiser le système de construction, à savoir initialiser notamment les particules dans le domaine et obtenir des premières constructions de la représentation en vue de ses mises à jour successives (c'est la représentation REP0 au pas de temps T=3). Cette phase comprend les étapes suivantes :As explained above, this phase makes it possible to initialize the construction system, namely to initialize in particular the particles in the domain and to obtain first constructions of the representation with a view to its successive updates (this is the representation REP 0 at the step time T = 3). This phase includes the following stages:

10a- Définition des paramètres globaux et géométriques10a- Definition of global and geometric parameters

Cette étape prend en entrée : Grandeurs physiques, Constantes physiques du modèle, Paramètres prédéfinis du système de reconstruction, Grandeurs géométriques du système de mesure, Grandeurs statistiques du système d'observation.This step takes as input: Physical quantities, Physical constants of the model, Predefined parameters of the reconstruction system, Geometric quantities of the measurement system, Statistical quantities of the observation system.

Elle délivre, en sortie, les variables systèmesIt outputs system variables

Le système de reconstruction utilise un certain nombre de paramétrages dépendants de la géométrie de mesures, de la physique utilisée, de l'algorithme de reconstruction/filtrage.The reconstruction system uses a certain number of parameters depending on the measurement geometry, the physics used, the reconstruction / filtering algorithm.

Note : comme explicité précédemment, le domaine est découpé en sous-domaine appelés boites, telle que dans chaque boite il existe une observation donnée par le système de mesures. Ainsi, une boite est, dans ce mode de réalisation, définie comme un volume autour d'au moins une observation.Note: as explained above, the domain is divided into sub-domains called boxes, such that in each box there is an observation given by the measurement system. Thus, a box is, in this embodiment, defined as a volume around at least one observation.

10b- Création des vents 3D10b- Creation of 3D winds

Cette étape permet d'obtenir une première estimation en trois dimensions des vents « initiaux ». Elle utilise la matrice complète des vents radiaux, obtenue lors du prétraitement et variables géométriques du système d'observation pour délivrer une matrice complète des vents 3D. Deux situations peuvent se présenter :This step provides a first three-dimensional estimate of the "initial" winds. It uses the complete matrix of radial winds, obtained during the preprocessing and geometric variables of the observation system to deliver a complete matrix of 3D winds. Two situations can arise:

pour les systèmes à visée oblique (système LIDAR Doppler ayant plusieurs visées et permettant le calcul de la composante horizontale de la vitesse du vent), il est nécessaire de déduire le vent tridimensionnel à partir des vents radiaux : pour ce faire, on projette les trois composantes de direction des vents obliques sur les 2 axes horizontaux et l'axe vertical par des formules trigonométriques de base (calculs réalisés à partir de sinus et de cosinus de l'angle d'inclinaison de la visée pour retrouver les composantes horizontale et verticale du vent) ; Les « NaN » présents sur une visée donnent des « NaN » dans les trois directions.for systems with oblique sight (LIDAR Doppler system having several sightings and allowing the calculation of the horizontal component of the wind speed), it is necessary to deduce the three-dimensional wind from the radial winds: to do this, we project the three components of direction of the oblique winds on the 2 horizontal axes and the vertical axis by basic trigonometric formulas (calculations carried out starting from sine and cosine of the angle of inclination of the aiming to find the horizontal and vertical components of the wind); The “NaN” present on a sight give “NaN” in the three directions.

pour les systèmes ne restituant le vent que dans la direction de la visée (système Lidarfor systems returning the wind only in the direction of sight (Lidar system

Doppler avec un seul rayon, par exemple vertical), cette étape n'est pas nécessaire.Doppler with only one ray, for example vertical), this step is not necessary.

10c- Déclaration des variables10c- Declaration of variables

De pure forme, cette étape permet de déclarer et d'initialiser les variables de traitement utilisées par la suite.This purely formal step allows you to declare and initialize the processing variables used later.

lOd- Traitement particulier des temps 1 et 2lOd- Special treatment of times 1 and 2

La méthode de reconstruction utilise, pour déterminer les commandes au pas de temps N, les estimées de vents des pas de temps T-l & T-2. Le modèle lagrangien de particules utilise ce que l'on appelle des commandes qui permettent de conformer l'évolution du modèle aux observations. Ces commandes sont apprises au fur et à mesure des observations traitées et des filtrages réalisés. On considère comme étant le temps T=l, le premier temps où les mesures ne sont pas absentes (mesures sans « NaN »). La boucle temporelle de mise à jour de la représentation démarre donc au 3eme pas de temps et les temps T=1 et T=2 sont traités au préalable.The reconstruction method uses, to determine the commands at time step N, the wind estimates of time steps Tl & T-2. The Lagrangian model of particles uses what are called commands which make it possible to conform the evolution of the model to observations. These commands are learned as and when the observations processed and the filtering are carried out. We consider as being the time T = l, the first time where the measurements are not absent (measurements without "NaN"). The time loop update of the representation thus starts at the 3 rd time step and the time T = 1 and T = 2 are pretreated.

En cas de restart (i.e. données manquantes sur une période de temps trop importante, voir l'étape 05f), on redémarre le processus de reconstruction à cette étape.In the event of a restart (i.e. missing data over too long a period of time, see step 05f), the reconstruction process is restarted at this step.

Une commande est une entrée qui a un rôle particulier dans le modèle et qui détermine comment le système évolue. La commande évolue elle-même dans le temps, en fonction notamment des observations, et détermine le comportement du système. Dans la présente, on dispose, par boite, d'au moins une commande. La technique de filtrage permet d'apprendre la commande d'une boite à partir des observations de cette boite. Les modèles de chaque boite ne sont pas nécessairement identiques. Ainsi, l'évolution des commandes, au fur et à mesure des filtrages réalisés par les observations, n'est pas identique pour chaque boite. De manière concrète, la commande est un nombre, qui est intégré dans le modèle lagrangien des particules et qui participe, itération après itération, à l'évolution de ce modèle. Le modèle lagrangien, en luimême, donne l'évolution de la position et de la vitesse des particules. Le modèle est donc composé d'une fonction (définissant le modèle) et de deux commandes (ou une commande u(t) composée de 2 nombres) faisant varier le modèle.An order is an entry which has a particular role in the model and which determines how the system evolves. The command itself evolves over time, depending in particular on observations, and determines the behavior of the system. In the present, at least one order is available per box. The filtering technique allows you to learn the command of a box from the observations of this box. The models of each box are not necessarily identical. Thus, the evolution of orders, as and when filtering by observations, is not identical for each box. Concretely, the command is a number, which is integrated into the Lagrangian model of particles and which participates, iteration after iteration, in the evolution of this model. The Lagrangian model, in itself, gives the evolution of the position and the speed of the particles. The model is therefore composed of a function (defining the model) and two commands (or a command u (t) composed of 2 numbers) causing the model to vary.

Plus précisément, dans ce mode de réalisation, on dispose de deux groupes de commandes par boite : un groupe de commandes est la variance locale des incréments de vitesses et l'autre est l'évolution moyenne locale des incréments de vitesses (un groupe de commandes comprend trois nombres à chaque fois car les observations sont en 3D). Le modèle donne l'évolution de la position et de la vitesse. Le modèle est une fonction et 2 commandes (ou une commande u(t) composée de deux nombres).More precisely, in this embodiment, there are two groups of commands per box: one group of commands is the local variance of the speed increments and the other is the local average evolution of the speed increments (a group of commands includes three numbers each time because the observations are in 3D). The model gives the evolution of the position and the speed. The model is a function and 2 commands (or an u (t) command made up of two numbers).

Cette étape de traitement particulier des temps 1 et 2 est divisée en trois sous-étapes :This particular processing step for times 1 and 2 is divided into three sub-steps:

10d:a - Cas des observations manquantes dans les temps 1 et 2 : Dans cette sous étape, sur la base de la matrice complète des vents 3D des temps 1 & 2, on effectue un traitement des données manquantes de ces matrices (une matrice par pas de temps). Une recherche de données manquantes dans le domaine observé (signées par des NaN) est effectuée et le remplacement de ces données manquantes est réalisé : on remplace une donnée manquante par le barycentre des valeurs régulières autour des NaN. Si les NaN se trouvent sur les extrémités du domaine, les dernières valeurs valides sont alors recopiées. 10d:b - Placements de particules dans les boites selon une loi de représentation Sur la base des matrices complètes des vents 3D des temps 1 &2 (précédemment mises à jour), on effectue une première estimation du champ eulérien de densité modélisé (c'està-dire du modèle, modèle que l'on fait ensuite évoluer en fonction des observations). Le vecteur d'état d'une particule contient la position de cette particule, sa vitesse et sa boite d'appartenance. On construit une première représentation du milieu en plaçant des particules dans le milieu pour échantillonner une loi de probabilités cible pour les positions.10d: a - Case of missing observations in times 1 and 2: In this sub-step, on the basis of the complete 3D wind matrix of times 1 & 2, we process the missing data of these matrices (one matrix per no time). A search for missing data in the observed domain (signed by NaN) is carried out and the replacement of this missing data is carried out: a missing data is replaced by the barycenter of the regular values around the NaN. If the NaNs are on the ends of the domain, the last valid values are then copied. 10d: b - Placement of particles in the boxes according to a representation law On the basis of the complete 3D wind matrices of times 1 & 2 (previously updated), we make a first estimate of the Eulerian field of modeled density (ie - to say of the model, model which one then makes evolve according to the observations). The state vector of a particle contains the position of this particle, its speed and its membership box. We build a first representation of the medium by placing particles in the medium to sample a target probability law for positions.

Lorsque la loi cible est la loi uniforme : les positions sont choisies aléatoirement en les tirant selon une loi uniforme. C'est le cas par exemple d'un traitement du WindCube V2. Ce cas simplifié fait partie du cas plus complexe dans lequel la loi n'est pas uniforme. L'objectif est alors l'uniformité et les boites sont de densités équivalentes (champ eulérien de densité uniforme).When the target law is the uniform law: the positions are chosen randomly by drawing them according to a uniform law. This is the case, for example, with a treatment of the WindCube V2. This simplified case is part of the more complex case in which the law is not uniform. The objective is then uniformity and the boxes are of equivalent densities (Eulerian field of uniform density).

Lorsque la loi cible est une autre loi de probabilités qui est invariante en temps, les positions sont échantillonnées selon cette loi.When the target law is another probability law which is time invariant, the positions are sampled according to this law.

Lorsque la loi cible est une loi de probabilités dépendante du temps, des étapes supplémentaires sont intégrées par rapport au cas stationnaire: o les positions sont initialisées par un tirage selon une séquence à faible irrégularité (« low discrepancy ») pour représenter le mieux possible l'uniformité avec peu de particules.When the target law is a time-dependent probability law, additional steps are integrated compared to the stationary case: o the positions are initialized by a draw according to a sequence with low irregularity ("low discrepancy") to represent the best possible l uniformity with few particles.

o on définit un champ eulérien de densité modélisé des particules, , pour servir de condition initiale à l'évolution de lui-même (c'est-à-dire de ce champ eulérien de densité modélisé) selon un schéma en volumes finis.o we define an Eulerian field of modeled density of particles,, to serve as an initial condition for the evolution of itself (that is to say of this Eulerian field of modeled density) according to a scheme in finite volumes.

Pour les temps T=1 & T=2, une fois les positions des particules fixées, leur boite d'appartenance est déterminée, la vitesse de chaque particule est choisie en ajoutant un bruit (ici choix Gaussien pour une dispersion centrée) à son observation de référence. Pour une particule donnée, l'observation de référence est l'observation de la boite à laquelle la particule appartient.For times T = 1 & T = 2, once the positions of the particles are fixed, their membership box is determined, the speed of each particle is chosen by adding noise (here Gaussian choice for centered dispersion) to its observation reference. For a given particle, the reference observation is the observation of the box to which the particle belongs.

10d:c - Estimations temps 2: cette sous étape a pour objet la détermination des commandes du modèle Lagrangien Stochastique au temps 3 à partir des particules aux temps 1 &2.10d: c - Time 2 estimates: the purpose of this sub-step is to determine the commands of the Lagrangian Stochastic model at time 3 from the particles at times 1 & 2.

Le modèle lagrangien stochastique contient deux termes qui contrôlent le modèle et déterminent l'évolution des particules. Ces deux commandes sont des termes moyens de grandes échelles (par rapport aux particules). Dans le cas d'un modèle piloté par des observations, ces commandes sont apprises en utilisant les particules qui ont été filtrées par les observations. II y a un jeu de commandes par boite. Pour les temps T=1 & T=2, les particules ne sont pas filtrées, les vitesses des particules telles quelles sont utilisées pour estimer ces commandes qui servent à démarrer la boucle temporelle au temps T=3.The Lagrangian stochastic model contains two terms that control the model and determine the evolution of particles. These two commands are medium terms of large scales (compared to particles). In the case of a model driven by observations, these commands are learned using the particles which have been filtered by the observations. There is one set of commands per box. For the times T = 1 & T = 2, the particles are not filtered, the velocities of the particles as they are used to estimate these commands which are used to start the time loop at time T = 3.

On précise qu'avec le choix fait d'une dispersion Gaussienne autour des observations, l'une des commandes correspond à l'incrément des vitesses observées dans chaque boite et l'autre dépend de la variance de la Gaussienne choisie. Mais l'étape présentée ici calcule les commandes sur les particules sans considérer le choix Gaussien préalable.It is specified that with the choice made of a Gaussian dispersion around the observations, one of the commands corresponds to the increment of the speeds observed in each box and the other depends on the variance of the Gaussian chosen. But the step presented here calculates the commands on the particles without considering the previous Gaussian choice.

À l'issue de la phase d'initialisation, on dispose donc d'un modèle et d'une représentation que l'on va pouvoir faire évoluer grâce aux données des pas de temps suivants (les matrices des vents radiaux successifs aux temps T=3,..., T, T+l, T=N). C'est cette évolution de la construction de la représentation qui est décrite par la suite, dans la phase de mise à jour.At the end of the initialization phase, we therefore have a model and a representation that we will be able to develop thanks to the data of the following time steps (the matrices of successive radial winds at times T = 3, ..., T, T + 1, T = N). It is this evolution of the construction of the representation which is described below, in the update phase.

5.2.3. Boucle temporelle de mise à jour des représentations5.2.3. Time loop for updating representations

La boucle temporelle traite de manière séquentielle les particules tant que des observations (des matrices d'observation) sont disponibles. Ce traitement comprend trois étapes, présentées précédemment. Ces étapes sont ici détaillées pour ce mode de réalisation de la technique proposée. La première étape est une évolution des particules en vitesse et position selon les commandes apprises lors des mises à jour précédentes.The time loop processes the particles sequentially as long as observations (observation matrices) are available. This treatment comprises three stages, presented previously. These steps are detailed here for this embodiment of the proposed technique. The first step is an evolution of the particles in speed and position according to the commands learned during the previous updates.

La seconde étape porte sur la gestion de la représentation du milieu par les particules. En premier, les particules sorties du domaine de reconstruction sont replacées à l'intérieur. En second, les positions des particules sont traitées pour correspondre à une loi de représentation spatiale cible (définie au moins en partie par le champ eulérien de densité modélisé).The second step concerns the management of the representation of the medium by the particles. First, the particles out of the reconstruction domain are replaced inside. Second, the positions of the particles are treated to correspond to a target spatial representation law (defined at least in part by the Eulerian field of modeled density).

La dernière étape filtre les particules selon leur pertinence par rapport à leur observation de référence. De là sont sorties les différentes estimations.The last step filters the particles according to their relevance to their reference observation. From there came the different estimates.

Le pas de temps courant est noté T, et l'évolution prédit l'état du système au pas de temps T+l.The current time step is noted T, and the evolution predicts the state of the system at the time step T + l.

Les trois étapes sont présentées ci-après, selon la numérotation utilisée en figure 2.The three steps are presented below, according to the numbering used in Figure 2.

5.2.3.1. Prédiction des vitesses et positions des particules (étape 21)5.2.3.1. Particle velocity and position prediction (step 21)

La prédiction des vitesses et positions utilise un modèle Lagrangien de comportement des éléments fluides. Pour les conditions turbulentes, un modèle spécifique est utilisé. Ce modèle peut traiter la turbulence en 1D, 2D ou 3D avec des couplages sur la verticale pour tenir compte des termes de flottabilité (poussée d'Archimède) ou de gradients verticaux. Pour des conditions d'écoulements laminaires ou pour des conditions de turbulence stables, d'autres modèles adaptés peuvent être utilisés.The prediction of speeds and positions uses a Lagrangian model of behavior of fluid elements. For turbulent conditions, a specific model is used. This model can deal with turbulence in 1D, 2D or 3D with vertical couplings to take into account the buoyancy terms (Archimedes thrust) or vertical gradients. For laminar flow conditions or for stable turbulence conditions, other suitable models can be used.

L'étape 21 de prédiction des positions et des vitesses des particules au temps T+l comprend elle-même quatre sous étapes.Step 21 of predicting the positions and velocities of the particles at time T + 1 itself comprises four sub-steps.

21:a -sous étape de traitement des données manquantes21: under processing of missing data

À partir des observations (matrice(s) des observations), on détermine si des données sont manquantes. Lorsque des données d'observations sont manquantes, il faut les « remplacer » par des données de « simulation ». Cette sous étape délivre, pour le modèle lagrangien, des commandes ou des flags NaN lorsque les données sont manquantes.From the observations (observation matrix (s)), it is determined whether data are missing. When observation data is missing, it must be “replaced” by “simulation” data. This sub-step delivers, for the Lagrangian model, NaN commands or flags when the data is missing.

Le modèle Lagrangien utilise des commandes qui sont apprises sur les incréments moyens filtrés par l'observation des pas de temps T, T-l. Quand l'observation T+l est manquante, on utilise les dernières commandes apprises par filtrage.The Lagrangian model uses commands which are learned on the average increments filtered by the observation of time steps T, T-l. When the observation T + 1 is missing, the last commands learned by filtering are used.

21:b-sous une étape de définition du pas de temps variables21: b-under a step of definition of the variable time step

Cette sous-étape a pour objectif la détermination du pas de temps courant à partir du vecteur de temps. On définit le pas de temps local pour le modèle d'évolution, c'est l'écart entre les temps enregistrés pour l'observation au pas de temps courant et précédent.The purpose of this sub-step is to determine the current time step from the time vector. We define the local time step for the evolution model, it is the difference between the times recorded for the observation at the current and previous time step.

21:c-sous étape de détermination des évolutions des vitesses21: c-sub-step for determining speed changes

À partir de la Matrice des vitesses filtrées du pas de temps précédent (i.e. de l'itération précédente), on définit une Matrice des vitesses au pas de temps suivant. L'évolution des vitesses des particules est donnée par le modèle Lagrangien. L'évolution d'une particule tient compte de la position et de la vitesse des autres particules avec des opérateurs de moyennes spatiales qui maintiennent une cohérence de grande échelle dans le mouvement des particules. Cette étape prédit les vitesses au pas de temps T+l.From the Matrix of the speeds filtered from the previous time step (i.e. from the previous iteration), we define a Matrix of the speeds at the next time step. The evolution of particle velocities is given by the Lagrangian model. The evolution of a particle takes into account the position and the speed of the other particles with operators of spatial averages which maintain a coherence of large scale in the movement of the particles. This step predicts the speeds at time step T + l.

21:d-sous étape de détermination des évolutions des positions21: d-sub step for determining changes in positions

À partir de la matrice des positions du pas de temps précédent, on définit une Matrice des positions prédites. L'évolution des positions des particules est l'expression de l'intégration des vitesses, avec un terme d'erreur car nous utilisons un schéma d'Euler décentré le plus simple. Ce terme d'erreur est un bruit Gaussien centré d'une variance déterminée au préalable. Cette étape prédit les positions au pas de temps T+l.From the matrix of the positions of the preceding time step, one defines a Matrix of the predicted positions. The evolution of the positions of the particles is the expression of the integration of the velocities, with an error term because we use a simplest decentered Euler scheme. This error term is a Gaussian noise centered with a variance determined beforehand. This step predicts the positions at time step T + l.

5.2.3.2. Évolution du champ eulérien de densité (étape 21-0)5.2.3.2. Evolution of the density eulerian field (step 21-0)

Cette étape a pour objet la détermination du Champ eulérien de densité au pas de temps courant. Pour ce faire, on se base sur le Champ eulérien de densité au pas de temps précédent.The purpose of this step is to determine the density Eulerian field at the current time step. To do this, we base ourselves on the Eulerian field of density at the previous time step.

Le champ eulérien de densité évolue selon une équation de transport classique avec un schéma numérique en volumes finis avec conditions libres aux bords. On utilise un maillage calqué sur les boites définies pour la reconstruction. Le champ de vent eulérien au pas de temps T servant au schéma d'advection est alors calculé par moyenne sur les vitesses des particules pour tous les points de grilles au pas de temps T qui a été créé et filtré. On dispose après cette étape d'évolution du champ eulérien de densité au pas de temps T+l.The density Eulerian field evolves according to a classical transport equation with a numerical scheme in finite volumes with free conditions at the edges. We use a mesh modeled on the boxes defined for the reconstruction. The Eulerian wind field at time step T used for the advection scheme is then calculated by average over the particle velocities for all grid points at time step T which has been created and filtered. After this evolution step, we have the density eulerian field at time step T + l.

Dans le cas d'un champ stationnaire, cette étape est omise, c'est pourquoi cette étape est désignée comme étant optionnelle.In the case of a stationary field, this step is omitted, this is why this step is designated as being optional.

5.2.3.3. Modification de la répartition : conditionnement au domaine et représentation par particules du fluide (étape 22)5.2.3.3. Modification of the distribution: conditioning in the domain and representation by particles of the fluid (step 22)

Cette étape constitue le cœur de la technique de construction. Il s'agit de gérer la représentation du fluide par les particules dans tout le domaine sans laisser des manques dans la représentation et sans détruire les structures apprises par le système (issue des itérations précédentes). Cette étape traite des positions des particules. Après celle-ci, l'étape de sélection va traiter les vitesses des particules. Si les vitesses des particules sont contrôlées par filtrage, les positions de ces particules ne sont pas filtrées et on doit donc traiter ces positions de manière appropriée. Cette étape se scinde en deux sous étapes principales qui sont : le traitement des particules qui sont sorties du domaine après leur évolution a priori ; et le traitement des particules au sein de chaque boite pour que la représentation conserve sa cohérence spatiale par rapport à une évolution de référence (le modèle).This stage constitutes the heart of the construction technique. It is a question of managing the representation of the fluid by the particles in all the field without leaving gaps in the representation and without destroying the structures learned by the system (resulting from the preceding iterations). This step deals with the positions of the particles. After this, the selection step will process the particle velocities. If the particle velocities are controlled by filtering, the positions of these particles are not filtered and therefore these positions must be treated appropriately. This stage is divided into two main sub-stages which are: the treatment of particles which have left the domain after their a priori evolution; and the treatment of the particles within each box so that the representation retains its spatial coherence with respect to a reference evolution (the model).

En premier lieu, pour ces traitements, on utilise un champ eulérien de densité des particules qu'il faut calculer pour chaque boite.First, for these treatments, we use an Eulerian field of particle density that must be calculated for each box.

22:a - Calcul du champ eulérien de densité des particules lagrangiennes22: a - Calculation of the Eulerian field of density of Lagrangian particles

Les positions des particules lagrangiennes prédites au pas de temps T+l sont utilisées pour calculer dans chaque boite la densité des particules lagrangiennes. On obtient alors un champ eulérien des densités de particules lagrangiennes au temps T+l. Ce champ eulérien des densités de particules (issu des particules, elles même issues de l'évolution des observations) est comparé au champ eulérien de densité modélisé (étape 10d:b dans laquelle on a défini le modèle pour les temps 1 & 2) (remarque 3) pour décider des redistributions de particules lagrangiennes. Les particules qui sont sorties du domaine de reconstruction après l'étape de reconstruction ne contribuent pas à l'estimation de ce champ eulérien des densités de particules.The positions of the Lagrangian particles predicted at the time step T + l are used to calculate in each box the density of the Lagrangian particles. We then obtain an Eulerian field of the densities of Lagrangian particles at time T + l. This Eulerian field of particle densities (derived from particles, themselves derived from the evolution of observations) is compared to the Eulerian field of modeled density (step 10d: b in which we defined the model for times 1 & 2) ( note 3) to decide on redistributions of Lagrangian particles. The particles which left the reconstruction domain after the reconstruction step do not contribute to the estimation of this Eulerian field of particle densities.

22:b - Redistribution des particules sortantes22: b - Redistribution of outgoing particles

Après l'étape de prédiction des positions des particules lagrangiennes, certaines ont pu sortir du domaine d'intérêt. Ces particules sortantes ne participent plus à la reconstruction et doivent être repositionnées à l'intérieur de la représentation. On cherche à remplir les boites qui sont en déficit de particules après l'étape de prédiction. Ceci arrive quand plus de particules en sont sorties que rentrées. Cette étape met en œuvre un tirage aléatoire selon un poids calculé, d'une boite de réaffectation d'une particule sortante. Puis dans la boite sélectionnée, une particule est replacée. On itère ce processus autant de fois qu'il y a de particules à remiser. La fonction de poids (pour le tirage au hasard de la boite de réaffectation) est relative à l'écart entre la densité eulérienne de particules lagrangiennes et la représentation cible qui est calculée par le champ eulérien de densité modélisé. On range les particules sortantes dans une matrice temporaire (X°, V°).After the step of predicting the positions of the Lagrangian particles, some were able to leave the area of interest. These outgoing particles no longer participate in the reconstruction and must be repositioned inside the representation. We try to fill the boxes that are in deficit of particles after the prediction step. This happens when more particles have come out than come in. This step implements a random draw, based on a calculated weight, from a box for reassigning an outgoing particle. Then in the selected box, a particle is replaced. This process is iterated as many times as there are particles to store. The weight function (for the random draw of the reassignment box) is relative to the difference between the eulerian density of Lagrangian particles and the target representation which is calculated by the eulerian field of modeled density. The outgoing particles are stored in a temporary matrix (X °, V °).

On détaille ci-après les différentes étapes de la redistribution des particules sortantes. 22:b-l Calcul du poids de chaque boite du domaineThe various stages of the redistribution of the outgoing particles are detailed below. 22: b-l Calculation of the weight of each box in the domain

Dans cette étape, on cherche à déterminer les boites de réaffectation des particules sortantes. Plus particulièrement, on cherche à déterminer une fonction qui permet de déterminer une sorte de privilège de réaffectation, bien que la réaffectation en elle-même soit faite au hasard. Pour obtenir cet ensemble de poids, on utilise le champ eulérien de densité des particules lagrangiennes (projection sur la grille), et le champ eulérien de densité modélisé et on obtient un champ eulérien du poids des boites (c'est-à-dire un ensemble de poids des boites).In this step, we seek to determine the boxes for reassigning outgoing particles. More particularly, we seek to determine a function which makes it possible to determine a kind of privilege of reassignment, although the reassignment in itself is done at random. To obtain this set of weights, we use the Eulerian field of density of the Lagrangian particles (projection on the grid), and the Eulerian field of density modeled and we obtain an Eulerian field of the weight of the boxes (i.e. a set of box weights).

On définit une fonction de poids telle que : plus la densité lagrangienne (champ eulérien de densité des particules lagrangiennes) d'une boite s'écarte par défaut de la densité cible eulérienne (champ eulérien de densité modélisé), plus son poids est grand. Pour calculer les poids de chaque boite,W(x,y), on définit une fonction de potentiel Gw(x,y), le poids étant déduit a postériori par normalisation. La fonction de potentiel Gw calcule la distance entre les deux champs eulériens d'entrée (distance entre le champ de densité eulérien des particules lagrangiennes et le champ de densité de densité modélisé) pour la normaliser entre 0 et 1.We define a weight function such that: the more the Lagrangian density (Eulerian field of density of Lagrangian particles) of a box deviates by default from the target Eulerian density (Eulerian field of modeled density), the greater its weight. To calculate the weights of each box, W (x, y), we define a potential function G w (x, y), the weight being deducted a posteriori by normalization. The potential function G w calculates the distance between the two input Eulerian fields (distance between the Eulerian density field of Lagrangian particles and the density density field modeled) to normalize it between 0 and 1.

Ainsi, pour une boite de coordonnées (x,y) si l'on note pL(x,y) la densité lagrangienne (du champ eulérien de densité des particules lagrangiennes), pE(x,y) la densité eulérienne (du champ eulérien de densité modélisé), il est possible de donner à la fonction de potentiel plusieurs expressions empiriques. Il est par exemple faisable de choisir comme fonction Gw(x,y) = max(l — pE(xy)> θ) ou βίθη Gw(x,y) = max(tan(l — θ) ou d'autres. Cette fonction de potentiel doit être décroissante et bornée.Thus, for a box of coordinates (x, y) if we note p L (x, y) the Lagrangian density (of the Eulerian field of density of Lagrangian particles), p E (x, y) the Eulerian density (of Eulerian field of modeled density), it is possible to give the potential function several empirical expressions. It is for example feasible to choose as function G w (x, y) = max (l - p E (xy)> θ) or βίθ η G w (x, y) = max (tan (l - θ) or d Others This potential function must be decreasing and limited.

L'ensemble des poids des boites s'expriment par un champ eulérien W(x,y) =All the weights of the boxes are expressed by a Eulerian field W (x, y) =

Gw(x.y) , . , , ...G w (xy),. ,, ...

r ——·—— du poids des boites. r —— · —— of the weight of the boxes.

; GW(x,y) dx dy H ; GW (x, y) dx dy H

22:b-2 Tirage aléatoire selon les poids calculés d'une boite de réaffectation22: b-2 Random draw according to the calculated weights of a reassignment box

L'étape suivante consiste à obtenir, aléatoirement, une boite de réaffectation en fonction du champ eulérien W du poids des boites (ensemble des poids W) afin d'obtenir une matrice des coordonnées NR des boites de réaffectation.The next step consists in obtaining, randomly, a reassignment box as a function of the Eulerian field W of the weight of the boxes (set of weights W) in order to obtain a matrix of the coordinates N R of the reassignment boxes.

L'ensemble des poids W(x,y) permettent de tirer aléatoirement, et relativement au poids de chaque boite, les boites de réaffectation. C'est un tirage aléatoire de variables aléatoires discrètes (les coordonnées de réaffectation) selon les probabilités W(x,y). Les coordonnées de réaffectation NR(x, y) sont rangées dans une matrice. Donc pour chaque particule sortante, on sélectionne une boite de réaffectation. La densité lagrangienne pL(x,y) est alors mise à jour.The set of weights W (x, y) allows the reassignment boxes to be drawn randomly, and relative to the weight of each box. It is a random drawing of discrete random variables (the reallocation coordinates) according to the probabilities W (x, y). The reallocation coordinates N R (x, y) are stored in a matrix. So for each outgoing particle, we select a reassignment box. The Lagrangian density p L (x, y) is then updated.

22:b-3 Remise des particules dans une boite22: b-3 Put the particles back in a box

En utilisant la matrice des coordonnées NR des boites de réaffectation, on réattribue les particules sortantes et on obtient, une matrice temporaire (X°,V°), comprenant toutes les particules qui ont été réaffectées. Pour chaque boite de réaffectation NR(x, y), on tire à l'intérieur de cette boite une position, de manière uniforme ou quasi-uniforme, qui sera la nouvelle position X°. Pour le choix de la vitesse de cette particule, il existe plusieurs possibilités. Une dispersion autour de la valeur moyenne prédite de la boite est une possibilité. La dispersion peut être Gaussienne ou suivre la fonction pseudo aléatoire locale, par exemple en tirant au hasard la fluctuation de la vitesse prédite d'une particule se trouvant à proximité.Using the matrix of coordinates N R of the reassignment boxes, the outgoing particles are reassigned and a temporary matrix (X °, V °) is obtained, comprising all the particles which have been reassigned. For each reassignment box N R (x, y), a position is drawn inside this box, in a uniform or almost uniform manner, which will be the new position X °. There are several possibilities for choosing the speed of this particle. A dispersion around the predicted average value of the box is a possibility. The dispersion can be Gaussian or follow the local pseudo-random function, for example by randomly drawing the fluctuation in the predicted speed of a nearby particle.

Quoi qu'il en soit, les particules sortantes sont ainsi replacées dans le domaine en privilégiant les régions peu représentées.Be that as it may, the outgoing particles are thus replaced in the domain by favoring regions that are poorly represented.

22:c - Gestion des particules selon une loi de représentation22: c - Management of particles according to a representation law

L'étape suivante consiste à déterminer si les boites sont correctement remplies avec les particules. Cette étape permet de s'assurer que le nombre de particules dans les boites est relativement homogène au regard d'une loi de représentation des particules dans les boites : il faut remplir, selon cette loi, les boites qui sont trop peu remplies et au contraire éliminer les boites trop remplies. Chaque boite est remplie en fonction des commandes associées à cette boite. Ainsi, la loi de représentation peut être commune à toutes les boites tandis que des commandes individualisées peuvent être appliquées à chacune des boites, modifiant le résultat fourni par la loi de représentation.The next step is to determine if the boxes are properly filled with the particles. This step makes it possible to ensure that the number of particles in the boxes is relatively homogeneous with regard to a law of representation of the particles in the boxes: it is necessary to fill, according to this law, the boxes which are too little filled and on the contrary eliminate overfilled boxes. Each box is filled according to the orders associated with this box. Thus, the representation law can be common to all the boxes while individualized commands can be applied to each of the boxes, modifying the result provided by the representation law.

Après avoir remisé les particules sortantes, il est nécessaire de traiter la représentation du domaine pour avoir de l'information suffisante et donc des particules en nombre suffisant partout dans le domaine, sans détruire les structures qui peuvent apparaitre et sans changer le nombre de particules.After having stored the outgoing particles, it is necessary to process the representation of the domain to have sufficient information and therefore particles in sufficient number everywhere in the domain, without destroying the structures which may appear and without changing the number of particles.

Pour se faire, on dispose de pE(x,y) la densité eulérienne (du champ eulérien de densité modélisé) qui est la cible ; et pL(x,y) la densité lagrangienne (du champ eulérien de densité des particules lagrangiennes) que l'on doit modifier pour avoir la représentation la plus pertinente.To do this, we have p E (x, y) the Eulerian density (of the modeled density Eulerian field) which is the target; and p L (x, y) the Lagrangian density (of the Eulerian field of density of Lagrangian particles) which must be modified to have the most relevant representation.

Notons que cette étape est placée avant l'étape de sélection qui va filtrer les vitesses qui auront été mal choisies par les ré-échantillonnages et parfaire la représentation.Note that this step is placed before the selection step which will filter the speeds which will have been badly chosen by the resampling and perfect the representation.

On détaille ci-après les différentes étapes de la redistribution des particules sortantes.The various stages of the redistribution of the outgoing particles are detailed below.

22:c-l Remplissage des boites trop peu remplies22: c-l Filling of the too little filled boxes

Comme précédemment on utilise le champ eulérien de densité des particules lagrangiennes, et le champ eulérien de densité modélisé pour fournir une nouvelle matrice des particules lagrangiennes et un nouveau du champ eulérien de densité des particules lagrangiennes.As before, we use the Eulerian field of density of Lagrangian particles, and the Eulerian field of density modeled to provide a new matrix of Lagrangian particles and a new one of the Eulerian field of density of Lagrangian particles.

Il faut d'abord détecter les boites en sous-représentation puis les remplir pour atteindre la cible. Le critère de sous-représentation est relatif à la cible et non pas à un critère absolu. Il faut permettre au système de représentation de garder des boites peu denses si c'est le cas dans la cible. Plusieurs méthodes de détection existent pour donner le seuil de détection. La détection peut avoir lieu si pL(x,y) est inférieure à une fraction de pE(x,y) tout en assurant que pE(x,y) n'est pas trop petite. La méthode retenue dans le présent mode de réalisation est la conjonction des évènements pL(x, y) < SeuilLag et pE(x, y) > SeuilEul. Le nombre de particules à ajouter est alors NAut(x,y) = KPartlcules(pE(x,y) — pL(x,y)). La procédure de remise est identique à celle de l'étape 22:b-3 que l'on itère autant de fois que nécessaire (tant qu'il y a des boites trop peu remplies).It is first necessary to detect the boxes under-representation then fill them to reach the target. The under-representation criterion relates to the target and not to an absolute criterion. It is necessary to allow the representation system to keep sparse boxes if this is the case in the target. Several detection methods exist to give the detection threshold. Detection can take place if p L (x, y) is less than a fraction of p E (x, y) while ensuring that p E (x, y) is not too small. The method used in this embodiment is the conjunction of the events p L (x, y) < Lag threshold and p E (x, y)> Eul threshold . The number of particles to be added is then N A i ° ut (x, y) = K Particles (p E (x, y) - p L (x, y)). The delivery procedure is identical to that of step 22: b-3 which is iterated as many times as necessary (as long as there are too few boxes filled).

Lors de cette opération, de nouvelles particules sont créées. Le champ eulérien de densité des particules lagrangienne pL(x,y) est alors mise à jour (on obtient ainsi un du champ eulérien de densité des particules lagrangiennes).During this operation, new particles are created. The Eulerian field of density of Lagrangian particles p L (x, y) is then updated (one thus obtains one of the Eulerian field of density of Lagrangian particles).

22:c-2 Élimination du trop-plein de particules22: c-2 Elimination of particle overflow

Comme précédemment on utilise le champ eulérien de densité des particules lagrangiennes (précédemment mis à jour), et le champ eulérien de densité modélisé pour fournir une nouvelle matrice des particules lagrangiennes et un champ eulérien de densité des particules lagrangiennes.As before, we use the Eulerian field of density of Lagrangian particles (previously updated), and the Eulerian field of density modeled to provide a new matrix of Lagrangian particles and an Eulerian field of density of Lagrangian particles.

Le remplissage pour éviter les zones sous-représentées crée de nouvelles particules lagrangiennes. Il faut maintenant en prélever pour rester avec un nombre global constant. Le nombre à prélever est fourni par l'étape précédent : NPreievement = NAut(x,y).Filling to avoid underrepresented areas creates new Lagrangian particles. We must now take some to stay with a constant global number. The number to be taken is provided by the previous step: N Pre i event = N A i ° ut (x, y).

Pour ce faire, on procède comme aux étapes 22:b-l et 22:b-2, en définissant une fonction de potentiel, puis en choisissant des boites de prélèvements. Ensuite dans chaque boite sélectionnée, la ou les particules sont prélevées. Le vecteur des boites de prélèvements a pour longueur NPreievement ej- des numéros de boites peuvent se répéter.To do this, we proceed as in steps 22: b1 and 22: b-2, by defining a potential function, then by choosing sampling boxes. Then in each selected box, the particle or particles are removed. The vector of the sample boxes has the length N Pre ievement e j- box numbers can be repeated.

La fonction de potentiel est différente de celle utilisée à l'étape 14:b-l. Il s'agit de privilégier les boites les plus lourdes pour les prélèvements. De nouveau plusieurs fonctions empiriques sont possibles. Par exemple Gw(x,y) = atan peut être utilisée.The potential function is different from that used in step 14: bl. It is a matter of favoring the heavier boxes for direct debits. Again several empirical functions are possible. For example G w (x, y) = atan can be used.

Le choix de la boite de prélèvement est identique à l'étape 14:b-2, par un tirage aléatoire selon les poids W(x,y). On crée alors un vecteur de boites de prélèvement BPrelevement.The choice of the sampling box is identical to step 14: b-2, by a random drawing according to the weights W (x, y). A vector of sample collection boxes B is then created .

Le vecteur BPrelevement est parcouru et dans chaque boite sélectionnée (avec les redondances) une particule est prélevée. Le choix de la particule prélevée se fait de manière aléatoire. Ce tirage peut répondre à plusieurs lois. On peut prélever selon la loi uniforme. Cela peut être aussi selon la complémentaire de la vraisemblance de la particule. La fonction de vraisemblance, qui est un potentiel, est définie dans la section suivante.The vector B Sampling is traversed and in each selected box (with redundancies) a particle is taken. The choice of the sampled particle is done randomly. This draw can meet several laws. We can collect according to the uniform law. This can also be according to the complement of the likelihood of the particle. The likelihood function, which is a potential, is defined in the next section.

Les prélèvements terminés, le champ eulérien de densité des particules lagrangiennes pL(x,y) est mis à jour.Once the samples are finished, the Eulerian field of density of Lagrangian particles p L (x, y) is updated.

À l'issue de cette étape on dispose donc d'une nouvelle représentation, mise à jour afin de stabiliser le nombre de particules représentée dans les différentes boites. Bien entendu, ce qui précède n'est qu'un mode de réalisation indicatif de manière dont cette étape de modification peut être mise en œuvre. Il est tout à fait envisageable, par exemple, de réaliser l'élimination du trop-plein en même temps que le remplissage des boites trop peu remplies, l'un servant de réservoir pour l'autre, puis de réaffecter les particules sortantes dans les boites à nouveau trop peu remplies. Le point central de cette étape étant de conserver un nombre de particules lagrangiennes identique tout en conservant, pour chaque boite, une densité de particules issues des itérations précédentes (densité provenant du champ eulérien de densité modélisé).At the end of this stage, we therefore have a new representation, updated to stabilize the number of particles represented in the different boxes. Of course, the above is only an indicative embodiment of how this modification step can be implemented. It is entirely conceivable, for example, to carry out the elimination of the overflow at the same time as the filling of the too little filled boxes, one serving as a reservoir for the other, then to reassign the outgoing particles in the boxes again too little filled. The central point of this step is to keep the same number of Lagrangian particles while keeping, for each box, a density of particles from previous iterations (density from the Eulerian field of modeled density).

5.2.3.4. Filtrage des particules homogénéisées : sélection selon l'observation (étape 23)5.2.3.4. Filtering of homogenized particles: selection according to observation (step 23)

Les deux étapes précédentes de prédiction et de conditionnement/représentation/modification du domaine forment la partie évolution-a-priori du procédé de construction. Ces étapes nous permettent de proposer un état global, le système reconstruit, constitué de possibles, les particules.The two previous stages of prediction and conditioning / representation / modification of the domain form the evolution-a priori part of the construction process. These stages allow us to propose a global state, the reconstructed system, made up of possibilities, the particles.

L'étape de sélection permet de filtrer ces états possibles pour ne retenir que ceux qui sont vraisemblables par rapport à l'observation qui est faite du système reconstruit. Après filtrage le système reconstruit constitue le meilleur état accessible de l'atmosphère, a posteriori, eu égard à l'observation qui en est faite, la représentation du fluide qui a été mise en place et de la modélisation lagrangienne qui a été choisie.The selection stage makes it possible to filter these possible states so as to retain only those which are likely with respect to the observation which is made of the reconstructed system. After filtering the reconstructed system constitutes the best accessible state of the atmosphere, a posteriori, having regard to the observation which is made of it, the representation of the fluid which has been set up and the Lagrangian modeling which has been chosen.

Le filtrage consiste en une sélection des particules dans chaque boite en utilisant l'observation de la boite. Cette sélection est de type génétique et utilise la définition d'une fonction de potentiel GY(x,y) pour chaque boite (x,y). Comme on cherche à estimer la probabilité a posteriori étant donnée la probabilité a priori (mise en œuvre d'un filtrage nonlinéaire), la fonction de potentiel GY(x, y) est donnée par la probabilité de vraisemblance de la règle de Bayes. Le type de sélection génétique définit une classe d'algorithme, classe dans laquelle, pour le cas de l'invention, on conserve les particules que l'on considère « adaptées » et on supprime les particules « non adaptées ».Filtering consists of a selection of particles in each box using observation of the box. This selection is of genetic type and uses the definition of a potential function G Y (x, y) for each box (x, y). As we seek to estimate the posterior probability given the a priori probability (implementation of a nonlinear filtering), the potential function G Y (x, y) is given by the probability of likelihood of the Bayes rule. The type of genetic selection defines an algorithm class, a class in which, for the case of the invention, the particles which are considered "suitable" are kept and the particles "not adapted" are deleted.

Pour réaliser cette opération, dans ce mode de réalisation, on met en œuvre les quatre étapes suivantes :To carry out this operation, in this embodiment, the following four steps are implemented:

23:a - Calcul du potentiel des particules23: a - Calculation of the particle potential

Dans un premier temps, on réalise un calcul du potentiel des particules. On utilise pour ce faire la Matrice des particules lagrangiennes et le Champ des observations. On délivre, en sortie, un Vecteur de potentiel GY des particules lagrangiennes.First, a calculation is made of the potential of the particles. To do this, we use the Lagrangian Particle Matrix and the Field of observations. At the output, a vector of potential G Y of the Lagrangian particles is delivered.

Une fonction de potentiel GY,b est déduite d'une équation d'observation (le lien entre un état et son observation) ou plus précisément de la fonction de densité de probabilité du bruit d'observation. L'équation d'observation qui peut avoir la forme : Yt = H(v{*eel) + B°bs où V/eel est le vent réel que l'on cherche à estimer, H est une fonction appelée fonction de transfert qui permet de passer de la grandeur physique à la grandeur observée et B°bs est le bruit d'observation c'est-à-dire la perturbation aléatoire du système de mesure, et l'on suppose connaître par avance la loi de distribution de probabilités de ce bruit d'observation. La fonction de potentiel G ’ est alors déduite de l'équation d'observation.A potential function G Y, b is deduced from an observation equation (the link between a state and its observation) or more precisely from the probability density function of the observation noise. The observation equation which can have the form: Y t = H (v {* eel ) + B ° bs where V / eel is the real wind that we are trying to estimate, H is a function called transfer function which makes it possible to pass from the physical quantity to the quantity observed and B ° bs is the noise of observation that is to say the random disturbance of the measurement system, and it is supposed to know in advance the distribution law of probabilities of this observation noise. The potential function G 'is then deduced from the observation equation.

Pour chaque particule le potentiel relatif à l'observation locale courante Yt b+1 est calculé, où b = (x,y) est la position de la boite à laquelle la particule appartient. Ce potentiel GY,b(Xt+i ,Vt+i) mesure pour chaque particule (Xt+i,Vt+1) une vraisemblance de la particule relativement à sa vitesse Vt+1 indépendamment de sa position X[+1 dans la boite b.For each particle the potential relative to the current local observation Y t b +1 is calculated, where b = (x, y) is the position of the box to which the particle belongs. This potential G Y, b (Xt + i, V t ' + i) measures for each particle (Xt + i, V t ' +1 ) a likelihood of the particle relative to its speed V t ' +1 regardless of its position X [ +1 in box b.

23:b - Traitement des potentiels tous nuis dans une boite23: b - Treatment of all harmful potentials in a box

Il est possible que toutes les particules d'une boite soient sans cohérence relativement à l'observation. Par exemple si le modèle de vent a donné des vitesses incohérentes à toutes les particules d'une boite. La somme des potentiels est calculée pour chaque boite. Quand une boite a des potentiels tous nuis (la fonction potentiel est toujours positive ou nulle), alors la somme est nulle et la vitesse des particules est réinitialisée avec une dispersion Gaussienne autour de l'observation locale courante Les positions restent inchangées. Le potentiel de ces particules est alors mis à jour comme à l'étape précédente 23:a.It is possible that all the particles in a box are inconsistent with respect to the observation. For example if the wind model gave inconsistent speeds to all the particles in a box. The sum of the potentials is calculated for each box. When a box has all harmful potentials (the potential function is always positive or zero), then the sum is zero and the speed of the particles is reset with a Gaussian dispersion around the current local observation The positions remain unchanged. The potential of these particles is then updated as in the previous step 23: a.

23:c - Traitement des observations manquantes23: c - Treatment of missing observations

Il faut à nouveau traiter le cas des observations manquantes. À partir du champ des observations, on définit un vecteur de drapeaux (flags) d'observations manquantesWe must again deal with the case of missing observations. From the field of observations, we define a vector of flags with missing observations

En cas d'observations manquantes (isolées), il n'y a pas de sélection et donc pas d'étape 23:d. Un vecteur de drapeaux (booléen) est créé. Le vecteur de drapeaux est aussi utilisé à l'étape d'estimation 24:c.In case of missing (isolated) observations, there is no selection and therefore no step 23: d. A flag vector (boolean) is created. The flag vector is also used in the estimation step 24: c.

23:d - Sélection génétique selon les vitesses23: d - Genetic selection according to speeds

À partir du vecteur de potentiel Gyet de la Matrice des particules lagrangiennes, on met à jour la Matrice des particules lagrangiennes pour produire une nouvelle représentation basée sur l'observation.From the potential vector G y and the Matrix of Lagrangian particles, we update the Matrix of Lagrangian particles to produce a new representation based on observation.

Le vecteur de potentiel des particules relatif aux observations GY permet de faire une sélection génétique qui réalise le conditionnement des vitesses des particules aux observations. La sélection génétique consiste en une première étape d'acceptation/rejet. Le taux d'acceptation est donné par le potentiel. En cas d'acceptation d'une particule, la vitesse prédite est inchangée. En cas de rejet, la particule est remplacée par une autre présente dans la même boite tirée au hasard selon les potentiels. Ce tirage est identique à celui décrit en 22:b-l et 22:b-2 avec création de poids et tirage selon eux. Toutes les particules présentes dans la boite peuvent être tirées y compris celle qui a été rejetée. Au final, des particules peuvent ainsi être dupliquées (ou plus) au sein d'une boite ou disparaître.The particle potential vector relative to the observations G Y makes it possible to make a genetic selection which performs the conditioning of the velocities of the particles to the observations. Genetic selection consists of a first acceptance / rejection step. The acceptance rate is given by the potential. If a particle is accepted, the predicted speed is unchanged. In the event of rejection, the particle is replaced by another present in the same box drawn at random according to the potentials. This draw is identical to that described in 22: bl and 22: b-2 with creation of weights and draw according to them. All the particles present in the box can be removed, including that which has been rejected. In the end, particles can thus be duplicated (or more) within a box or disappear.

À la fin de cette étape de sélection génétique, toutes les particules (Xt+i,Vt+1) ont des vitesses qui ont été filtrées par l'observation (filtrage des vitesses possibles). Il est à noter que des particules avec des vitesses inadaptées auront des positions elles-aussi inadaptées et donc ont été éliminées. Le champ eulérien de densité des particules lagrangienne n'est pas affecté dans cette étape puisque les remises se font à l'intérieur de chaque boite.At the end of this genetic selection step, all the particles (Xt + i, V t ' +1 ) have velocities which have been filtered by observation (filtering of the possible velocities). It should be noted that particles with unsuitable speeds will have positions that are also unsuitable and therefore have been eliminated. The Eulerian field of density of Lagrangian particles is not affected in this step since the deliveries are made inside each box.

L'ensemble des particules filtrées (Xt+i,Vt+1) donne la meilleure connaissance du milieu aléatoire au regard des observations qui en ont été faites. Il est alors possible de calculer les estimations des quantités dynamiques du système de reconstruction.The set of filtered particles (Xt + i, V t ' +1 ) gives the best knowledge of the random environment with regard to the observations that have been made. It is then possible to calculate the estimates of the dynamic quantities of the reconstruction system.

5.2.3.5. Estimations5.2.3.5. Estimates

Dans ce mode de réalisation, on met en œuvre une dernière étape, au sein de la phase de mise à jour. Cette dernière étape (24) de la boucle temporelle permet de fournir les champs ou quantités nécessaires pour le pas de temps suivant, mais aussi pour l'estimation de quantités dynamiques comme la vitesse ou les paramètres turbulents. Toutes ces quantités peuvent également être enregistrées dans des fichiers de sorties à chaque pas de temps. Les estimations se répartissent en quatre étapes successives.In this embodiment, a final step is implemented, within the updating phase. This last step (24) of the time loop makes it possible to provide the fields or quantities necessary for the next time step, but also for the estimation of dynamic quantities such as speed or turbulent parameters. All these quantities can also be recorded in output files at each time step. The estimates are divided into four successive stages.

24:a - Calcul des nouveaux champs de densité24: a - Calculation of new density fields

Dans ce mode de réalisation, le champ eulérien de densité modélisé qui est utilisé au pas de temps suivant est simplement le champ eulérien de densité des particules lagrangiennes final.In this embodiment, the modeled density Euler field which is used in the next time step is simply the final Lagrangian particle density Euler field.

24:b - Estimations des vitesses24: b - Estimated speeds

Pour chaque boite, la moyenne des vitesses des particules filtrées est l'estimation de la vitesse du fluide dans cette boite. C'est une moyenne arithmétique simple. Cette moyenne est obtenue, par boite, à partir de la Matrice des particules lagrangiennes et on obtient une Matrice des vitesses estimées.For each box, the average speed of the filtered particles is the estimate of the speed of the fluid in this box. It is a simple arithmetic average. This average is obtained, per box, from the Matrix of Lagrangian particles and we obtain a Matrix of the estimated velocities.

24:c - Estimations des commandes du modèle24: c - Estimates of the model commands

C'est le même calcul que celui qui est fait à l'étape 10d:c. Pour chaque boite, la moyenne des incréments temporels des vitesses et la moyenne quadratique des incréments temporels sont calculés. Ce calcul utilise donc les vitesses filtrées des temps T et T+l. Les observations manquantes (Vecteur de drapeaux d'observations manquantes) permettent de ne pas prendre en compte les données manquantes. On obtient en sortie une nouvelle Matrice des commandes du modèle Lagrangien Stochastique, à utiliser à l'itération suivante.It is the same calculation as that made in step 10d: c. For each gearbox, the average of the temporal increments of the speeds and the quadratic mean of the temporal increments are calculated. This calculation therefore uses the filtered velocities of the times T and T + l. Missing observations (Vector of missing observation flags) allow missing data to be ignored. We obtain as output a new Matrix of commands from the Lagrangian Stochastic model, to be used in the following iteration.

24:d - Estimations des paramètres turbulents24: d - Estimates of turbulent parameters

Selon le paramètre calculé, les paramètres turbulents sont calculés globalement, ou par boite, à partir de la Matrice des particules lagrangiennes, puis ils sont rangés dans des matrices pour être sauvegardés dans des fichiers par la suite. Ces paramètres turbulents peuvent être dits rapides et correspondre à des moyennes spatiales instantanées. Ou bien être lents et être calculés par des moyennes temporelles sur plusieurs pas de temps. Ces paramètres estimés ne sont pas utilisés dans le système de reconstruction mais pour des usages a posteriori.According to the calculated parameter, the turbulent parameters are calculated globally, or by box, from the Matrix of Lagrangian particles, then they are stored in matrices to be saved in files thereafter. These turbulent parameters can be said to be rapid and correspond to instantaneous spatial averages. Or be slow and be calculated by time averages over several time steps. These estimated parameters are not used in the reconstruction system but for posterior uses.

5.3. Autres caractéristiques et avantages5.3. Other features and benefits

On décrit, en relation avec la figure 3, un dispositif de construction de représentations mis en œuvre pour gérer l'initialisation et la mise à jour d'une représentation d'une atmosphère en fonction d'observations réelles, selon le procédé décrit préalablement.There is described, in relation to FIG. 3, a device for constructing representations implemented to manage the initialization and the updating of a representation of an atmosphere as a function of real observations, according to the method described previously.

Par exemple, le dispositif de construction de représentations comprend une mémoire 31 comprenant par exemple une mémoire tampon, un processeur de traitement général 32, équipée par exemple d'un microprocesseur, et pilotée par un programme d'ordinateur 33, ces unités de traitement mettant en œuvre des procédés de traitement de données tels que décrits précédemment pour effectuer la mise à jour de la représentation au fur et à mesure de la prise en compte des données mesurées.For example, the representation construction device comprises a memory 31 comprising for example a buffer memory, a general processing processor 32, equipped for example with a microprocessor, and controlled by a computer program 33, these processing units putting implementing data processing methods as described above to update the representation as and when the measured data is taken into account.

À l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur 33 sont par exemple chargées dans une mémoire 31 avant d'être exécutées par le processeur de traitement 32. Le processeur de traitement 32 reçoit en entrée au moins une donnée représentative d'une requête de génération d'un écran virtuel. Le processeur de traitement 32 met en œuvre les étapes du procédé de traitement, selon les instructions du programme d'ordinateur 33 pour mettre à jour la représentation.On initialization, the code instructions of the computer program 33 are for example loaded into a memory 31 before being executed by the processing processor 32. The processing processor 32 receives as input at least one datum representative of a request to generate a virtual screen. The processing processor 32 implements the steps of the processing method, according to the instructions of the computer program 33 to update the representation.

Pour cela, le dispositif de construction de représentations comprend, outre la mémoire 31, des moyens de communications, tels que des modules de communication réseau, des moyens de transmission de donnée et des circuits de transmission de données entre les divers composants du dispositif de construction de représentations et des interface de gestion de base de données.For this, the representation construction device comprises, in addition to the memory 31, communication means, such as network communication modules, data transmission means and data transmission circuits between the various components of the construction device. representations and database management interfaces.

Les moyens précédemment décrits peuvent se présenter sous la forme d'un processeur particulier implémenté au sein d'un dispositif spécifique. Selon un mode de réalisation particulier, le dispositif construction et de mise à jour de représentations met en œuvre une application particulière qui est en charge de la réalisation des opérations précédemment décrites, cette application étant par exemple fournie par le fabricant du processeur en question afin de permettre l'utilisation dudit processeur.The means described above can take the form of a particular processor implemented within a specific device. According to a particular embodiment, the device for constructing and updating representations implements a particular application which is responsible for carrying out the operations described above, this application being for example provided by the manufacturer of the processor in question in order to allow the use of said processor.

Claims (4)

REVENDICATIONS Procédé de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère (REP1...REPn) évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines, dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine, procédé caractérisé en ce qu'il comprend au moins une itération d'une phase de mise à jour (20) d'une représentation courante (REPT) de particules évoluant au sein du volume atmosphérique, cette phase de mise à jour (20) comprenant, pour un pas de temps courant T :Method for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere (REP 1 ... REP n ) evolving within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of sub-domains, called boxes, which include a plurality of particles representing the atmosphere in this sub-domain, a method characterized in that it comprises at least one iteration of an update phase (20) of a current representation (REP T ) of particles evolving at within the atmospheric volume, this updating phase (20) comprising, for a current time step T: une étape de prédiction (21), à partir de la représentation courante (REPT), de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+l, délivrant une représentation intermédiaire (REPiT+1 )au pas de temps T+l ; une étape de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1) délivrant, un ensemble de boites traitées (Bhn.^BhM);a prediction step (21), from the current representation (REP T ), of the velocities and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step along T + l, delivering an intermediate representation (REPi T + 1 ) at time step T + l; a modification step (22) of the distribution of the particles in each box of the intermediate representation (REPi T + 1 ) delivering, a set of treated boxes (Bhn. ^ BhM); une étape de filtrage (23) de particules des boites traitées (Bhi,...,BhM) en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l, délivrant une représentation suivante (REPT+1) au pas de temps T+l.a filtering step (23) of particles from the treated boxes (Bhi, ..., Bh M ) as a function of at least one datum representative of a real observation at time step T + l, delivering a following representation (REP T + 1 ) at time step T + l. Procédé de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend, préalablement à ladite phase de mise à jour (20) :Construction method according to claim 1, characterized in that it comprises, prior to said updating phase (20): une phase d'obtention et de traitement (05) de données (RAW) brutes en provenance d'un dispositif de mesure (MEAS), phase qui délivre des données normalisées (DAT) ; une phase d'initialisation (10), au cours de laquelle des paramètres de représentations sont sélectionnés et/ou calculés, notamment en utilisant les données normalisées (DAT) et d'autres données de paramétrage (PAR) et dans laquelle une initialisation de la représentation est effectuée, délivrant une représentation initiale (REP0).a phase of obtaining and processing (05) raw data (RAW) coming from a measurement device (MEAS), phase which delivers standardized data (DAT); an initialization phase (10), during which representation parameters are selected and / or calculated, in particular using the normalized data (DAT) and other configuration data (PAR) and in which an initialization of the representation is performed, delivering an initial representation (REP 0 ). Procédé de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1) comprend :Construction method according to claim 1, characterized in that the modification step (22) of the distribution of the particles in each box of the intermediate representation (REPi T + 1 ) comprises: une étape d'obtention, pour au moins une boite, à partir des vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, d'au moins une donnée représentative d'une densité de particules, nommée champ de densité des particules lagrangiennes ; à partir des vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, une étape de redistribution de particules sortantes, dans au moins une boite, en fonction du champ de densité des particules lagrangiennes et d'un champ de densité modélisé ; une étape de gestion, au sein de chaque boite, des particules précédemment redistribuées, selon au moins une loi de représentation de particules associée auxdites boites.a step of obtaining, for at least one box, from the speeds and positions of the particles of the boxes previously predicted, at least one datum representative of a density of particles, called the density field of the Lagrangian particles; from the speeds and positions of the particles in the previously predicted boxes, a step of redistribution of outgoing particles, in at least one box, as a function of the density field of the Lagrangian particles and of a density field modeled; a step of management, within each box, of the particles previously redistributed, according to at least one law of representation of particles associated with said boxes. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape d'obtention du champ de densité des particules lagrangiennes comprend une étape de calcul, pour chaque boite, d'une densité de particules au pas de temps T+l en fonction de vitesses et de positions des particules des boites préalablement prédites, délivrant ledit nommé champ de densité des particules lagrangiennes.Method according to claim 3, characterized in that the step of obtaining the density field of the Lagrangian particles comprises a step of calculating, for each box, a density of particles at the time step T + l as a function of speeds and of positions of the particles of the previously predicted boxes, delivering said so-called density field of Lagrangian particles. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de redistribution de particules sortantes comprend, en fonction du champ de densité des particules lagrangiennes et du champ de densité modélisé :Method according to claim 3, characterized in that the step of redistribution of outgoing particles comprises, as a function of the density field of the Lagrangian particles and of the density field modeled: une étape de calcul, pour chaque boite, d'un poids, délivrant un ensemble de poids des boites, chaque poids étant le résultat d'une différence entre une densité de référence issue du champs de densité modélisé et d'une densité correspondante dans le champ de densité des particules lagrangiennes ;a step of calculating, for each box, a weight, delivering a set of box weights, each weight being the result of a difference between a reference density from the density field modeled and a corresponding density in the density field of Lagrangian particles; une étape de redistribution aléatoire, de particules sortantes, en fonction dudit ensemble de poids des boites, délivrant une matrice de réaffectation de particules sortantes ; une étape d'affectation aléatoire, au sein des boites, de chaque particule sortante en fonction de la matrice de réaffectation de particules sortantes.a step of random redistribution of outgoing particles, as a function of said set of weights of the boxes, delivering a reallocation matrix of outgoing particles; a step of random assignment, within the boxes, of each outgoing particle as a function of the outgoing particle reallocation matrix. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'étape de gestion des particules précédemment redistribuées comprend :Method according to claim 3, characterized in that the step of managing the previously redistributed particles comprises: une étape de remplissage des boites dont la densité est inférieure à une densité de référence fournie par le champ eulérien de densité modélisé, entraînant la création de nouvelles particules ;a step of filling the boxes whose density is less than a reference density provided by the Eulerian field of modeled density, causing the creation of new particles; une étape de prélèvement de particules, au sein de boites dont la densité de particule excède une valeur déterminée à partir du champ eulérien de densité modélisé, délivrant ledit ensemble de boites traitées ;a step of sampling of particles, within boxes whose particle density exceeds a value determined from the Eulerian field of density modeled, delivering said set of treated boxes; Procédé de construction selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape de filtrage (23) de particules des boites traitées (Bh1,...,BhM) en fonction d'au moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l comprend :Construction method according to claim 1, characterized in that the step of filtering (23) particles from the treated boxes (Bh 1 , ..., Bh M ) as a function of at least one datum representative of an actual observation at time step T + l includes: une étape de calcul, pour chaque particule de chaque boite, d'un potentiel corrélé à au moins une observation courante au pas de temps T+l ;a step of calculating, for each particle of each box, a potential correlated with at least one current observation at time step T + l; lorsqu'une boite ne comprend que des potentiels nuis pour l'ensemble de ses particules, une étape de réinitialisation des vitesses des particules en fonction d'une observation courante au pas de temps T+l de ladite boite ; et une étape de sélection, pour chaque particule de chaque boite, en fonction du potentiel de chaque particule et de ladite au moins une observation courante au pas de temps T+l, délivrant une représentation mise à jour au pas de temps T+l.when a box comprises only harmful potentials for all of its particles, a step of resetting the speeds of the particles as a function of a current observation at time step T + 1 of said box; and a selection step, for each particle of each box, as a function of the potential of each particle and of said at least one current observation at time step T + l, delivering an updated representation at time step T + l. Dispositif de construction d'une représentation tridimensionnelle d'une atmosphère (REP1...REPN) évoluant au sein d'un domaine atmosphérique prédéterminé, le domaine atmosphérique prédéterminé étant divisé en un ensemble de sous-domaines, dénommés boites, lesquelles comprennent une pluralité de particules représentant l'atmosphère dans ce sous-domaine, dispositif caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de mise à jour (20) d'une représentation courante (REPT) de particules évoluant au sein du volume atmosphérique, pour un pas de temps courant T, ces moyens de mise à jour (20) comprenant : de moyens de prédiction (21), à partir de la représentation courante (REPT) de vitesses et de positions des particules de chaque boite du volume atmosphérique à un pas de temps suivant T+l, délivrant une représentation intermédiaire (REPiT+1 ) au pas de temps T+l ;Device for constructing a three-dimensional representation of an atmosphere (REP 1 ... REP N ) evolving within a predetermined atmospheric domain, the predetermined atmospheric domain being divided into a set of sub-domains, called boxes, which include a plurality of particles representing the atmosphere in this sub-domain, a device characterized in that it comprises means for updating (20) a current representation (REP T ) of particles evolving within the atmospheric volume, for a current time step T, these updating means (20) comprising: predicting means (21), from the current representation (REP T ) of velocities and positions of the particles of each box of the atmospheric volume at a time step along T + l, delivering an intermediate representation (REPi T + 1 ) at time step T + l; de moyens de modification (22) de la répartition des particules dans chaque boite de la représentation intermédiaire (REPiT+1) délivrant, un ensemble de boites traitées (Bhn.^BhM);means for modifying (22) the distribution of the particles in each box of the intermediate representation (REPi T + 1 ) delivering, a set of treated boxes (Bhn. ^ BhM); de moyens de filtrage (23) de particules des boites traitées (Bh^.^Bhivi) en fonction d'aumeans for filtering (23) particles from the treated boxes (Bh ^. ^ Bhivi) as a function of 5 moins une donnée représentative d'une observation réelle au pas de temps T+l, délivrant une représentation suivante (REPT+1) au pas de temps T+l.5 minus a datum representative of a real observation at time step T + l, delivering a following representation (REP T + 1 ) at time step T + l. 9. Produit programme d'ordinateur téléchargeable depuis un réseau de communication et/ou stocké sur un support lisible par ordinateur et/ou exécutable par un9. Product computer program downloadable from a communication network and / or stored on a medium readable by computer and / or executable by a 10 microprocesseur, caractérisé en ce qu'il comprend des instructions de code de programme pour l'exécution d'un procédé de construction selon la revendication 1, au sein d'un dispositif, lorsqu'il est exécuté sur un processeur.10 microprocessor, characterized in that it comprises program code instructions for the execution of a construction method according to claim 1, within a device, when executed on a processor. MEASMEAS 1/21/2
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