Graphes de connaissances pour représenter et explorer l'évolution des territoires – GEvoK

Le projet est composé de cinq lots (WP) complémentaires. Le WP0 est dédié à l’organisation du projet et à la valorisation des résultats (organisation de séminaires d’ouverture et de clôture, gestion du projet et coordination des actions des membres de l’équipe). Le WP1 vise la construction d’un modèle ontologique générique pour la description des évolutions des territoires et, dans une deuxième phase, la construction d’un outil logiciel dédié à l’implémentation du modèle ontologique générique, en un vocabulaire spécifique au domaine de communautés d’experts. Par exemple, le terme « expansion » d’une zone (dans le vocabulaire générique) sera spécifié par le terme « urbanisation » dans le cadre d’une étude des villes. Le WP2 est dédié à la génération de ST-KGs décrivant des trajectoires territoriales. La tâche principale de ce WP consiste à étendre à de nouveaux objets traités (points, lignes, grille régulière) l’algorithme de détection et de description des changements précédemment développé, et à adapter de nouvelles méthodes de détection de changements issues du deep/machine learning. Le WP3 consiste à enrichir et interroger les graphes de connaissances générés en WP2. Pour ce faire, nous utiliserons des LLMs pour l’interrogation des KGs en langage naturel, et pour la contextualisation des changements (une approche semi-automatique avec validation par des experts sera mise en place). Également, des KGs encyclopédiques (Wikidata et DbPedia) seront utilisés afin de connecter les objets d’études à des définitions encyclopédiques. Enfin, des métriques quantifiant les changements par type seront calculées afin de répondre à des scénarios d’analyse tels que la comparaison de l’évolution de différentes zones végétales dans le temps, soumises à des pressions différentes. Le WP4 est consacré à des expérimentations et à la validation des résultats. Deux cas d’étude fortement liés à la problématique du changement climatique seront traités : l’étude des transformations des villes et notamment celle de Grenoble (ville du consortium local) pour observer des effets de politiques d’aménagement privilégiant les transports faiblement carbonés (données source : OpenStreetMap et Portails Open Data de métropoles) ; l’étude de l’évolution des pâturages de montagne, lieux fortement impactés par le réchauffement climatique et l’activité humaine, afin d’aider les administrations publiques en charge de la préservation de ces espaces naturels (données source : données satellitaires Landsat et Sentinel, et CORINE Land Cover (CLC)). L’outil reposant sur des données ouvertes et liées sera mis à la disposition de citoyens dans une phase d’expérimentation.

Les résultats majeurs attendus sont :

1. La création et la publication dans le Web des Linked Open Data d’une ontologie générique, respectant des standards tels que GeoSparql et OWLTime de l’OCG et du W3C, pour la description des changements territoriaux, et d’ontologies d’application adossées, appliquées à des domaines spécifiques ;

2. Une méthodologie outillée pour la détection et la description des changements territoriaux faisant appel aux modèles ontologiques développés et à des algorithmes de fusion de données et de détection de changements et de tendances issus du machine ou deep learning ;

3. Des ST-KGs (enrichis d’informations provenant d’autres KGs ou de LLM) décrivant les changements territoriaux de la ville de Grenoble et des alpages rhônalpins au cours de la dernière décennie. Publiés dans le Web des Linked Open Data et reposant sur l’ontologie générique, ces ST-KGs seront interrogeables en langue naturelle.

Le projet GEvoK constitue une avancée scientifique majeure en proposant une solution logicielle innovante, automatisée et standardisée pour gérer l’évolution des données géographiques dans le temps. Dans le domaine de la représentation des connaissances, il répond à un manque important, aucun modèle et outil existant ne permettant jusqu’à présent de détecter et représenter les changements territoriaux complexes avec un tel niveau de généricité. Cette approche ouvre des perspectives inédites pour des communautés scientifiques variées, en leur fournissant des outils capables d’automatiser l’analyse et la description des évolutions territoriales. Par exemple, dans le domaine du génie écologique, GEvoK facilitera l’étude de la propagation des plantes invasives, tandis qu’en urbanisme, il permettra de comparer l’évolution structurelle des villes et leur morphologie urbaine. Grâce à la mise à disposition du modèle et des outils développés en open data/source, d’autres chercheurs issus de disciplines variées – telles que l’Histoire, l’Environnement, l’Agriculture ou l’Écologie – pourront réutiliser et adapter cette structure pour leurs propres travaux, renforçant ainsi la synergie entre différents champs d’étude.

Le projet GEvoK vise à automatiser la description des évolutions des territoires afin d’aider les gestionnaires de l’aménagement dans leur prise de décisions. L’objectif est de produire des graphes de connaissances spatio-temporelles (ST-KGs) standardisés, interopérables et conformes aux principes FAIR, garantissant leur accessibilité et leur réutilisabilité, notamment par des jumeaux numériques ou des programmes d’intelligence artificielle prédictive.

GEvoK s'articule autour de deux cas d’étude liés à la problématique des changements territoriaux, mobilisant des types de données géographiques différents, afin d’assurer la généricité de l’approche :
1. La transformation des structures urbaines d’une agglomération telle que Grenoble en lien avec les effets des politiques publiques d’aménagement du territoire ;
2. L’évolution de la végétation des alpages dans le massif du Vercors, lieux impactés par le réchauffement climatique et l’activité humaine.
Le cas premier nécessite de traiter des jeux de données vectorielles, le second des données raster. Ces deux cas sont représentatifs de l'hétérogénéité des sources en Sciences de l’Information Géographique.

Le projet entend relever plusieurs défis scientifiques dont la difficulté est accrue par notre objectif de généricité :
1. La détection automatique des changements territoriaux tout en minimisant les faux positifs liés à des variations de référentiels ou des erreurs de saisie ;
2. La description précise des changements, prenant en compte le vocabulaire des experts et leur définition de l’identité des entités géographiques étudiées afin de déterminer les seuils de variation autorisés pour ces éléments ;
3. La création de ST-KGs reliant les entités étudiées et leurs changements afin de retracer les trajectoires des territoires ;
4. L’enrichissement des ST-KGs avec des informations contextuelles (causes, contexte géopolitique) provenant de données ouvertes et de grands modèles de langage - Large Language Model (LLMs) ;
5. La publication et l’interrogation de ces ST-KGs via des outils accessibles aux citoyens et chercheurs, incluant des interfaces de recherche en langue naturelle par la combinaison des approches LLMs, RAG et ST-KGs.

Les résultats majeurs attendus sont :
1. La création et la publication dans le Web des Linked Open Data d’une ontologie générique, respectant des standards tels que GeoSparql et OWLTime de l’OCG et du W3C, pour la description des changements territoriaux, et d’ontologies d’application adossées, appliquées à des domaines spécifiques ;
2. Une méthodologie outillée pour la détection et la description des changements territoriaux faisant appel aux modèles ontologiques développés et à des algorithmes de fusion de données et de détection de changements et de tendances issus du machine ou deep learning ;
3. Des ST-KGs (enrichis d’informations provenant d’autres KGs ou de LLM) décrivant les changements territoriaux de la ville de Grenoble et des alpages rhônalpins au cours de la dernière décennie. Publiés dans le Web des Linked Open Data et reposant sur l’ontologie générique, ces ST-KGs seront interrogeables en langue naturelle.

Le projet GEvoK, porté par une jeune chercheuse en Informatique, réunit un consortium pluridisciplinaire composé de chercheurs en Informatique, spécialistes du Web Sémantique, du traitement de l’information spatio-temporelle, ainsi que des chercheurs en Géographie s’intéressant aux changements territoriaux et à la télédétection.

Le projet contribue aux Objectifs de Développement Durable en fournissant des outils pour mieux comprendre et anticiper les évolutions territoriales, en lien avec la lutte contre le changement climatique.