Uses of frontier efficiency methodologies and multi-criteria decision making for performance measurement in the energy sector

Guest editorial Ali Emrouznejad is a Senior Lecturer at the Aston Business School in Birmingham, UK. His areas of research interest include performance measurement and management, efficiency and productivity analysis as well as data mining. He has published widely in various international journals. He is an Associate Editor of IMA Journal of Management Mathematics and Guest Editor to several special issues of journals including Journal of Operational Research Society, Annals of Operations Research, Journal of Medical Systems, and International Journal of Energy Management Sector. He is in the editorial board of several international journals and co-founder of Performance Improvement Management Software. William Ho is a Senior Lecturer at the Aston University Business School. Before joining Aston in 2005, he had worked as a Research Associate in the Department of Industrial and Systems Engineering at the Hong Kong Polytechnic University. His research interests include supply chain management, production and operations management, and operations research. He has published extensively in various international journals like Computers & Operations Research, Engineering Applications of Artificial Intelligence, European Journal of Operational Research, Expert Systems with Applications, International Journal of Production Economics, International Journal of Production Research, Supply Chain Management: An International Journal, and so on. His first authored book was published in 2006. He is an Editorial Board member of the International Journal of Advanced Manufacturing Technology and an Associate Editor of the OR Insight Journal. Currently, he is a Scholar of the Advanced Institute of Management Research. Uses of frontier efficiency methodologies and multi-criteria decision making for performance measurement in the energy sector This special issue aims to focus on holistic, applied research on performance measurement in energy sector management and for publication of relevant applied research to bridge the gap between industry and academia. After a rigorous refereeing process, seven papers were included in this special issue. The volume opens with five data envelopment analysis (DEA)-based papers. Wu et al. apply the DEA-based Malmquist index to evaluate the changes in relative efficiency and the total factor productivity of coal-fired electricity generation of 30 Chinese administrative regions from 1999 to 2007. Factors considered in the model include fuel consumption, labor, capital, sulphur dioxide emissions, and electricity generated. The authors reveal that the east provinces were relatively and technically more efficient, whereas the west provinces had the highest growth rate in the period studied. Ioannis E. Tsolas applies the DEA approach to assess the performance of Greek fossil fuel-fired power stations taking undesirable outputs into consideration, such as carbon dioxide and sulphur dioxide emissions. In addition, the bootstrapping approach is deployed to address the uncertainty surrounding DEA point estimates, and provide bias-corrected estimations and confidence intervals for the point estimates. The author revealed from the sample that the non-lignite-fired stations are on an average more efficient than the lignite-fired stations. Maethee Mekaroonreung and Andrew L. Johnson compare the relative performance of three DEA-based measures, which estimate production frontiers and evaluate the relative efficiency of 113 US petroleum refineries while considering undesirable outputs. Three inputs (capital, energy consumption, and crude oil consumption), two desirable outputs (gasoline and distillate generation), and an undesirable output (toxic release) are considered in the DEA models. The authors discover that refineries in the Rocky Mountain region performed the best, and about 60 percent of oil refineries in the sample could improve their efficiencies further. H. Omrani, A. Azadeh, S. F. Ghaderi, and S. Abdollahzadeh presented an integrated approach, combining DEA, corrected ordinary least squares (COLS), and principal component analysis (PCA) methods, to calculate the relative efficiency scores of 26 Iranian electricity distribution units from 2003 to 2006. Specifically, both DEA and COLS are used to check three internal consistency conditions, whereas PCA is used to verify and validate the final ranking results of either DEA (consistency) or DEA-COLS (non-consistency). Three inputs (network length, transformer capacity, and number of employees) and two outputs (number of customers and total electricity sales) are considered in the model. Virendra Ajodhia applied three DEA-based models to evaluate the relative performance of 20 electricity distribution firms from the UK and the Netherlands. The first model is a traditional DEA model for analyzing cost-only efficiency. The second model includes (inverse) quality by modelling total customer minutes lost as an input data. The third model is based on the idea of using total social costs, including the firm’s private costs and the interruption costs incurred by consumers, as an input. Both energy-delivered and number of consumers are treated as the outputs in the models. After five DEA papers, Stelios Grafakos, Alexandros Flamos, Vlasis Oikonomou, and D. Zevgolis presented a multiple criteria analysis weighting approach to evaluate the energy and climate policy. The proposed approach is akin to the analytic hierarchy process, which consists of pairwise comparisons, consistency verification, and criteria prioritization. In the approach, stakeholders and experts in the energy policy field are incorporated in the evaluation process by providing an interactive mean with verbal, numerical, and visual representation of their preferences. A total of 14 evaluation criteria were considered and classified into four objectives, such as climate change mitigation, energy effectiveness, socioeconomic, and competitiveness and technology. Finally, Borge Hess applied the stochastic frontier analysis approach to analyze the impact of various business strategies, including acquisition, holding structures, and joint ventures, on a firm’s efficiency within a sample of 47 natural gas transmission pipelines in the USA from 1996 to 2005. The author finds that there were no significant changes in the firm’s efficiency by an acquisition, and there is a weak evidence for efficiency improvements caused by the new shareholder. Besides, the author discovers that parent companies appear not to influence a subsidiary’s efficiency positively. In addition, the analysis shows a negative impact of a joint venture on technical efficiency of the pipeline company. To conclude, we are grateful to all the authors for their contribution, and all the reviewers for their constructive comments, which made this special issue possible. We hope that this issue would contribute significantly to performance improvement of the energy sector.

Advanced predictive-analysis-based decision support for collaborative logistics networks

Purpose – The purpose of this paper is to examine challenges and potential of big data in heterogeneous business networks and relate these to an implemented logistics solution. Design/methodology/approach – The paper establishes an overview of challenges and opportunities of current significance in the area of big data, specifically in the context of transparency and processes in heterogeneous enterprise networks. Within this context, the paper presents how existing components and purpose-driven research were combined for a solution implemented in a nationwide network for less-than-truckload consignments. Findings – Aside from providing an extended overview of today’s big data situation, the findings have shown that technical means and methods available today can comprise a feasible process transparency solution in a large heterogeneous network where legacy practices, reporting lags and incomplete data exist, yet processes are sensitive to inadequate policy changes. Practical implications – The means introduced in the paper were found to be of utility value in improving process efficiency, transparency and planning in logistics networks. The particular system design choices in the presented solution allow an incremental introduction or evolution of resource handling practices, incorporating existing fragmentary, unstructured or tacit knowledge of experienced personnel into the theoretically founded overall concept. Originality/value – The paper extends previous high-level view on the potential of big data, and presents new applied research and development results in a logistics application.

Does a mandibular RDP and new maxillary CD improve masticatory efficiency and quality of life in patients with a mandibular Kennedy class I arch?

Objectives To evaluate the change in masticatory efficiency and quality of life of patients treated with mandibular Kennedy class I removable partial dentures (RPDs) and maxillary complete dentures at the Department of Dentistry of the Federal University of Rio Grande do Norte. Materials and methods A total of 33 Kennedy class I patients were rehabilitated with maxillary complete dentures, and mandibular RPDs were selected for this non-randomized prospective intervention study. The patients had a mean age of 59.1 years. Masticatory efficiency was evaluated by colorimetric assay using fuchsin capsules. The measurements were conducted at baseline and 2 and 6 months after prosthesis insertion. Quality of life was evaluated using the Oral Health Impact Profile (OHIP-14) at baseline and 6 months after denture insertion. The Kolmogorov-Smirnov normality test was applied. Masticatory efficiency was evaluated by repeated measures ANOVA. Oral health-related quality of life was compared using the paired t test. Results There was no statistically significant difference in masticatory efficiency after denture insertion (p = 0.101). Significant differences were found (p = 0.010) for oral health-related quality of life. A significant improvement in psychological discomfort (p < 0.01) and psychological disability (p < 0.01) was observed. Mean difference value (95 % confidence interval) was 6.8 (3.8 to 9.7) points, reflecting a low impact of oral health on quality of life, considering the 0–56 range of variation of the OHIP-14 and a Cohen’s d of 1.13. Conclusion According to the results of the present study, rehabilitation with Kennedy class I RPDs and complete dentures did not influence masticatory efficiency but improved oral health-related quality of life. Clinical relevance The association between the patient’s quality of life and the masticatory efficiency is important for treatment predictability.

Agricultural microcredit and technical efficiency: The case of smallholder rice farmers in Northern Ghana

In the current study, we compared technical efficiency of smallholder rice farmers with and without credit in northern Ghana using data from a farm household survey. We fitted a stochastic frontier production function to input and output data to measure technical efficiency. We addressed self-selection into credit participation using propensity score matching and found that the mean efficiency did not differ between credit users and non-users. Credit-participating households had an efficiency of 63.0 percent compared to 61.7 percent for non-participants. The results indicate significant inefficiencies in production and thus a high scope for improving farmers’ technical efficiency through better use of available resources at the current level of technology. Apart from labour and capital, all the conventional farm inputs had a significant effect on rice production. The determinants of efficiency included the respondent’s age, sex, educational status, distance to the nearest market, herd ownership, access to irrigation and specialisation in rice production. From a policy perspective, we recommend that the credit should be channelled to farmers who demonstrate the need for it and show the commitment to improve their production through external financing. Such a screening mechanism will ensure that the credit goes to the right farmers who need it to improve their technical efficiency.

Méthodes de Bootstrap pour les modèles à facteurs

Cette thèse développe des méthodes bootstrap pour les modèles à facteurs qui sont couram- ment utilisés pour générer des prévisions depuis l'article pionnier de Stock et Watson (2002) sur les indices de diffusion. Ces modèles tolèrent l'inclusion d'un grand nombre de variables macroéconomiques et financières comme prédicteurs, une caractéristique utile pour inclure di- verses informations disponibles aux agents économiques. Ma thèse propose donc des outils éco- nométriques qui améliorent l'inférence dans les modèles à facteurs utilisant des facteurs latents extraits d'un large panel de prédicteurs observés. Il est subdivisé en trois chapitres complémen- taires dont les deux premiers en collaboration avec Sílvia Gonçalves et Benoit Perron. Dans le premier article, nous étudions comment les méthodes bootstrap peuvent être utilisées pour faire de l'inférence dans les modèles de prévision pour un horizon de h périodes dans le futur. Pour ce faire, il examine l'inférence bootstrap dans un contexte de régression augmentée de facteurs où les erreurs pourraient être autocorrélées. Il généralise les résultats de Gonçalves et Perron (2014) et propose puis justifie deux approches basées sur les résidus : le block wild bootstrap et le dependent wild bootstrap. Nos simulations montrent une amélioration des taux de couverture des intervalles de confiance des coefficients estimés en utilisant ces approches comparativement à la théorie asymptotique et au wild bootstrap en présence de corrélation sérielle dans les erreurs de régression. Le deuxième chapitre propose des méthodes bootstrap pour la construction des intervalles de prévision permettant de relâcher l'hypothèse de normalité des innovations. Nous y propo- sons des intervalles de prédiction bootstrap pour une observation h périodes dans le futur et sa moyenne conditionnelle. Nous supposons que ces prévisions sont faites en utilisant un ensemble de facteurs extraits d'un large panel de variables. Parce que nous traitons ces facteurs comme latents, nos prévisions dépendent à la fois des facteurs estimés et les coefficients de régres- sion estimés. Sous des conditions de régularité, Bai et Ng (2006) ont proposé la construction d'intervalles asymptotiques sous l'hypothèse de Gaussianité des innovations. Le bootstrap nous permet de relâcher cette hypothèse et de construire des intervalles de prédiction valides sous des hypothèses plus générales. En outre, même en supposant la Gaussianité, le bootstrap conduit à des intervalles plus précis dans les cas où la dimension transversale est relativement faible car il prend en considération le biais de l'estimateur des moindres carrés ordinaires comme le montre une étude récente de Gonçalves et Perron (2014). Dans le troisième chapitre, nous suggérons des procédures de sélection convergentes pour les regressions augmentées de facteurs en échantillons finis. Nous démontrons premièrement que la méthode de validation croisée usuelle est non-convergente mais que sa généralisation, la validation croisée «leave-d-out» sélectionne le plus petit ensemble de facteurs estimés pour l'espace généré par les vraies facteurs. Le deuxième critère dont nous montrons également la validité généralise l'approximation bootstrap de Shao (1996) pour les regressions augmentées de facteurs. Les simulations montrent une amélioration de la probabilité de sélectionner par- cimonieusement les facteurs estimés comparativement aux méthodes de sélection disponibles. L'application empirique revisite la relation entre les facteurs macroéconomiques et financiers, et l'excès de rendement sur le marché boursier américain. Parmi les facteurs estimés à partir d'un large panel de données macroéconomiques et financières des États Unis, les facteurs fortement correlés aux écarts de taux d'intérêt et les facteurs de Fama-French ont un bon pouvoir prédictif pour les excès de rendement.

Amélioration des données altimétriques dans la région du Grand Lac des Esclaves à partir d’images Radarsat-2

Résumé : En raison de sa grande étendue, le Nord canadien présente plusieurs défis logistiques pour une exploitation rentable de ses ressources minérales. La TéléCartographie Prédictive (TCP) vise à faciliter la localisation de gisements en produisant des cartes du potentiel géologique. Des données altimétriques sont nécessaires pour générer ces cartes. Or, celles actuellement disponibles au nord du 60e parallèle ne sont pas optimales principalement parce qu’elles sont dérivés de courbes à équidistance variable et avec une valeur au mètre. Parallèlement, il est essentiel de connaître l'exactitude verticale des données altimétriques pour être en mesure de les utiliser adéquatement, en considérant les contraintes liées à son exactitude. Le projet présenté vise à aborder ces deux problématiques afin d'améliorer la qualité des données altimétriques et contribuer à raffiner la cartographie prédictive réalisée par TCP dans le Nord canadien, pour une zone d’étude située au Territoire du Nord-Ouest. Le premier objectif était de produire des points de contrôles permettant une évaluation précise de l'exactitude verticale des données altimétriques. Le second objectif était de produire un modèle altimétrique amélioré pour la zone d'étude. Le mémoire présente d'abord une méthode de filtrage pour des données Global Land and Surface Altimetry Data (GLA14) de la mission ICESat (Ice, Cloud and land Elevation SATellite). Le filtrage est basé sur l'application d'une série d'indicateurs calculés à partir d’informations disponibles dans les données GLA14 et des conditions du terrain. Ces indicateurs permettent d'éliminer les points d'élévation potentiellement contaminés. Les points sont donc filtrés en fonction de la qualité de l’attitude calculée, de la saturation du signal, du bruit d'équipement, des conditions atmosphériques, de la pente et du nombre d'échos. Ensuite, le document décrit une méthode de production de Modèles Numériques de Surfaces (MNS) améliorés, par stéréoradargrammétrie (SRG) avec Radarsat-2 (RS-2). La première partie de la méthodologie adoptée consiste à faire la stéréorestitution des MNS à partir de paires d'images RS-2, sans point de contrôle. L'exactitude des MNS préliminaires ainsi produits est calculée à partir des points de contrôles issus du filtrage des données GLA14 et analysée en fonction des combinaisons d’angles d'incidences utilisées pour la stéréorestitution. Ensuite, des sélections de MNS préliminaires sont assemblées afin de produire 5 MNS couvrant chacun la zone d'étude en totalité. Ces MNS sont analysés afin d'identifier la sélection optimale pour la zone d'intérêt. Les indicateurs sélectionnés pour la méthode de filtrage ont pu être validés comme performant et complémentaires, à l’exception de l’indicateur basé sur le ratio signal/bruit puisqu’il était redondant avec l’indicateur basé sur le gain. Autrement, chaque indicateur a permis de filtrer des points de manière exclusive. La méthode de filtrage a permis de réduire de 19% l'erreur quadratique moyenne sur l'élévation, lorsque que comparée aux Données d'Élévation Numérique du Canada (DNEC). Malgré un taux de rejet de 69% suite au filtrage, la densité initiale des données GLA14 a permis de conserver une distribution spatiale homogène. À partir des 136 MNS préliminaires analysés, aucune combinaison d’angles d’incidences des images RS-2 acquises n’a pu être identifiée comme étant idéale pour la SRG, en raison de la grande variabilité des exactitudes verticales. Par contre, l'analyse a indiqué que les images devraient idéalement être acquises à des températures en dessous de 0°C, pour minimiser les disparités radiométriques entre les scènes. Les résultats ont aussi confirmé que la pente est le principal facteur d’influence sur l’exactitude de MNS produits par SRG. La meilleure exactitude verticale, soit 4 m, a été atteinte par l’assemblage de configurations de même direction de visées. Par contre, les configurations de visées opposées, en plus de produire une exactitude du même ordre (5 m), ont permis de réduire le nombre d’images utilisées de 30%, par rapport au nombre d'images acquises initialement. Par conséquent, l'utilisation d'images de visées opposées pourrait permettre d’augmenter l’efficacité de réalisation de projets de SRG en diminuant la période d’acquisition. Les données altimétriques produites pourraient à leur tour contribuer à améliorer les résultats de la TCP, et augmenter la performance de l’industrie minière canadienne et finalement, améliorer la qualité de vie des citoyens du Nord du Canada.

Méthodes de Bootstrap pour les modèles à facteurs

Cette thèse développe des méthodes bootstrap pour les modèles à facteurs qui sont couram- ment utilisés pour générer des prévisions depuis l'article pionnier de Stock et Watson (2002) sur les indices de diffusion. Ces modèles tolèrent l'inclusion d'un grand nombre de variables macroéconomiques et financières comme prédicteurs, une caractéristique utile pour inclure di- verses informations disponibles aux agents économiques. Ma thèse propose donc des outils éco- nométriques qui améliorent l'inférence dans les modèles à facteurs utilisant des facteurs latents extraits d'un large panel de prédicteurs observés. Il est subdivisé en trois chapitres complémen- taires dont les deux premiers en collaboration avec Sílvia Gonçalves et Benoit Perron. Dans le premier article, nous étudions comment les méthodes bootstrap peuvent être utilisées pour faire de l'inférence dans les modèles de prévision pour un horizon de h périodes dans le futur. Pour ce faire, il examine l'inférence bootstrap dans un contexte de régression augmentée de facteurs où les erreurs pourraient être autocorrélées. Il généralise les résultats de Gonçalves et Perron (2014) et propose puis justifie deux approches basées sur les résidus : le block wild bootstrap et le dependent wild bootstrap. Nos simulations montrent une amélioration des taux de couverture des intervalles de confiance des coefficients estimés en utilisant ces approches comparativement à la théorie asymptotique et au wild bootstrap en présence de corrélation sérielle dans les erreurs de régression. Le deuxième chapitre propose des méthodes bootstrap pour la construction des intervalles de prévision permettant de relâcher l'hypothèse de normalité des innovations. Nous y propo- sons des intervalles de prédiction bootstrap pour une observation h périodes dans le futur et sa moyenne conditionnelle. Nous supposons que ces prévisions sont faites en utilisant un ensemble de facteurs extraits d'un large panel de variables. Parce que nous traitons ces facteurs comme latents, nos prévisions dépendent à la fois des facteurs estimés et les coefficients de régres- sion estimés. Sous des conditions de régularité, Bai et Ng (2006) ont proposé la construction d'intervalles asymptotiques sous l'hypothèse de Gaussianité des innovations. Le bootstrap nous permet de relâcher cette hypothèse et de construire des intervalles de prédiction valides sous des hypothèses plus générales. En outre, même en supposant la Gaussianité, le bootstrap conduit à des intervalles plus précis dans les cas où la dimension transversale est relativement faible car il prend en considération le biais de l'estimateur des moindres carrés ordinaires comme le montre une étude récente de Gonçalves et Perron (2014). Dans le troisième chapitre, nous suggérons des procédures de sélection convergentes pour les regressions augmentées de facteurs en échantillons finis. Nous démontrons premièrement que la méthode de validation croisée usuelle est non-convergente mais que sa généralisation, la validation croisée «leave-d-out» sélectionne le plus petit ensemble de facteurs estimés pour l'espace généré par les vraies facteurs. Le deuxième critère dont nous montrons également la validité généralise l'approximation bootstrap de Shao (1996) pour les regressions augmentées de facteurs. Les simulations montrent une amélioration de la probabilité de sélectionner par- cimonieusement les facteurs estimés comparativement aux méthodes de sélection disponibles. L'application empirique revisite la relation entre les facteurs macroéconomiques et financiers, et l'excès de rendement sur le marché boursier américain. Parmi les facteurs estimés à partir d'un large panel de données macroéconomiques et financières des États Unis, les facteurs fortement correlés aux écarts de taux d'intérêt et les facteurs de Fama-French ont un bon pouvoir prédictif pour les excès de rendement.

Influence of leaf removal on berry thermal efficiency for anthocyanin accumulation

The aim of this work was to analyse the effects of leaf removal on Touriga Nacional berry temperature and consequent thermal efficiency for anthocyanins biosynthesis. The field experiment was located at Dão Wine Research Station, Nelas, Portugal in an adult vineyard planted with North-South oriented rows, with the red grape variety Touriga Nacional grafted on 110R rootstock. The vines were trained on a vertical shoot positioning, spur-pruned on a bilateral Royat cordon system and deficit irrigated (50% ETc). The experimental design was a randomized complete block design with four replications of twelve vines per elemental plot, and the following two treatments: basal leaf removal (LR) and a control non-defoliated (ND). Berry temperature (Tb) was measured continuously during the second half (3rd to 19th September) of the 2009 ripening period using two-junction, fine-wires copper-constantan thermocouples manually inserted into the berries and connected to a data logger. A sample of clusters located in different canopy positions (exposed and internal; facing East and West) of 4 vines per treatment were used. To quantify the effect of Tb on anthocyanins biosynthesis, the berry hourly mean temperatures were converted into normal heat hours (NHH) and accumulated per day (NHHd) and per monitoring period (NHHc). For quantification of thermal requirements for anthocyanins synthesis and accumulation, a minimum of 10°C, a maximum of 35°C, and an optimum of 26°C were used. Meteorological variables were measured at an automatic weather station installed within the experimental plot. For all days of the monitoring period, daily average berry temperature (dTb) of all monitored berries was lower in ND treatment than in LR, being the maximum differences between treatments registered on 11th September. The highest dTb differences between treatments were registered on the clusters located at the west side of the canopy on 7th September while dTb of the clusters located in the centre of the canopy was less affected by leaf removal. The control non-defoliated treatment (ND) presented a significantly higher NHHc than that of LR being the higher differences presented by the clusters located in the west side. The lowest differences in NHHc were obtained in the clusters located in the centre of the canopy. Our results show that the thermal efficiency for berry anthocyanins accumulation was significantly affected by leaf removal and that this effect was dependent of the meteorological conditions, time of the day and berry/cluster location into the vine canopy.

Development of an innovative non rule-based energy management strategy for a Hybrid Electric Vehicle, structured for predictive driving controls based on external information knowledge

Recently, the interest of the automotive market for hybrid vehicles has increased due to the more restrictive pollutants emissions legislation and to the necessity of decreasing the fossil fuel consumption, since such solution allows a consistent improvement of the vehicle global efficiency. The term hybridization regards the energy flow in the powertrain of a vehicle: a standard vehicle has, usually, only one energy source and one energy tank; instead, a hybrid vehicle has at least two energy sources. In most cases, the prime mover is an internal combustion engine (ICE) while the auxiliary energy source can be mechanical, electrical, pneumatic or hydraulic. It is expected from the control unit of a hybrid vehicle the use of the ICE in high efficiency working zones and to shut it down when it is more convenient, while using the EMG at partial loads and as a fast torque response during transients. However, the battery state of charge may represent a limitation for such a strategy. That’s the reason why, in most cases, energy management strategies are based on the State Of Charge, or SOC, control. Several studies have been conducted on this topic and many different approaches have been illustrated. The purpose of this dissertation is to develop an online (usable on-board) control strategy in which the operating modes are defined using an instantaneous optimization method that minimizes the equivalent fuel consumption of a hybrid electric vehicle. The equivalent fuel consumption is calculated by taking into account the total energy used by the hybrid powertrain during the propulsion phases. The first section presents the hybrid vehicles characteristics. The second chapter describes the global model, with a particular focus on the energy management strategies usable for the supervisory control of such a powertrain. The third chapter shows the performance of the implemented controller on a NEDC cycle compared with the one obtained with the original control strategy.

Applications of perceptual sparse representation (Spikegram) for copyright protection of audio signals

Chaque année, le piratage mondial de la musique coûte plusieurs milliards de dollars en pertes économiques, pertes d’emplois et pertes de gains des travailleurs ainsi que la perte de millions de dollars en recettes fiscales. La plupart du piratage de la musique est dû à la croissance rapide et à la facilité des technologies actuelles pour la copie, le partage, la manipulation et la distribution de données musicales [Domingo, 2015], [Siwek, 2007]. Le tatouage des signaux sonores a été proposé pour protéger les droit des auteurs et pour permettre la localisation des instants où le signal sonore a été falsifié. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser la représentation parcimonieuse bio-inspirée par graphe de décharges (spikegramme), pour concevoir une nouvelle méthode permettant la localisation de la falsification dans les signaux sonores. Aussi, une nouvelle méthode de protection du droit d’auteur. Finalement, une nouvelle attaque perceptuelle, en utilisant le spikegramme, pour attaquer des systèmes de tatouage sonore. Nous proposons tout d’abord une technique de localisation des falsifications (‘tampering’) des signaux sonores. Pour cela nous combinons une méthode à spectre étendu modifié (‘modified spread spectrum’, MSS) avec une représentation parcimonieuse. Nous utilisons une technique de poursuite perceptive adaptée (perceptual marching pursuit, PMP [Hossein Najaf-Zadeh, 2008]) pour générer une représentation parcimonieuse (spikegramme) du signal sonore d’entrée qui est invariante au décalage temporel [E. C. Smith, 2006] et qui prend en compte les phénomènes de masquage tels qu’ils sont observés en audition. Un code d’authentification est inséré à l’intérieur des coefficients de la représentation en spikegramme. Puis ceux-ci sont combinés aux seuils de masquage. Le signal tatoué est resynthétisé à partir des coefficients modifiés, et le signal ainsi obtenu est transmis au décodeur. Au décodeur, pour identifier un segment falsifié du signal sonore, les codes d’authentification de tous les segments intacts sont analysés. Si les codes ne peuvent être détectés correctement, on sait qu’alors le segment aura été falsifié. Nous proposons de tatouer selon le principe à spectre étendu (appelé MSS) afin d’obtenir une grande capacité en nombre de bits de tatouage introduits. Dans les situations où il y a désynchronisation entre le codeur et le décodeur, notre méthode permet quand même de détecter des pièces falsifiées. Par rapport à l’état de l’art, notre approche a le taux d’erreur le plus bas pour ce qui est de détecter les pièces falsifiées. Nous avons utilisé le test de l’opinion moyenne (‘MOS’) pour mesurer la qualité des systèmes tatoués. Nous évaluons la méthode de tatouage semi-fragile par le taux d’erreur (nombre de bits erronés divisé par tous les bits soumis) suite à plusieurs attaques. Les résultats confirment la supériorité de notre approche pour la localisation des pièces falsifiées dans les signaux sonores tout en préservant la qualité des signaux. Ensuite nous proposons une nouvelle technique pour la protection des signaux sonores. Cette technique est basée sur la représentation par spikegrammes des signaux sonores et utilise deux dictionnaires (TDA pour Two-Dictionary Approach). Le spikegramme est utilisé pour coder le signal hôte en utilisant un dictionnaire de filtres gammatones. Pour le tatouage, nous utilisons deux dictionnaires différents qui sont sélectionnés en fonction du bit d’entrée à tatouer et du contenu du signal. Notre approche trouve les gammatones appropriés (appelés noyaux de tatouage) sur la base de la valeur du bit à tatouer, et incorpore les bits de tatouage dans la phase des gammatones du tatouage. De plus, il est montré que la TDA est libre d’erreur dans le cas d’aucune situation d’attaque. Il est démontré que la décorrélation des noyaux de tatouage permet la conception d’une méthode de tatouage sonore très robuste. Les expériences ont montré la meilleure robustesse pour la méthode proposée lorsque le signal tatoué est corrompu par une compression MP3 à 32 kbits par seconde avec une charge utile de 56.5 bps par rapport à plusieurs techniques récentes. De plus nous avons étudié la robustesse du tatouage lorsque les nouveaux codec USAC (Unified Audion and Speech Coding) à 24kbps sont utilisés. La charge utile est alors comprise entre 5 et 15 bps. Finalement, nous utilisons les spikegrammes pour proposer trois nouvelles méthodes d’attaques. Nous les comparons aux méthodes récentes d’attaques telles que 32 kbps MP3 et 24 kbps USAC. Ces attaques comprennent l’attaque par PMP, l’attaque par bruit inaudible et l’attaque de remplacement parcimonieuse. Dans le cas de l’attaque par PMP, le signal de tatouage est représenté et resynthétisé avec un spikegramme. Dans le cas de l’attaque par bruit inaudible, celui-ci est généré et ajouté aux coefficients du spikegramme. Dans le cas de l’attaque de remplacement parcimonieuse, dans chaque segment du signal, les caractéristiques spectro-temporelles du signal (les décharges temporelles ;‘time spikes’) se trouvent en utilisant le spikegramme et les spikes temporelles et similaires sont remplacés par une autre. Pour comparer l’efficacité des attaques proposées, nous les comparons au décodeur du tatouage à spectre étendu. Il est démontré que l’attaque par remplacement parcimonieux réduit la corrélation normalisée du décodeur de spectre étendu avec un plus grand facteur par rapport à la situation où le décodeur de spectre étendu est attaqué par la transformation MP3 (32 kbps) et 24 kbps USAC.

Comparing Atlantic and Mediterranean populations of the velvet belly lanternshark, Etmopterus spinax, with comments on the efficiency of density-dependent compensatory mechanisms

Etmopterus spinax is a small-sized deep-water lantern shark that occurs in the Eastern Atlantic and the Mediterranean. Differences in depth distribution, densities, size at maturity and fecundity were compared between a population that has suffered high levels of fishing mortality during the last decades (Southern Portugal in the northeast Atlantic) and a population where low fishing pressure below 500 m occurs at present or has occurred in the last decades (Northern Alboran Sea in the western Mediterranean). The density of this species, as derived by experimental bottom trawl survey, off the coast of Southern Portugal, is substantially lower than in the Northern Alboran Sea throughout the entire depth range. The Atlantic population is maturing at smaller sizes than the Mediterranean population and has a lower mean fecundity. Specifically, sizes at maturity for Southern Portugal and the Northern Alboran Sea were, respectively, 25.39 and 28.31 cm TL for males and 30.86 and 34.18 cm TL for females, while mean fecundities for Southern Portugal and the Northern Alboran Sea were, respectively, 9.94 and 11.06 oocytes per mature female. This work demonstrated the possible presence of density-dependent mechanisms in the Southern Portuguese population of E. spinax that has lowered the size at maturity as a possible result of excessive fishing mortality. However, given that this is an aplacentary viviparous shark, where fecundity is dependent on female size, this compensatory mechanism seems to have a limited efficiency.