Machine learning for spatial environmental data. Theory, applications and software

The book presents the state of the art in machine learning algorithms (artificial neural networks of different architectures, support vector machines, etc.) as applied to the classification and mapping of spatially distributed environmental data. Basic geostatistical algorithms are presented as well. New trends in machine learning and their application to spatial data are given, and real case studies based on environmental and pollution data are carried out. The book provides a CD-ROM with the Machine Learning Office software, including sample sets of data, that will allow both students and researchers to put the concepts rapidly to practice.

The homeostatic psyche: Freudian theory and somatic markers.

After years of reciprocal lack of interest, if not opposition, neuroscience and psychoanalysis are poised for a renewed dialogue. This article discusses some aspects of the Freudian metapsychology and its link with specific biological mechanisms. It highlights in particular how the physiological concept of homeostasis resonates with certain fundamental concepts of psychoanalysis. Similarly, the authors underline how the Freud and Damasio theories of brain functioning display remarkable complementarities, especially through their common reference to Meynert and James. Furthermore, the Freudian theory of drives is discussed in the light of current neurobiological evidences of neural plasticity and trace formation and of their relationships with the processes of homeostasis. The ensuing dynamics between traces and homeostasis opens novel avenues to consider inner life in reference to the establishment of fantasies unique to each subject. The lack of determinism, within a context of determinism, implied by plasticity and reconsolidation participates in the emergence of singularity, the creation of uniqueness and the unpredictable future of the subject. There is a gap in determinism inherent to biology itself. Uniqueness and discontinuity: this should today be the focus of the questions raised in neuroscience. Neuroscience needs to establish the new bases of a "discontinuous" biology. Psychoanalysis can offer to neuroscience the possibility to think of discontinuity. Neuroscience and psychoanalysis meet thus in an unexpected way with regard to discontinuity and this is a new point of convergence between them.

The Implied Book and the Narrative Text. On a Blind Spot in Narratological Theory - from a Media Studies Perspective

The article is concerned with the formal definition of a largely unnoticed factor in narrative structure. Based on the assumptions that (1) the semantics of a written text depend, among other factors, directly on its visual alignment in space, that (2) the formal structure of a text has to meet that of its spatial presentation and that (3) these assumptions hold true also for narrative texts (which, however, in modern times typically conceal their spatial dimensions by a low-key linear layout), it is argued that, how ever low-key, the expected material shape of a given narrative determines the configuration of its plot by its author. The ,implied book' thus denotes an author's historically assumable, not necessarily conscious idea of how his text, which is still in the process of creation, will be dimensionally presented and under these circumstances visually absorbed. Assuming that an author's knowledge of this later (potentially) substantiated material form influences the composition, the implied book is to be understood as a text-genetically determined, structuring moment of the text. Historically reconstructed, it thus serves the methodical analysis of structural characteristics of a completed text.

Debating the centre : the theory of principal qualificand (mukhyavisesya) in classical Indian philosophy

The theory of language has occupied a special place in the history of Indian thought. Indian philosophers give particular attention to the analysis of the cognition obtained from language, known under the generic name of śābdabodha. This term is used to denote, among other things, the cognition episode of the hearer, the content of which is described in the form of a paraphrase of a sentence represented as a hierarchical structure. Philosophers submit the meaning of the component items of a sentence and their relationship to a thorough examination, and represent the content of the resulting cognition as a paraphrase centred on a meaning element, that is taken as principal qualificand (mukhyaviśesya) which is qualified by the other meaning elements. This analysis is the object of continuous debate over a period of more than a thousand years between the philosophers of the schools of Mimāmsā, Nyāya (mainly in its Navya form) and Vyākarana. While these philosophers are in complete agreement on the idea that the cognition of sentence meaning has a hierarchical structure and share the concept of a single principal qualificand (qualified by other meaning elements), they strongly disagree on the question which meaning element has this role and by which morphological item it is expressed. This disagreement is the central point of their debate and gives rise to competing versions of this theory. The Mïmāmsakas argue that the principal qualificand is what they call bhāvanā ̒bringing into being̒, ̒efficient force̒ or ̒productive operation̒, expressed by the verbal affix, and distinct from the specific procedures signified by the verbal root; the Naiyāyikas generally take it to be the meaning of the word with the first case ending, while the Vaiyākaranas take it to be the operation expressed by the verbal root. All the participants rely on the Pāninian grammar, insofar as the Mimāmsakas and Naiyāyikas do not compose a new grammar of Sanskrit, but use different interpretive strategies in order to justify their views, that are often in overt contradiction with the interpretation of the Pāninian rules accepted by the Vaiyākaranas. In each of the three positions, weakness in one area is compensated by strength in another, and the cumulative force of the total argumentation shows that no position can be declared as correct or overall superior to the others. This book is an attempt to understand this debate, and to show that, to make full sense of the irreconcilable positions of the three schools, one must go beyond linguistic factors and consider the very beginnings of each school's concern with the issue under scrutiny. The texts, and particularly the late texts of each school present very complex versions of the theory, yet the key to understanding why these positions remain irreconcilable seems to lie elsewhere, this in spite of extensive argumentation involving a great deal of linguistic and logical technicalities. Historically, this theory arises in Mimāmsā (with Sabara and Kumārila), then in Nyāya (with Udayana), in a doctrinal and theological context, as a byproduct of the debate over Vedic authority. The Navya-Vaiyākaranas enter this debate last (with Bhattoji Dïksita and Kaunda Bhatta), with the declared aim of refuting the arguments of the Mïmāmsakas and Naiyāyikas by bringing to light the shortcomings in their understanding of Pāninian grammar. The central argument has focused on the capacity of the initial contexts, with the network of issues to which the principal qualificand theory is connected, to render intelligible the presuppositions and aims behind the complex linguistic justification of the classical and late stages of this debate. Reading the debate in this light not only reveals the rationality and internal coherence of each position beyond the linguistic arguments, but makes it possible to understand why the thinkers of the three schools have continued to hold on to three mutually exclusive positions. They are defending not only their version of the principal qualificand theory, but (though not openly acknowledged) the entire network of arguments, linguistic and/or extra-linguistic, to which this theory is connected, as well as the presuppositions and aims underlying these arguments.

P-wave velocities of samples from the Penninic of the western Alps along NFP20-west seismic-reflection profiles

Using the transit pulse method, we have determined compressional wave velocities of rocks from various geological units belonging to the Penninic zone along the NFP20-West profiles of the Swiss western Alps. The velocities have been measured at confining pressures up to 400 MPa, along three orthogonal axes defined by the macrostructure of the rocks. The samples analysed show a degree of metamorphism ranging from greenschist to eclogite facies. This collection includes schists, dolomites, gneisses and ophiolitic rocks. The mean velocities range from 5.9 km/s for a quartzitic calcschist to 7.9 km/s for an eclogitic metagabbro. The velocity anisotropy is as high as 20 %. The range of acoustic impedance is wide, from 15 to 27 10(6) kg/m2s. From these measurements, normal incident reflection coefficients for likely rock assemblages within and between geological units were estimated in order to interpret zone of the strong reflections recorded along the seismic profiles. Reflection coefficients as high as 0.17 could be determined.

Development of a 3D very high-resolution seismic reflection system for lacustrine settings - a case study over a thrust fault zone in Lake Geneva

Un système efficace de sismique tridimensionnelle (3-D) haute-résolution adapté à des cibles lacustres de petite échelle a été développé. Dans le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, en Suisse, des investigations récentes en deux dimension (2-D) ont mis en évidence une zone de faille complexe qui a été choisie pour tester notre système. Les structures observées incluent une couche mince (<40 m) de sédiments quaternaires sub-horizontaux, discordants sur des couches tertiaires de molasse pentées vers le sud-est. On observe aussi la zone de faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau de la Molasse Subalpine. Deux campagnes 3-D complètes, d?environ d?un kilomètre carré, ont été réalisées sur ce site de test. La campagne pilote (campagne I), effectuée en 1999 pendant 8 jours, a couvert 80 profils en utilisant une seule flûte. Pendant la campagne II (9 jours en 2001), le nouveau système trois-flûtes, bien paramétrés pour notre objectif, a permis l?acquisition de données de très haute qualité sur 180 lignes CMP. Les améliorations principales incluent un système de navigation et de déclenchement de tirs grâce à un nouveau logiciel. Celui-ci comprend un contrôle qualité de la navigation du bateau en temps réel utilisant un GPS différentiel (dGPS) à bord et une station de référence près du bord du lac. De cette façon, les tirs peuvent être déclenchés tous les 5 mètres avec une erreur maximale non-cumulative de 25 centimètres. Tandis que pour la campagne I la position des récepteurs de la flûte 48-traces a dû être déduite à partir des positions du bateau, pour la campagne II elle ont pu être calculées précisément (erreur <20 cm) grâce aux trois antennes dGPS supplémentaires placées sur des flotteurs attachés à l?extrémité de chaque flûte 24-traces. Il est maintenant possible de déterminer la dérive éventuelle de l?extrémité des flûtes (75 m) causée par des courants latéraux ou de petites variations de trajet du bateau. De plus, la construction de deux bras télescopiques maintenant les trois flûtes à une distance de 7.5 m les uns des autres, qui est la même distance que celle entre les lignes naviguées de la campagne II. En combinaison avec un espacement de récepteurs de 2.5 m, la dimension de chaque «bin» de données 3-D de la campagne II est de 1.25 m en ligne et 3.75 m latéralement. L?espacement plus grand en direction « in-line » par rapport à la direction «cross-line» est justifié par l?orientation structurale de la zone de faille perpendiculaire à la direction «in-line». L?incertitude sur la navigation et le positionnement pendant la campagne I et le «binning» imprécis qui en résulte, se retrouve dans les données sous forme d?une certaine discontinuité des réflecteurs. L?utilisation d?un canon à air à doublechambre (qui permet d?atténuer l?effet bulle) a pu réduire l?aliasing observé dans les sections migrées en 3-D. Celui-ci était dû à la combinaison du contenu relativement haute fréquence (<2000 Hz) du canon à eau (utilisé à 140 bars et à 0.3 m de profondeur) et d?un pas d?échantillonnage latéral insuffisant. Le Mini G.I 15/15 a été utilisé à 80 bars et à 1 m de profondeur, est mieux adapté à la complexité de la cible, une zone faillée ayant des réflecteurs pentés jusqu?à 30°. Bien que ses fréquences ne dépassent pas les 650 Hz, cette source combine une pénétration du signal non-aliasé jusqu?à 300 m dans le sol (par rapport au 145 m pour le canon à eau) pour une résolution verticale maximale de 1.1 m. Tandis que la campagne I a été acquise par groupes de plusieurs lignes de directions alternées, l?optimisation du temps d?acquisition du nouveau système à trois flûtes permet l?acquisition en géométrie parallèle, ce qui est préférable lorsqu?on utilise une configuration asymétrique (une source et un dispositif de récepteurs). Si on ne procède pas ainsi, les stacks sont différents selon la direction. Toutefois, la configuration de flûtes, plus courtes que pour la compagne I, a réduit la couverture nominale, la ramenant de 12 à 6. Une séquence classique de traitement 3-D a été adaptée à l?échantillonnage à haute fréquence et elle a été complétée par deux programmes qui transforment le format non-conventionnel de nos données de navigation en un format standard de l?industrie. Dans l?ordre, le traitement comprend l?incorporation de la géométrie, suivi de l?édition des traces, de l?harmonisation des «bins» (pour compenser l?inhomogénéité de la couverture due à la dérive du bateau et de la flûte), de la correction de la divergence sphérique, du filtrage passe-bande, de l?analyse de vitesse, de la correction DMO en 3-D, du stack et enfin de la migration 3-D en temps. D?analyses de vitesse détaillées ont été effectuées sur les données de couverture 12, une ligne sur deux et tous les 50 CMP, soit un nombre total de 600 spectres de semblance. Selon cette analyse, les vitesses d?intervalles varient de 1450-1650 m/s dans les sédiments non-consolidés et de 1650-3000 m/s dans les sédiments consolidés. Le fait que l?on puisse interpréter plusieurs horizons et surfaces de faille dans le cube, montre le potentiel de cette technique pour une interprétation tectonique et géologique à petite échelle en trois dimensions. On distingue cinq faciès sismiques principaux et leurs géométries 3-D détaillées sur des sections verticales et horizontales: les sédiments lacustres (Holocène), les sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), la Molasse du Plateau, la Molasse Subalpine de la zone de faille (chevauchement) et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. Les couches de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine ont respectivement un pendage de ~8° et ~20°. La zone de faille comprend de nombreuses structures très déformées de pendage d?environ 30°. Des tests préliminaires avec un algorithme de migration 3-D en profondeur avant sommation et à amplitudes préservées démontrent que la qualité excellente des données de la campagne II permet l?application de telles techniques à des campagnes haute-résolution. La méthode de sismique marine 3-D était utilisée jusqu?à présent quasi-exclusivement par l?industrie pétrolière. Son adaptation à une échelle plus petite géographiquement mais aussi financièrement a ouvert la voie d?appliquer cette technique à des objectifs d?environnement et du génie civil.<br/><br/>An efficient high-resolution three-dimensional (3-D) seismic reflection system for small-scale targets in lacustrine settings was developed. In Lake Geneva, near the city of Lausanne, Switzerland, past high-resolution two-dimensional (2-D) investigations revealed a complex fault zone (the Paudèze thrust zone), which was subsequently chosen for testing our system. Observed structures include a thin (<40 m) layer of subhorizontal Quaternary sediments that unconformably overlie southeast-dipping Tertiary Molasse beds and the Paudèze thrust zone, which separates Plateau and Subalpine Molasse units. Two complete 3-D surveys have been conducted over this same test site, covering an area of about 1 km2. In 1999, a pilot survey (Survey I), comprising 80 profiles, was carried out in 8 days with a single-streamer configuration. In 2001, a second survey (Survey II) used a newly developed three-streamer system with optimized design parameters, which provided an exceptionally high-quality data set of 180 common midpoint (CMP) lines in 9 days. The main improvements include a navigation and shot-triggering system with in-house navigation software that automatically fires the gun in combination with real-time control on navigation quality using differential GPS (dGPS) onboard and a reference base near the lake shore. Shots were triggered at 5-m intervals with a maximum non-cumulative error of 25 cm. Whereas the single 48-channel streamer system of Survey I requires extrapolation of receiver positions from the boat position, for Survey II they could be accurately calculated (error <20 cm) with the aid of three additional dGPS antennas mounted on rafts attached to the end of each of the 24- channel streamers. Towed at a distance of 75 m behind the vessel, they allow the determination of feathering due to cross-line currents or small course variations. Furthermore, two retractable booms hold the three streamers at a distance of 7.5 m from each other, which is the same distance as the sail line interval for Survey I. With a receiver spacing of 2.5 m, the bin dimension of the 3-D data of Survey II is 1.25 m in in-line direction and 3.75 m in cross-line direction. The greater cross-line versus in-line spacing is justified by the known structural trend of the fault zone perpendicular to the in-line direction. The data from Survey I showed some reflection discontinuity as a result of insufficiently accurate navigation and positioning and subsequent binning errors. Observed aliasing in the 3-D migration was due to insufficient lateral sampling combined with the relatively high frequency (<2000 Hz) content of the water gun source (operated at 140 bars and 0.3 m depth). These results motivated the use of a double-chamber bubble-canceling air gun for Survey II. A 15 / 15 Mini G.I air gun operated at 80 bars and 1 m depth, proved to be better adapted for imaging the complexly faulted target area, which has reflectors dipping up to 30°. Although its frequencies do not exceed 650 Hz, this air gun combines a penetration of non-aliased signal to depths of 300 m below the water bottom (versus 145 m for the water gun) with a maximum vertical resolution of 1.1 m. While Survey I was shot in patches of alternating directions, the optimized surveying time of the new threestreamer system allowed acquisition in parallel geometry, which is preferable when using an asymmetric configuration (single source and receiver array). Otherwise, resulting stacks are different for the opposite directions. However, the shorter streamer configuration of Survey II reduced the nominal fold from 12 to 6. A 3-D conventional processing flow was adapted to the high sampling rates and was complemented by two computer programs that format the unconventional navigation data to industry standards. Processing included trace editing, geometry assignment, bin harmonization (to compensate for uneven fold due to boat/streamer drift), spherical divergence correction, bandpass filtering, velocity analysis, 3-D DMO correction, stack and 3-D time migration. A detailed semblance velocity analysis was performed on the 12-fold data set for every second in-line and every 50th CMP, i.e. on a total of 600 spectra. According to this velocity analysis, interval velocities range from 1450-1650 m/s for the unconsolidated sediments and from 1650-3000 m/s for the consolidated sediments. Delineation of several horizons and fault surfaces reveal the potential for small-scale geologic and tectonic interpretation in three dimensions. Five major seismic facies and their detailed 3-D geometries can be distinguished in vertical and horizontal sections: lacustrine sediments (Holocene) , glaciolacustrine sediments (Pleistocene), Plateau Molasse, Subalpine Molasse and its thrust fault zone. Dips of beds within Plateau and Subalpine Molasse are ~8° and ~20°, respectively. Within the fault zone, many highly deformed structures with dips around 30° are visible. Preliminary tests with 3-D preserved-amplitude prestack depth migration demonstrate that the excellent data quality of Survey II allows application of such sophisticated techniques even to high-resolution seismic surveys. In general, the adaptation of the 3-D marine seismic reflection method, which to date has almost exclusively been used by the oil exploration industry, to a smaller geographical as well as financial scale has helped pave the way for applying this technique to environmental and engineering purposes.<br/><br/>La sismique réflexion est une méthode d?investigation du sous-sol avec un très grand pouvoir de résolution. Elle consiste à envoyer des vibrations dans le sol et à recueillir les ondes qui se réfléchissent sur les discontinuités géologiques à différentes profondeurs et remontent ensuite à la surface où elles sont enregistrées. Les signaux ainsi recueillis donnent non seulement des informations sur la nature des couches en présence et leur géométrie, mais ils permettent aussi de faire une interprétation géologique du sous-sol. Par exemple, dans le cas de roches sédimentaires, les profils de sismique réflexion permettent de déterminer leur mode de dépôt, leurs éventuelles déformations ou cassures et donc leur histoire tectonique. La sismique réflexion est la méthode principale de l?exploration pétrolière. Pendant longtemps on a réalisé des profils de sismique réflexion le long de profils qui fournissent une image du sous-sol en deux dimensions. Les images ainsi obtenues ne sont que partiellement exactes, puisqu?elles ne tiennent pas compte de l?aspect tridimensionnel des structures géologiques. Depuis quelques dizaines d?années, la sismique en trois dimensions (3-D) a apporté un souffle nouveau à l?étude du sous-sol. Si elle est aujourd?hui parfaitement maîtrisée pour l?imagerie des grandes structures géologiques tant dans le domaine terrestre que le domaine océanique, son adaptation à l?échelle lacustre ou fluviale n?a encore fait l?objet que de rares études. Ce travail de thèse a consisté à développer un système d?acquisition sismique similaire à celui utilisé pour la prospection pétrolière en mer, mais adapté aux lacs. Il est donc de dimension moindre, de mise en oeuvre plus légère et surtout d?une résolution des images finales beaucoup plus élevée. Alors que l?industrie pétrolière se limite souvent à une résolution de l?ordre de la dizaine de mètres, l?instrument qui a été mis au point dans le cadre de ce travail permet de voir des détails de l?ordre du mètre. Le nouveau système repose sur la possibilité d?enregistrer simultanément les réflexions sismiques sur trois câbles sismiques (ou flûtes) de 24 traces chacun. Pour obtenir des données 3-D, il est essentiel de positionner les instruments sur l?eau (source et récepteurs des ondes sismiques) avec une grande précision. Un logiciel a été spécialement développé pour le contrôle de la navigation et le déclenchement des tirs de la source sismique en utilisant des récepteurs GPS différentiel (dGPS) sur le bateau et à l?extrémité de chaque flûte. Ceci permet de positionner les instruments avec une précision de l?ordre de 20 cm. Pour tester notre système, nous avons choisi une zone sur le Lac Léman, près de la ville de Lausanne, où passe la faille de « La Paudèze » qui sépare les unités de la Molasse du Plateau et de la Molasse Subalpine. Deux campagnes de mesures de sismique 3-D y ont été réalisées sur une zone d?environ 1 km2. Les enregistrements sismiques ont ensuite été traités pour les transformer en images interprétables. Nous avons appliqué une séquence de traitement 3-D spécialement adaptée à nos données, notamment en ce qui concerne le positionnement. Après traitement, les données font apparaître différents faciès sismiques principaux correspondant notamment aux sédiments lacustres (Holocène), aux sédiments glacio-lacustres (Pléistocène), à la Molasse du Plateau, à la Molasse Subalpine de la zone de faille et la Molasse Subalpine au sud de cette zone. La géométrie 3-D détaillée des failles est visible sur les sections sismiques verticales et horizontales. L?excellente qualité des données et l?interprétation de plusieurs horizons et surfaces de faille montrent le potentiel de cette technique pour les investigations à petite échelle en trois dimensions ce qui ouvre des voies à son application dans les domaines de l?environnement et du génie civil.