Organized complexity of the urban object

Over a half-century, space syntax has proven resilient as a theory and method for describing and analyzing the built environment from dwellings and complex buildings to cities. The paper briefly discusses resilience as a concept in the built environment and the foundations of space syntax itself. We summarize the body of the theoretical thinking in space syntax – laws of the urban object, generic function, principles of centrality and linearity, the design method of spatio-formal processes, and laws of spatial emergence-convergence – before offering a new hypothesis about laws of spatial conservation and spatial optimization at work in the built environment. The latter builds on Conroy-Dalton’s (2001) ideas about angularity and the conservation of linearity in movement. Both could provide an essential bridge with Carvalho and Penn’s (2004) concept of self-similarity in settlements, which relates to Batty and Longley’s (1994) notions of fractal cities. We argue the hypothesis of conservation-optimization defines the conceptual framework for the progressive and regressive practice of urban planning in settlements. We illustrate this theoretical discussion by demonstrating the resilience or replication of previous space syntax findings, and by drawing on new research about the history, spatial structure, and neighborhood logic of Metropolitan Doha.

Shape representation and coding of visual objets in multimedia applications — An overview

Emerging multimedia applications have created the need for new functionalities in digital communications. Whereas existing compression standards only deal with the audio-visual scene at a frame level, it is now necessary to handle individual objects separately, thus allowing scalable transmission as well as interactive scene recomposition by the receiver. The future MPEG-4 standard aims at providing compression tools addressing these functionalities. Unlike existing frame-based standards, the corresponding coding schemes need to encode shape information explicitly. This paper reviews existing solutions to the problem of shape representation and coding. Region and contour coding techniques are presented and their performance is discussed, considering coding efficiency and rate-distortion control capability, as well as flexibility to application requirements such as progressive transmission, low-delay coding, and error robustnes

Modélisation et distribution adaptatives de grandes scènes naturelles

Cette thèse traite de la modélisation et la diffusion de grandes scènes 3D naturelles. Nous visons à fournir des techniques pour permettre à des utilisateurs de naviguer à distance dans une scène 3D naturelle, tout en assurant la cohérence botanique et l'interactivité. Tout d'abord, nous fournissons une technique de compression multi-résolution, fondée sur la normalisation, l'instanciation, la décorrélation, et sur le codage entropique des informations géometriques pour des modèles de plantes. Ensuite, nous étudions la transmission efficace de ces objets 3D. L'algorithme de paquétisation proposé fonctionne pour la plupart des représentations multi-résolution d'objet 3D. Nous validons les techniques de paquétisation par des expériences sur un WAN (Wide Area Network), avec et sans contrôle de congestion (Datagram Congestion Control Protocol). Enfin, nous abordons les questions du streaming au niveau de la scène. Nous optimisons le traitement des requêtes du côté serveur en fournissant une structure de données adaptée et nous préparons le terrain pour nos travaux futurs sur l'évolutivité et le déploiement de systèmes distribués de streaming 3D. ABSTRACT : This thesis deals with the modeling and the interactive streaming of large natural 3D scenes. We aim at providing techniques to allow the remote walkthrough of users in a natural 3D scene ensuring botanical coherency and interactivity.First, we provide a compact and progressive representation for botanically realistic plant models. The topological structure and the geometry of the plants are represented by generalized cylinders. We provide a multi-resolution compression scheme, based on standardization and instantiation, on difference-based decorrelation, and on entropy coding. Then, we study efficient transmission of these 3D objects. The proposed packetization scheme works for any multi-resolution 3D representation. We validate our packetization schemes with extensive experiments over a WAN (Wide Area Network), with and without congestion control (Datagram Congestion Control Protocol). Finally, we address issues on streaming at the scene-level. We optimize the viewpoint culling requests on server-side by providing an adapted datastructure and we prepare the ground for our further work on scalability and deployment of distributed 3D streaming systems

Conception d'un modèle architectural collaboratif pour l'informatique omniprésente à la périphérie des réseaux mobiles

Le progrès des technologies de communication pair-à-pair et sans fil a de plus en plus permis l’intégration de dispositifs portables et omniprésents dans des systèmes distribués et des architectures informatiques de calcul dans le paradigme de l’internet des objets. De même, ces dispositifs font l'objet d'un développement technologique continu. Ainsi, ils ont toujours tendance à se miniaturiser, génération après génération durant lesquelles ils sont considérés comme des dispositifs de facto. Le fruit de ces progrès est l'émergence de l'informatique mobile collaborative et omniprésente, notamment intégrée dans les modèles architecturaux de l'Internet des Objets. L’avantage le plus important de cette évolution de l'informatique est la facilité de connecter un grand nombre d'appareils omniprésents et portables lorsqu'ils sont en déplacement avec différents réseaux disponibles. Malgré les progrès continuels, les systèmes intelligents mobiles et omniprésents (réseaux, dispositifs, logiciels et technologies de connexion) souffrent encore de diverses limitations à plusieurs niveaux tels que le maintien de la connectivité, la puissance de calcul, la capacité de stockage de données, le débit de communications, la durée de vie des sources d’énergie, l'efficacité du traitement de grosses tâches en termes de partitionnement, d'ordonnancement et de répartition de charge. Le développement technologique accéléré des équipements et dispositifs de ces modèles mobiles s'accompagne toujours de leur utilisation intensive. Compte tenu de cette réalité, plus d'efforts sont nécessaires à la fois dans la conception structurelle tant au matériel et logiciel que dans la manière dont il est géré. Il s'agit d'améliorer, d'une part, l'architecture de ces modèles et leurs technologies de communication et, d'autre part, les algorithmes d'ordonnancement et d'équilibrage de charges pour effectuer leurs travaux efficacement sur leurs dispositifs. Notre objectif est de rendre ces modèles omniprésents plus autonomes, intelligents et collaboratifs pour renforcer les capacités de leurs dispositifs, leurs technologies de connectivité et les applications qui effectuent leurs tâches. Ainsi, nous avons établi un modèle architectural autonome, omniprésent et collaboratif pour la périphérie des réseaux. Ce modèle s'appuie sur diverses technologies de connexion modernes telles que le sans-fil, la radiocommunication pair-à-pair, et les technologies offertes par LoPy4 de Pycom telles que LoRa, BLE, Wi-Fi, Radio Wi-Fi et Bluetooth. L'intégration de ces technologies permet de maintenir la continuité de la communication dans les divers environnements, même les plus sévères. De plus, ce modèle conçoit et évalue un algorithme d'équilibrage de charge et d'ordonnancement permettant ainsi de renforcer et améliorer son efficacité et sa qualité de service (QoS) dans différents environnements. L’évaluation de ce modèle architectural montre des avantages tels que l’amélioration de la connectivité et l’efficacité d’exécution des tâches. Advances in peer-to-peer and wireless communication technologies have increasingly enabled the integration of mobile and pervasive devices into distributed systems and computing architectures in the Internet of Things paradigm. Likewise, these devices are subject to continuous technological development. Thus, they always tend to be miniaturized, generation after generation during which they are considered as de facto devices. The success of this progress is the emergence of collaborative mobiles and pervasive computing, particularly integrated into the architectural models of the Internet of Things. The most important benefit of this form of computing is the ease of connecting a large number of pervasive and portable devices when they are on the move with different networks available. Despite the continual advancements that support this field, mobile and pervasive intelligent systems (networks, devices, software and connection technologies) still suffer from various limitations at several levels such as maintaining connectivity, computing power, ability to data storage, communication speeds, the lifetime of power sources, the efficiency of processing large tasks in terms of partitioning, scheduling and load balancing. The accelerated technological development of the equipment and devices of these mobile models is always accompanied by their intensive use. Given this reality, it requires more efforts both in their structural design and management. This involves improving on the one hand, the architecture of these models and their communication technologies, and, on the other hand, the scheduling and load balancing algorithms for the work efficiency. The goal is to make these models more autonomous, intelligent, and collaborative by strengthening the different capabilities of their devices, their connectivity technologies and the applications that perform their tasks. Thus, we have established a collaborative autonomous and pervasive architectural model deployed at the periphery of networks. This model is based on various modern connection technologies such as wireless, peer-to-peer radio communication, and technologies offered by Pycom's LoPy4 such as LoRa, BLE, Wi-Fi, Radio Wi-Fi and Bluetooth. The integration of these technologies makes it possible to maintain the continuity of communication in the various environments, even the most severe ones. Within this model, we designed and evaluated a load balancing and scheduling algorithm to strengthen and improve its efficiency and quality of service (QoS) in different environments. The evaluation of this architectural model shows payoffs such as improvement of connectivity and efficiency of task executions

Adaptive Modeling and Distribution of Large Natural Scenes

This thesis deals with the modeling and the interactive streaming of large natural 3D scenes. We aim at providing techniques to allow the remote walkthrough of users in a natural 3D scene ensuring botanical coherency and interactivity.First, we provide a compact and progressive representation for botanically realistic plant models. The topological structure and the geometry of the plants are represented by generalized cylinders. We provide a multi-resolution compression scheme, based on standardization and instantiation, on difference-based decorrelation, and on entropy coding. Then, we study efficient transmission of these 3D objects. The proposed packetization scheme works for any multi-resolution 3D representation. We validate our packetization schemes with extensive experiments over a WAN (Wide Area Network), with and without congestion control (Datagram Congestion Control Protocol). Finally, we address issues on streaming at the scene-level. We optimize the viewpoint culling requests on server-side by providing an adapted datastructure and we prepare the ground for our further work on scalability and deployment of distributed 3D streaming systems

L'apprentissage profond, une puissante alternative pour la reconnaissance d'intention

Ce mémoire s'inscrit dans la lignée d'une avancée de connaissances en reconnaissance d'intention, une discipline de recherche en intelligence artificielle visant à inférer les buts poursuivis par un individu à l'aide d'observations de son comportement. Ce problème, du fait de sa complexité, reste irrésolu dans les domaines réels: les voitures autonomes, les instruments de détection d'intrusion, les conseillers virtuels par messagerie et tant d'autres profiteraient encore actuellement d'une capacité de reconnaissance d'intention. Longtemps abordé sous l'angle de considérations symboliques spécifiées par des experts humains, le problème commence à être résolu par des approches récentes usant d'algorithmes d'apprentissage dans des contextes simples. Nous nous inspirons ici des progrès de l'apprentissage profond dans des domaines connexes pour en faire usage à des fins de reconnaissance de but à long-terme. Encore sous-exploité pour cette catégorie de problèmes, nous l'avons mis à l'épreuve pour résoudre les problèmes traités dans la littérature et cherchons à améliorer les performances de l'état de l'art. Pour ce faire, nous présentons trois articles de recherche. Le premier, accepté au workshop PAIR (Plan, Activity and Intent Recognition) lors de la conférence AAAI 2018 (Association for the Advancement of Artificial Intelligence), propose une comparaison expérimentale entre différentes architectures d'apprentissage profond et les méthodes symboliques de l'état de l'art. Nous montrons de ce fait que nos meilleurs résultats surpassent ces méthodes symboliques dans les domaines considérés. Le deuxième, publié sur arXiv, introduit une méthode pour permettre à un réseau de neurones de généraliser rapidement à plusieurs environnements grâce à une projection des données sur un espace intermédiaire et en s'inspirant des progrès du few-shot transfer learning. Enfin, le troisième, soumis à ICAPS 2020 (International Conference on Automated Planning and Scheduling), améliore encore les résultats précédents en fournissant aux réseaux des caractéristiques supplémentaires leur permettant de se projeter dans le futur avec une capacité d'imagination et de résoudre le principal défaut inhérent aux approches symboliques de l'état de l'art, à savoir la dépendance à une représentation approximée de l'environnement

The Impacts of Geography and Climate Change on Magdalenian Social Networks

abstract: This dissertation uses a comparative approach to investigate long-term human- environment interrelationships in times of climate change. It uses Geographical Information Systems and ecological models to reconstruct the Magdalenian (~20,000- 14,000 calibrated years ago) environments of the coastal mountainous zone of Cantabria (Northwest Spain) and the interior valleys of the Dordogne (Southwest France) to contextualize the social networks that could have formed during a time of high climate and resource variability. It simulates the formation of such networks in an agent-based model, which documents the processes underlying the formation of archaeological assemblages, and evaluates the potential impacts of climate-topography interactions on cultural transmission. This research then reconstructs the Magdalenian social networks visible through a multivariate statistical analysis of stylistic similarities among portable art objects. As these networks cannot be analyzed directly to infer social behavior, their characteristics are compared to the results of the agent-based model, which provide characteristics estimates of the Magdalenian latent social networks that most likely produced the empirical archaeological assemblage studied. This research contributes several new results, most of which point to the advantages of using an inter-disciplinary approach to the study of the archaeological record. It demonstrates the benefits of using an agent-based model to parse social data from long- term palimpsests. It shows that geographical and environmental contexts affect the structure of social networks, which in turn affects the transmission of ideas and goods that flow through it. This shows the presence of human-environment interactions that not only affected our ancestors’ reaction to resource insecurities, but also led them to innovate and improve the productivity of their own environment. However, it also suggests that such alterations may have reduced the populations’ resilience to strong climatic changes, and that the region with diverse resources provided a more stable and resilient environment than the region transformed to satisfy the immediate needs of its population.Dissertation/ThesisAppendix_D_Sites_DatesAppendix_E_Flowchart_Biome_ReconstructionAppendix_H_Flowchart_ABMAppendix_I_Flowchart_Social_NetworkAppendix_J_Portable_Art_ObjectsAppendix_J_Art_CharacteristicsAppendix_L_Poster_SummaryAppendix_A_Prehistoric_FaunaAppendix_B_Modern_PFT_DistributionAppendix_C_Prehistoric_PFT_DistributionDoctoral Dissertation Anthropology 201

Gestion de la Sécurité pour le Cyber-Espace - Du Monitorage Intelligent à la Configuration Automatique

The Internet has become a great integration platform capable of efficiently interconnecting billions of entities, from simple sensors to large data centers. This platform provides access to multiple hardware and virtualized resources (servers, networking, storage, applications, connected objects) ranging from cloud computing to Internet-of-Things infrastructures. From these resources that may be hosted and distributed amongst different providers and tenants, the building and operation of complex and value-added networked systems is enabled. These systems arehowever exposed to a large variety of security attacks, that are also gaining in sophistication and coordination. In that context, the objective of my research work is to support security management for the cyberspace, with the elaboration of new monitoring and configuration solutionsfor these systems. A first axis of this work has focused on the investigation of smart monitoring methods capable to cope with low-resource networks. In particular, we have proposed a lightweight monitoring architecture for detecting security attacks in low-power and lossy net-works, by exploiting different features provided by a routing protocol specifically developed for them. A second axis has concerned the assessment and remediation of vulnerabilities that may occur when changes are operated on system configurations. Using standardized vulnerability descriptions, we have designed and implemented dedicated strategies for improving the coverage and efficiency of vulnerability assessment activities based on versioning and probabilistic techniques, and for preventing the occurrence of new configuration vulnerabilities during remediation operations. A third axis has been dedicated to the automated configuration of virtualized resources to support security management. In particular, we have introduced a software-defined security approach for configuring cloud infrastructures, and have analyzed to what extent programmability facilities can contribute to their protection at the earliest stage, through the dynamic generation of specialized system images that are characterized by low attack surfaces. Complementarily, we have worked on building and verification techniques for supporting the orchestration of security chains, that are composed of virtualized network functions, such as firewalls or intrusion detection systems. Finally, several research perspectives on security automation are pointed out with respect to ensemble methods, composite services and verified artificial intelligence.L’Internet est devenu une formidable plateforme d’intégration capable d’interconnecter efficacement des milliards d’entités, de simples capteurs à de grands centres de données. Cette plateforme fournit un accès à de multiples ressources physiques ou virtuelles, allant des infra-structures cloud à l’internet des objets. Il est possible de construire et d’opérer des systèmes complexes et à valeur ajoutée à partir de ces ressources, qui peuvent être déployées auprès de différents fournisseurs. Ces systèmes sont cependant exposés à une grande variété d’attaques qui sont de plus en plus sophistiquées. Dans ce contexte, l’objectif de mes travaux de recherche porte sur une meilleure gestion de la sécurité pour le cyberespace, avec l’élaboration de nouvelles solutions de monitorage et de configuration pour ces systèmes. Un premier axe de ce travail s’est focalisé sur l’investigation de méthodes de monitorage capables de répondre aux exigences de réseaux à faibles ressources. En particulier, nous avons proposé une architecture de surveillance adaptée à la détection d’attaques dans les réseaux à faible puissance et à fort taux de perte, en exploitant différentes fonctionnalités fournies par un protocole de routage spécifiquement développépour ceux-ci. Un second axe a ensuite concerné la détection et le traitement des vulnérabilités pouvant survenir lorsque des changements sont opérés sur la configuration de tels systèmes. En s’appuyant sur des bases de descriptions de vulnérabilités, nous avons conçu et mis en œuvre différentes stratégies permettant d’améliorer la couverture et l’efficacité des activités de détection des vulnérabilités, et de prévenir l’occurrence de nouvelles vulnérabilités lors des activités de traitement. Un troisième axe fut consacré à la configuration automatique de ressources virtuelles pour la gestion de la sécurité. En particulier, nous avons introduit une approche de programmabilité de la sécurité pour les infrastructures cloud, et avons analysé dans quelle mesure celle-ci contribue à une protection au plus tôt des ressources, à travers la génération dynamique d’images systèmes spécialisées ayant une faible surface d’attaques. De façon complémentaire, nous avonstravaillé sur des techniques de construction automatique et de vérification de chaînes de sécurité, qui sont composées de fonctions réseaux virtuelles telles que pare-feux ou systèmes de détection d’intrusion. Enfin, plusieurs perspectives de recherche relatives à la sécurité autonome sont mises en évidence concernant l’usage de méthodes ensemblistes, la composition de services, et la vérification de techniques d’intelligence artificielle

Towards development of fuzzy spatial datacubes : fundamental concepts with example for multidimensional coastal erosion risk assessment and representation

Les systèmes actuels de base de données géodécisionnels (GeoBI) ne tiennent généralement pas compte de l'incertitude liée à l'imprécision et le flou des objets; ils supposent que les objets ont une sémantique, une géométrie et une temporalité bien définies et précises. Un exemple de cela est la représentation des zones à risque par des polygones avec des limites bien définies. Ces polygones sont créés en utilisant des agrégations d'un ensemble d'unités spatiales définies sur soit des intérêts des organismes responsables ou les divisions de recensement national. Malgré la variation spatio-temporelle des multiples critères impliqués dans l’analyse du risque, chaque polygone a une valeur unique de risque attribué de façon homogène sur l'étendue du territoire. En réalité, la valeur du risque change progressivement d'un polygone à l'autre. Le passage d'une zone à l'autre n'est donc pas bien représenté avec les modèles d’objets bien définis (crisp). Cette thèse propose des concepts fondamentaux pour le développement d'une approche combinant le paradigme GeoBI et le concept flou de considérer la présence de l’incertitude spatiale dans la représentation des zones à risque. En fin de compte, nous supposons cela devrait améliorer l’analyse du risque. Pour ce faire, un cadre conceptuel est développé pour créer un model conceptuel d’une base de donnée multidimensionnelle avec une application pour l’analyse du risque d’érosion côtier. Ensuite, une approche de la représentation des risques fondée sur la logique floue est développée pour traiter l'incertitude spatiale inhérente liée à l'imprécision et le flou des objets. Pour cela, les fonctions d'appartenance floues sont définies en basant sur l’indice de vulnérabilité qui est un composant important du risque. Au lieu de déterminer les limites bien définies entre les zones à risque, l'approche proposée permet une transition en douceur d'une zone à une autre. Les valeurs d'appartenance de plusieurs indicateurs sont ensuite agrégées basées sur la formule des risques et les règles SI-ALORS de la logique floue pour représenter les zones à risque. Ensuite, les éléments clés d'un cube de données spatiales floues sont formalisés en combinant la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. En plus, certains opérateurs d'agrégation spatiale floue sont présentés. En résumé, la principale contribution de cette thèse se réfère de la combinaison de la théorie des ensembles flous et le paradigme de GeoBI. Cela permet l’extraction de connaissances plus compréhensibles et appropriées avec le raisonnement humain à partir de données spatiales et non-spatiales. Pour ce faire, un cadre conceptuel a été proposé sur la base de paradigme GéoBI afin de développer un cube de données spatiale floue dans le system de Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) pour évaluer le risque de l'érosion côtière. Cela nécessite d'abord d'élaborer un cadre pour concevoir le modèle conceptuel basé sur les paramètres de risque, d'autre part, de mettre en œuvre l’objet spatial flou dans une base de données spatiales multidimensionnelle, puis l'agrégation des objets spatiaux flous pour envisager à la représentation multi-échelle des zones à risque. Pour valider l'approche proposée, elle est appliquée à la région Perce (Est du Québec, Canada) comme une étude de cas.Current Geospatial Business Intelligence (GeoBI) systems typically do not take into account the uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects; they assume that the objects have well-defined and exact semantics, geometry, and temporality. Representation of fuzzy zones by polygons with well-defined boundaries is an example of such approximation. This thesis uses an application in Coastal Erosion Risk Analysis (CERA) to illustrate the problems. CERA polygons are created using aggregations of a set of spatial units defined by either the stakeholders’ interests or national census divisions. Despite spatiotemporal variation of the multiple criteria involved in estimating the extent of coastal erosion risk, each polygon typically has a unique value of risk attributed homogeneously across its spatial extent. In reality, risk value changes gradually within polygons and when going from one polygon to another. Therefore, the transition from one zone to another is not properly represented with crisp object models. The main objective of the present thesis is to develop a new approach combining GeoBI paradigm and fuzzy concept to consider the presence of the spatial uncertainty in the representation of risk zones. Ultimately, we assume this should improve coastal erosion risk assessment. To do so, a comprehensive GeoBI-based conceptual framework is developed with an application for Coastal Erosion Risk Assessment (CERA). Then, a fuzzy-based risk representation approach is developed to handle the inherent spatial uncertainty related to vagueness and fuzziness of objects. Fuzzy membership functions are defined by an expert-based vulnerability index. Instead of determining well-defined boundaries between risk zones, the proposed approach permits a smooth transition from one zone to another. The membership values of multiple indicators (e.g. slop and elevation of region under study, infrastructures, houses, hydrology network and so on) are then aggregated based on risk formula and Fuzzy IF-THEN rules to represent risk zones. Also, the key elements of a fuzzy spatial datacube are formally defined by combining fuzzy set theory and GeoBI paradigm. In this regard, some operators of fuzzy spatial aggregation are also formally defined. The main contribution of this study is combining fuzzy set theory and GeoBI. This makes spatial knowledge discovery more understandable with human reasoning and perception. Hence, an analytical conceptual framework was proposed based on GeoBI paradigm to develop a fuzzy spatial datacube within Spatial Online Analytical Processing (SOLAP) to assess coastal erosion risk. This necessitates developing a framework to design a conceptual model based on risk parameters, implementing fuzzy spatial objects in a spatial multi-dimensional database, and aggregating fuzzy spatial objects to deal with multi-scale representation of risk zones. To validate the proposed approach, it is applied to Perce region (Eastern Quebec, Canada) as a case study