Interpolation spatiale avec un réseau de neurones génératif comme alternative au krigeage

En géosciences, les méthodes d'interpolation spatiale peuvent être divisées en géostatistiques, non-géostatistiques ou hybrides. Le krigeage est une méthode couramment utilisée en géostatistique, sous l'hypothèse d'une distribution normale des données. De plus, il peut être très gourmand en ressources lorsqu'il est utilisé pour réaliser une interpolation avec un volume de données conséquent. Les méthodes non-géostatistiques ont bénéficié des avancées récentes des Réseaux Antagonistes Génératifs (GAN), mais elles exigent une quantité importante de données étiquetées pour produire des résultats performants. Les approches hybrides sont limitées de part leurs dépendances aux contraintes associées aux approches géostatistiques. Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode d'interpolation spatiale non-géostatistique par apprentissage profond, en se basant sur une technique de reconstruction d'image sans entraînement au préalable, permettant ainsi de surmonter les limites des GAN. Notre méthode utilise des connexions résiduelles et un sur-échantillonnage bi-cubique dans le but d'adapter la technique de reconstruction d'image à notre application. Elle s'appuie sur un réseau de neurones convolutifs pour produire une carte à partir d'une carte de valeurs aléatoires, en réduisant la différence entre la carte générée et les valeurs observées. L'approche proposée est évaluée sur un jeu de données de modèle numérique de terrain selon deux méthodes d'échantillonnage différentes : régulière et aléatoire. Les résultats montrent des performances supérieures par rapport à l'état de l'art des méthodes l'interpolation

Interpolation spatiale avec un réseau de neurones génératif comme alternative au krigeage

International audienceEn géosciences, les méthodes d'interpolation spatiale peuvent être divisées en géostatistiques, non-géostatistiques ou hybrides. Le krigeage est une méthode couramment utilisée en géostatistique, sous l'hypothèse d'une distribution normale des données. De plus, il peut être très gourmand en ressources lorsqu'il est utilisé pour réaliser une interpolation avec un volume de données conséquent. Les méthodes non-géostatistiques ont bénéficié des avancées récentes des Réseaux Antagonistes Génératifs (GAN), mais elles exigent une quantité importante de données étiquetées pour produire des résultats performants. Les approches hybrides sont limitées de part leurs dépendances aux contraintes associées aux approches géostatistiques. Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode d'interpolation spatiale non-géostatistique par apprentissage profond, en se basant sur une technique de reconstruction d'image sans entraînement au préalable, permettant ainsi de surmonter les limites des GAN. Notre méthode utilise des connexions résiduelles et un sur-échantillonnage bi-cubique dans le but d'adapter la technique de reconstruction d'image à notre application. Elle s'appuie sur un réseau de neurones convolutifs pour produire une carte à partir d'une carte de valeurs aléatoires, en réduisant la différence entre la carte générée et les valeurs observées. L'approche proposée est évaluée sur un jeu de données de modèle numérique de terrain selon deux méthodes d'échantillonnage différentes : régulière et aléatoire. Les résultats montrent des performances supérieures par rapport à l'état de l'art des méthodes l'interpolation

Interpolation spatiale avec un réseau de neurones génératif comme alternative au krigeage

International audienceEn géosciences, les méthodes d'interpolation spatiale peuvent être divisées en géostatistiques, non-géostatistiques ou hybrides. Le krigeage est une méthode couramment utilisée en géostatistique, sous l'hypothèse d'une distribution normale des données. De plus, il peut être très gourmand en ressources lorsqu'il est utilisé pour réaliser une interpolation avec un volume de données conséquent. Les méthodes non-géostatistiques ont bénéficié des avancées récentes des Réseaux Antagonistes Génératifs (GAN), mais elles exigent une quantité importante de données étiquetées pour produire des résultats performants. Les approches hybrides sont limitées de part leurs dépendances aux contraintes associées aux approches géostatistiques. Dans cet article, nous proposons une nouvelle méthode d'interpolation spatiale non-géostatistique par apprentissage profond, en se basant sur une technique de reconstruction d'image sans entraînement au préalable, permettant ainsi de surmonter les limites des GAN. Notre méthode utilise des connexions résiduelles et un sur-échantillonnage bi-cubique dans le but d'adapter la technique de reconstruction d'image à notre application. Elle s'appuie sur un réseau de neurones convolutifs pour produire une carte à partir d'une carte de valeurs aléatoires, en réduisant la différence entre la carte générée et les valeurs observées. L'approche proposée est évaluée sur un jeu de données de modèle numérique de terrain selon deux méthodes d'échantillonnage différentes : régulière et aléatoire. Les résultats montrent des performances supérieures par rapport à l'état de l'art des méthodes l'interpolation

Spatial Interpolation and Conditional Map Generation Using Deep Image Prior for Environmental Applications

International audienceKriging is the most widely used spatial interpolation method in geostatistics. For many environmental applications, kriging may have to satisfy the stationarity and isotropy hypothesis, and new techniques using machine learning suffer from a lack of labeled data. In this paper, we propose to use Deep Image Prior, which is a U-net-like deep neural network designed for image reconstruction, to perform spatial interpolation and conditional map generation without any prior learning. This approach allows to overcome the assumptions for kriging, as well as the lack of labeled data, while proposing uncertainty and probability above a certain threshold. The proposed method is based on a convolutional neural network that generates a map from random values by minimizing the difference between the output map and the observed values. From this new method of spatial interpolation, we generate n maps in order to have a map of uncertainty and a map of probability of exceeding the threshold. The conducted experiments demonstrate the relevance of the proposed methods for spatial interpolation, on both the well-known digital elevation model data and the more challenging case of pollution mapping. The obtained results with the three datasets demonstrate the competitive performance compared with state-of-the-art methods