Two-Stage Multi-Objective Meta-Heuristics for Environmental and Cost-Optimal Energy Refurbishment at District Level

Energy efficiency and environmental performance optimization at the district level are following an upward trend mostly triggered by minimizing the Global Warming Potential (GWP) to 20% by 2020 and 40% by 2030 settled by the European Union (EU) compared with 1990 levels. This paper advances over the state of the art by proposing two novel multi-objective algorithms, named Non-dominated Sorting Genetic Algorithm (NSGA-II) and Multi-Objective Harmony Search (MOHS), aimed at achieving cost-effective energy refurbishment scenarios and allowing at district level the decision-making procedure. This challenge is not trivial since the optimisation process must provide feasible solutions for a simultaneous environmental and economic assessment at district scale taking into consideration highly demanding real-based constraints regarding district and buildings’ specific requirements. Consequently, in this paper, a two-stage optimization methodology is proposed in order to reduce the energy demand and fossil fuel consumption with an affordable investment cost at building level and minimize the total payback time while minimizing the GWP at district level. Aimed at demonstrating the effectiveness of the proposed two-stage multi-objective approaches, this work presents simulation results at two real district case studies in Donostia-San Sebastian (Spain) for which up to a 30% of reduction of GWP at district level is obtained for a Payback Time (PT) of 2–3 years.Part of this work has been developed from results obtained during the H2020 “Optimised Energy Efficient Design Platform for Refurbishment at District Level” (OptEEmAL) project, Grant No. 680676

Advanced meta-heuristic approaches and their application to operational optimization in forest wildfire management

La última década ha sido testigo de un aumento vertiginoso de la cantidad y frecuencia de desastres a gran escala, principalmente debido a los fenómenos devastadores derivados de paradigmas climatológicos y ambientales a gran escala como el calentamiento global. De entre ellos son las inundaciones, huracanes y terremotos los desastres de mayor frecuencia de aparición y fatales consecuencias durante este período, tal como certifican los más de 20.000 muertos a consecuencia de un terremoto en la región de Gujarat (India) en 2001, o las 230.000 y 316.000 pérdidas humanas de los terremotos de Indonesia y Haití en 2004 y 2010, respectivamente. En este contexto, el enfoque de esta tesis se centra en una casuística concreta de desastre a media-gran escala cuya frecuencia y severidad han crecido de manera igualmente preocupante en los últimos tiempos: los incendios, definidos como un fuego de grandes dimensiones no voluntariamente iniciado por el ser humano, y que afecta a aquello que no está destinado a quemarse. Pese a la diversidad de iniciativas, campañas y procedimientos orientados a la minimización del impacto y las consecuencias de los incendios, varios sucesos fatales acontecidos en los últimos años han puesto en duda la efectividad de las políticas actuales de gestión de recursos contra incendios como aeronaves, vehículos terrestres, equipamiento de comunicaciones radio, logística de abastecimiento y las brigadas desplegadas en el área afectada. Un ejemplo manifiesto de esta falta de eficacia es la muerte de once bomberos ocurrida en un incendio de 130 kilómetros cuadrados en la zona de Guadalajara (España) en 2005, oficialmente atribuida a una deficiente coordinación entre el puesto de mando y los equipos de extinción debida, fundamentalmente, a problemas de cobertura en los sistemas de radiocomunicación. Aunque la causa de esta falta de coordinación ha sido cuestionada por las autoridades y los agentes involucrados desde entonces, lo cierto es que este suceso supone un ejemplo evidente de la necesidad de estudiar y desarrollar herramientas algorítmicas que ayuden al personal de comandancia a ejecutar óptimamente sus tareas de coordinación y control. Desafortunadamente la coyuntura de crisis económica mundial que azota con especial fuerza los países del Sur de Europa ha mermado dramáticamente las partidas presupuestarias para la prevención y extinción de incendios en beneficio de programas nacionales de reducción de déficit. A consecuencia de estos recortes, el coste ha irrumpido con fuerza como un criterio de extrema relevancia en la planificación operativa de este tipo de desastres: desde la perspectiva de un problema de optimización, los recursos contra incendios son actualmente gestionados con el objetivo fundamental de maximizar su efectividad contra incendios, sujeto a la restricción de que el coste agregado asociado a las decisiones tomadas no supere un determinado umbral presupuestario. Pese a que estas restricciones de coste están bien acotadas, en la práctica la mayoría de los procedimientos de gestión de recursos contra incendios están fuertemente determinados por la capacidad limitada del ser humano para tomar decisiones ágiles en escenarios de elevada complejidad y heterogeneidad. Por los motivos anteriormente expuestos, la presente Tesis doctoral propone la adopción de algoritmos meta-heurísticos para solventar eficientemente problemas de optimización que modelan procesos de gestión de recursos contra incendios. Esta familia de algoritmos de optimización es capaz de explorar el espacio solución de un problema dado merced a la aplicación iterativa de mecanismos inteligentes de búsqueda explorativa y explotativa, produciendo soluciones que sacrifican calidad por una complejidad computacional menor en comparación con la resultante de procesos determinísticos de búsqueda exhaustiva. En particular la Tesis plantea la búsqueda por harmonía (del inglés Harmony Search) como la técnica meta-heurística de optimización común a las herramientas diseñadas para la gestión de recursos en dos escenarios diferentes: ? El primer escenario analizado contempla el despliegue óptimo de redes de comunicación inalámbrica para la coordinación de equipos de extinción en incendios forestales de gran escala. Desde el punto de vista formal, el problema del despliegue dinámico de retransmisores que caracteriza matemáticamente este escenario consiste en estimar el número y localización de los retransmisores radio que deben ser desplegados en el área afectada por el incendio, de tal modo que el número de nodos móviles (i.e. recursos) con cobertura radio es maximizado a un coste del despliegue mínimo. A fin de reflejar la diversidad de equipamiento de retransmisión radio existente en la realidad, este problema es reformulado para considerar modelos de retransmisor con diferentes características de cobertura y coste. El problema resultante es resuelto de manera eficiente mediante sendos algoritmos mono- y bi-objetivo que conjugan 1) la Búsqueda por Harmonía como método de búsqueda global; y 2) una versión modificada del algoritmo de agrupación K-means como técnica de búsqueda local. El desempeño de los métodos propuestos es evaluado mediante experimentos numéricos basados en datos estadísticos reales de la Comunidad de Castilla la Mancha (España), merced a cuyos resultados queda certificada su practicidad a la hora de desplegar infraestructura de comunicación en este tipo de desastres. ? El segundo escenario bajo estudio se concentra en el despliegue y planificación óptima de vehículos aéreos de extinción de incendios basados en estimaciones predictivas del riesgo de incendio de una cierta área geográfica. De manera enunciativa, el problema subyacente busca la asignación de recursos a aeródromos y aeropuertos con restricciones de capacidad que maximice la utilidad de dichos recursos en relación al riesgo de incendio y minimice, a su vez, el coste de ejecutar dicha asignación. La formulación de este problema también considera, dentro de la definición de dicha función de utilidad, la distancia relativa entre aeropuerto, punto de potencial riesgo de incendio y el recurso acuífero (lago, río o mar) más cercano. Para su resolución eficiente se propone el uso de algoritmos de optimización basados, de nuevo, en la Búsqueda por Harmonía, incorporando además métodos voraces de reparación capacitiva. La aplicabilidad práctica de estos métodos es validada mediante experimentos numéricos en escenarios sintéticos y un caso práctico que incluye valores reales del riesgo de incendio, posiciones de recursos acuíferos e instalaciones aeroportuarias. En resumen, esta Tesis evidencia, desde un punto de vista práctico, que la meta-heurística moderna supone una solución algorítmica computacionalmente eficiente para tratar problemas de gestión de recursos contra incendios sujetos a restricciones de coste

Proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC 1990)

Presented here are the proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC), held June 17-20, 1990 in Ottawa, Canada. Topics covered include future mobile satellite communications concepts, aeronautical applications, modulation and coding, propagation and experimental systems, mobile terminal equipment, network architecture and control, regulatory and policy considerations, vehicle antennas, and speech compression

Adaptive Coded Modulation Classification and Spectrum Sensing for Cognitive Radio Systems. Adaptive Coded Modulation Techniques for Cognitive Radio Using Kalman Filter and Interacting Multiple Model Methods

The current and future trends of modern wireless communication systems place heavy demands on fast data transmissions in order to satisfy end users’ requirements anytime, anywhere. Such demands are obvious in recent applications such as smart phones, long term evolution (LTE), 4 & 5 Generations (4G & 5G), and worldwide interoperability for microwave access (WiMAX) platforms, where robust coding and modulations are essential especially in streaming on-line video material, social media and gaming. This eventually resulted in extreme exhaustion imposed on the frequency spectrum as a rare natural resource due to stagnation in current spectrum management policies. Since its advent in the late 1990s, cognitive radio (CR) has been conceived as an enabling technology aiming at the efficient utilisation of frequency spectrum that can lead to potential direct spectrum access (DSA) management. This is mainly attributed to its internal capabilities inherited from the concept of software defined radio (SDR) to sniff its surroundings, learn and adapt its operational parameters accordingly. CR systems (CRs) may commonly comprise one or all of the following core engines that characterise their architectures; namely, adaptive coded modulation (ACM), automatic modulation classification (AMC) and spectrum sensing (SS). Motivated by the above challenges, this programme of research is primarily aimed at the design and development of new paradigms to help improve the adaptability of CRs and thereby achieve the desirable signal processing tasks at the physical layer of the above core engines. Approximate modelling of Rayleigh and finite state Markov channels (FSMC) with a new concept borrowed from econometric studies have been approached. Then insightful channel estimation by using Kalman filter (KF) augmented with interacting multiple model (IMM) has been examined for the purpose of robust adaptability, which is applied for the first time in wireless communication systems. Such new IMM-KF combination has been facilitated in the feedback channel between wireless transmitter and receiver to adjust the transmitted power, by using a water-filling (WF) technique, and constellation pattern and rate in the ACM algorithm. The AMC has also benefited from such IMM-KF integration to boost the performance against conventional parametric estimation methods such as maximum likelihood estimate (MLE) for channel interrogation and the estimated parameters of both inserted into the ML classification algorithm. Expectation-maximisation (EM) has been applied to examine unknown transmitted modulation sequences and channel parameters in tandem. Finally, the non-parametric multitaper method (MTM) has been thoroughly examined for spectrum estimation (SE) and SS, by relying on Neyman-Pearson (NP) detection principle for hypothesis test, to allow licensed primary users (PUs) to coexist with opportunistic unlicensed secondary users (SUs) in the same frequency bands of interest without harmful effects. The performance of the above newly suggested paradigms have been simulated and assessed under various transmission settings and revealed substantial improvements

Abstracts on Radio Direction Finding (1899 - 1995)

The files on this record represent the various databases that originally composed the CD-ROM issue of "Abstracts on Radio Direction Finding" database, which is now part of the Dudley Knox Library's Abstracts and Selected Full Text Documents on Radio Direction Finding (1899 - 1995) Collection. (See Calhoun record https://calhoun.nps.edu/handle/10945/57364 for further information on this collection and the bibliography). Due to issues of technological obsolescence preventing current and future audiences from accessing the bibliography, DKL exported and converted into the three files on this record the various databases contained in the CD-ROM. The contents of these files are: 1) RDFA_CompleteBibliography_xls.zip [RDFA_CompleteBibliography.xls: Metadata for the complete bibliography, in Excel 97-2003 Workbook format; RDFA_Glossary.xls: Glossary of terms, in Excel 97-2003 Workbookformat; RDFA_Biographies.xls: Biographies of leading figures, in Excel 97-2003 Workbook format]; 2) RDFA_CompleteBibliography_csv.zip [RDFA_CompleteBibliography.TXT: Metadata for the complete bibliography, in CSV format; RDFA_Glossary.TXT: Glossary of terms, in CSV format; RDFA_Biographies.TXT: Biographies of leading figures, in CSV format]; 3) RDFA_CompleteBibliography.pdf: A human readable display of the bibliographic data, as a means of double-checking any possible deviations due to conversion

Graduate School: Course Decriptions, 1972-73

Official publication of Cornell University V.64 1972/7

進化的アルゴリズムにおける集団構造の研究

富山大学・富理工博甲第171号・王藝叡・2020/3/24富山大学202

Management: A continuing bibliography with indexes

This biliography lists 919 reports, articles, and other documents introduced into the NASA scientific and technical information system in 1981

UMSL Bulletin 2019-2020

The University Bulletin/Course Catalog 2019-2020 Edition.https://irl.umsl.edu/bulletin/1083/thumbnail.jp