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Applications of Emerging Smart Technologies in Farming Systems: A Review
The future of farming systems depends mainly on adopting innovative intelligent and smart technologies The agricultural sector s growth and progress are more critical to human survival than any other industry Extensive multidisciplinary research is happening worldwide for adopting intelligent technologies in farming systems Nevertheless when it comes to handling realistic challenges in making autonomous decisions and predictive solutions in farming applications of Information Communications Technologies ICT need to be utilized more Information derived from data worked best on year-to-year outcomes disease risk market patterns prices or customer needs and ultimately facilitated farmers in decision-making to increase crop and livestock production Innovative technologies allow the analysis and correlation of information on seed quality soil types infestation agents weather conditions etc This review analysis highlights the concept methods and applications of various futuristic cognitive innovative technologies along with their critical roles played in different aspects of farming systems like Artificial Intelligence AI IoT Neural Networks utilization of unmanned vehicles UAV Big data analytics Blok chain technology et
The role of Artificial Intelligence and distributed computing in IoT applications
[EN]The exchange of ideas between scientists and technicians, from both academic and business areas, is essential in order to ease the development of systems which can meet the demands of today’s society. Technology transfer in this field is still a challenge and, for that reason, this type of contributions are notably considered in this compilation. This book brings in discussions and publications concerning the development of innovative techniques of IoT complex problems. The technical program focuses both on high quality and diversity, with contributions in well-established and evolving areas of research. Specifically, 10 chapters were submitted to this book. The editors particularly encouraged and welcomed contributions on AI and distributed computing in IoT applications.Financed by regional government of Castilla y León and FEDER funds
The role of Artificial Intelligence and Distributed computing in IoT applications
[ES] La serie «El rol de la inteligencia artificial y la computación distribuida en las aplicaciones IoT» contiene publicaciones sobre la teoría y aplicaciones de la computación distribuida y la inteligencia artificial en el Internet de las cosas. Prácticamente todas las disciplinas como la ingeniería, las ciencias naturales, la informática y las ciencias de la información, las TIC, la economía, los negocios, el comercio electrónico, el medio ambiente, la salud y las ciencias de la vida están cubiertas. La lista de temas abarca todas las áreas de los sistemas inteligentes modernos y la informática como: inteligencia computacional, soft computing incluyendo redes neuronales, inteligencia social, inteligencia ambiental, sistemas auto-organizados y adaptativos, computación centrada en el ser humano y centrada en el ser humano, sistemas de recomendación, control inteligente, robótica y mecatrónica, incluida la colaboración entre el ser humano y la máquina, paradigmas basados en el conocimiento, paradigmas de aprendizaje, ética de la máquina, análisis inteligente de datos, gestión del conocimiento, agentes inteligentes, toma de decisiones inteligentes y apoyo, seguridad de la red inteligente, gestión de la confianza, entretenimiento interactivo, inteligencia de la Web y multimedia.
Las publicaciones en el marco de «El rol de la inteligencia artificial y la computación distribuida en las aplicaciones IoT» son principalmente las actas de seminarios, simposios y conferencias. Abarcan importantes novedades recientes en la materia, tanto de naturaleza fundacional como aplicable. Un importante rasgo característico de la serie es el corto tiempo de publicación. Esto permite una rápida y amplia difusión de los resultados de las investigaciones[EN] The series «The Role of Artificial Intelligence and Distributed Computing in IoT Applications» contains publications on the theory and applications of distributed computing and artificial intelligence in the Internet of Things. Virtually all disciplines such as engineering, natural sciences, computer and information sciences, ICT, economics, business, e-commerce, environment, health and life sciences are covered. The list of topics covers all areas of modern intelligent systems and computer science: computational intelligence, soft computing including neural networks, social intelligence, ambient intelligence, self-organising and adaptive systems, human-centred and people-centred computing, recommendation systems, intelligent control, robotics and mechatronics including human-machine collaboration, knowledge-based paradigms, learning paradigms, machine ethics, intelligent data analysis, knowledge management, intelligent agents, intelligent decision making and support, intelligent network security, trust management, interactive entertainment, web intelligence, and multimedia.
The publications in the framework of «The Role of Artificial Intelligence and Distributed Computing in IoT Applications» are mainly the proceedings of seminars, symposia and conferences. They cover important recent developments in the field, whether of a foundational or applicable character. An important feature of the series is the short publication time. This allows for the rapid and wide dissemination of research results
Data mining in manufacturing: a review based on the kind of knowledge
In modern manufacturing environments, vast amounts of data are collected in database management systems and data warehouses from all involved areas, including product and process design, assembly, materials planning, quality control, scheduling, maintenance, fault detection etc. Data mining has emerged as an important tool for knowledge acquisition from the manufacturing databases. This paper reviews the literature dealing with knowledge discovery and data mining applications in the broad domain of manufacturing with a special emphasis on the type of functions to be performed on the data. The major data mining functions to be performed include characterization and description, association, classification, prediction, clustering and evolution analysis. The papers reviewed have therefore been categorized in these five categories. It has been shown that there is a rapid growth in the application of data mining in the context of manufacturing processes and enterprises in the last 3 years. This review reveals the progressive applications and existing gaps identified in the context of data mining in manufacturing. A novel text mining approach has also been used on the abstracts and keywords of 150 papers to identify the research gaps and find the linkages between knowledge area, knowledge type and the applied data mining tools and techniques
A Review on Application of Artificial Intelligence Techniques in Microgrids
A microgrid can be formed by the integration of different components such as loads, renewable/conventional units, and energy storage systems in a local area. Microgrids with the advantages of being flexible, environmentally friendly, and self-sufficient can improve the power system performance metrics such as resiliency and reliability. However, design and implementation of microgrids are always faced with different challenges considering the uncertainties associated with loads and renewable energy resources (RERs), sudden load variations, energy management of several energy resources, etc. Therefore, it is required to employ such rapid and accurate methods, as artificial intelligence (AI) techniques, to address these challenges and improve the MG's efficiency, stability, security, and reliability. Utilization of AI helps to develop systems as intelligent as humans to learn, decide, and solve problems. This paper presents a review on different applications of AI-based techniques in microgrids such as energy management, load and generation forecasting, protection, power electronics control, and cyber security. Different AI tasks such as regression and classification in microgrids are discussed using methods including machine learning, artificial neural networks, fuzzy logic, support vector machines, etc. The advantages, limitation, and future trends of AI applications in microgrids are discussed.©2022 IEEE. Personal use of this material is permitted. Permission from IEEE must be obtained for all other uses, in any current or future media, including reprinting/republishing this material for advertising or promotional purposes, creating new collective works, for resale or redistribution to servers or lists, or reuse of any copyrighted component of this work in other works.fi=vertaisarvioitu|en=peerReviewed
A novel soft computing approach based on FIR to model and predict energy dynamic systems
Tesi en modalitat compendi de publicacionsWe are facing a global climate crisis that is demanding a change in the status quo of how we produce, distribute and consume energy. In the last decades, this is being redefined through Smart Grids(SG), an intelligent electrical network more observable, controllable, automated, fully integrated with energy services and the end-users. Most of the features and proposed SG scenarios are based on reliable, robust and fast energy predictions. For instance, for proper planning activities, such as generation, purchasing, maintenance and investment; for demand side management, like demand response programs; for energy trading, especially at local level, where productions and consumptions are more stochastics and dynamic; better forecasts also increase grid stability and thus supply security. A large variety of Artificial Intelligence(AI) techniques have been applied in the field of Short-term electricity Load Forecasting(SLF) at consumer level in low-voltage system, showing a better performance than classical techniques. Inaccuracy or failure in the SLF process may be translated not just in a non-optimal (low prediction accuracy) solution but also in frustration of end-users, especially in new services and functionalities that empower citizens. In this regard, some limitations have been observed in energy forecasting models based on AI such as robustness, reliability, accuracy and computation in the edge.
This research proposes and develops a new version of Fuzzy Inductive Reasoning(FIR), called Flexible FIR, to model and predict the electricity consumption of an entity in the low-voltage grid with high uncertainties, and information missing, as well as the capacity to be deployed either in the cloud or locally in a new version of Smart Meters(SMs) based on Edge Computing(EC). FIR has been proved to be a powerful approach for model identification and system ’s prediction over dynamic and complex processes in different real world domains but not yet in the energy domain. Thus, the main goal of this thesis is to demonstrate that a new version of FIR, more robust, reliable and accurate can be a referent Soft Computing(SC) methodology to model and predict dynamic systems in the energy domain and that it is scalable to an EC integration. The core developments of Flexible FIR have been an algorithm that can cope with missing information in the input values, as well as learn from instances with Missing Values(MVs) in the knowledge-based, without compromising significantly the accuracy of the predictions. Moreover, Flexible FIR comes with new forecasting strategies that can cope better with loss of causality of a variable and dispersion of output classes than classical k nearest neighbours, making the FIR forecasting process more reliable and robust. Furthermore, Flexible FIR addresses another major challenge modelling with SC techniques, which is to select best model parameters. One of the most important parameters in FIR is the number k of nearest neighbours to be used in the forecast process. The challenge to select the optimal k, dynamically, is addressed through an algorithm, called KOS(K nearest neighbour Optimal Selection), which has been developed and tested also with real world data. It computes a membership aggregation function of all the neighbours with respect their belonging to the output classes.While with KOS the optimal parameter k is found online, with other approaches such as genetic algorithms or reinforcement learning is not, which increases the computational time.Ens trobem davant una crisis climàtica global que exigeix un canvi al status quo de la manera que produïm, distribuïm i consumim energia. En les darreres dècades, està sent redefinit gràcies a les xarxa elèctriques intel·ligents(SG: Smart Grid) amb millor observabilitat, control, automatització, integrades amb nous serveis energètics i usuaris finals. La majoria de les funcionalitats i escenaris de les SG es basen en prediccions de la càrrega elèctrica confiables, robustes i ràpides. Per les prediccions de càrregues elèctriques a curt termini(SLF: Short-term electricity Load Forecasting), a nivell de consumidors al baix voltatge, s’han aplicat una gran varietat de tècniques intel·ligència Artificial(IA) mostrant millor rendiment que tècniques estadístiques tradicionals. Un baix rendiment en SLF, pot traduir-se no només en una solució no-òptima (baixa precisió de predicció) sinó també en la frustració dels usuaris finals, especialment en nous serveis i funcionalitats que empoderarien als ciutadans. En el marc d’aquesta investigació es proposa i desenvolupa una nova versió de la metodologia del Raonament Inductiu Difús(FIR: Fuzzy Inductive Reasoning), anomenat Flexible FIR, capaç de modelar i predir el consum d’electricitat d’una entitat amb un grau d’incertesa molt elevat, inclús amb importants carències d’informació (missing values). A més, Flexible FIR té la capacitat de desplegar-se al núvol, així como localment, en el que podria ser una nova versió de Smart Meters (SM) basada en tecnologia d’Edge Computing (EC). FIR ja ha demostrat ser una metodologia molt potent per la generació de models i prediccions en processos dinàmics en diferents àmbits, però encara no en el de l’energia. Per tant, l’objectiu principal d’aquesta tesis és demostrar que una versió millorada de FIR, més robusta, fiable i precisa pot consolidar-se com una metodologia Soft Computing SC) de referencia per modelar i predir sistemes dinàmics en aplicacions per al sector de l’energia i que és escalable a una integració d’EC. Les principals millores de Flexible FIR han estat, en primer lloc, el desenvolupament i test d’un algorisme capaç de processar els valors d’entrada d’un model FIR tot i que continguin Missing Values (MV). Addicionalment, aquest algorisme també permet aprendre d’instàncies amb MV en la matriu de coneixement d’un model FIR, sense comprometre de manera significativa la precisió de les prediccions. En segon lloc, s’han desenvolupat i testat noves estratègies per a la fase de predicció, comportant-se millor que els clàssics k veïns més propers quan ens trobem amb pèrdua de causalitat d’una variable i dispersió en les classes de sortida, aconseguint un procés d’aprenentatge i predicció més confiable i robust. En tercer lloc, Flexible FIR aborda un repte molt comú en tècniques de SC: l’òptima parametrització del model. En FIR, un dels paràmetres més determinants és el número k de veïns més propers que s’utilitzaran durant la fase de predicció. La selecció del millor valor de k es planteja de manera dinàmica a través de l’algorisme KOS (K nearest neighbour Optimal Selection) que s’ha desenvolupat i testat també amb dades reals. Mentre que amb KOS el paràmetre òptim de k es calcula online, altres enfocaments mitjançant algoritmes genètics o aprenentatge per reforç el càlcul és offline, incrementant significativament el temps de resposta, sent a més a més difícil la implantació en escenaris d’EC. Aquestes millores fan que Flexible FIR es pugui adaptar molt bé en aplicacions d’EC. En aquest sentit es proposa el concepte d’un SM de segona generació basat en EC, que integra Flexible FIR com mòdul de predicció d’electricitat executant-se en el propi dispositiu i un agent EC amb capacitat per el trading d'energia produïda localment.
Aquest agent executa un innovador mecanisme basat en incentius, anomenat NRG-X-Change que utilitza una nova moneda digital descentralitzada per l’intercanvi d’energia, que s’anomena NRGcoin.Estamos ante una crisis climática global que exige un cambio del status quo de la manera que producimos, distribuimos y consumimos energía. En las últimas décadas, este status quo está siendo redefinido debido a: la penetración de las energías renovables y la generación distribuida; nuevas tecnologías como baterías y paneles solares con altos rendimientos; y la forma en que se consume la energía, por ejemplo, a través de vehículos eléctricos o con la electrificación de los hogares. Estas palancas requieren una red eléctrica inteligente (SG: Smart Grid) con mayor observabilidad, control, automatización y que esté totalmente integrada con nuevos servicios energéticos, así como con sus usuarios finales. La mayoría de las funcionalidades y escenarios de las redes eléctricas inteligentes se basan en predicciones de la energía confiables, robustas y rápidas. Por ejemplo, para actividades de planificación como la generación, compra, mantenimiento e inversión; para la gestión de la demanda, como los programas de demand response; en el trading de electricidad, especialmente a nivel local, donde las producciones y los consumos son más estocásticos y dinámicos; una mejor predicción eléctrica también aumenta la estabilidad de la red y, por lo tanto, mejora la seguridad. Para las predicciones eléctricas a corto plazo (SLF: Short-term electricity Load Forecasting), a nivel de consumidores en el bajo voltaje, se han aplicado una gran variedad de técnicas de Inteligencia Artificial (IA) mostrando mejor rendimiento que técnicas estadísticas convencionales. Un bajo rendimiento en los modelos predictivos, puede traducirse no solamente en una solución no-óptima (baja precisión de predicción) sino también en frustración de los usuarios finales, especialmente en nuevos servicios y funcionalidades que empoderan a los ciudadanos. En este sentido, se han identificado limitaciones en modelos de predicción de energía basados en IA, como la robustez, fiabilidad, precisión i computación en el borde.
En el marco de esta investigación se propone y desarrolla una nueva versión de la metodología de Razonamiento Inductivo Difuso (FIR: Fuzzy Inductive Reasoning), que hemos llamado Flexible FIR, capaz de modelar y predecir el consumo de electricidad de una entidad con altos grados de incertidumbre e incluso con importantes carencias de información (missing values). Además, Flexible FIR tiene la capacidad de desplegarse en la nube, así como localmente, en lo que podría ser una nueva versión de Smart Meters (SM) basada en tecnología de Edge Computing (EC). En el pasado, ya se ha demostrado que FIR es una metodología muy potente para la generación de modelos y predicciones en procesos dinámicos, sin embargo, todavía no ha sido demostrado en el campo de la energía. Por tanto, el objetivo principal de esta tesis es demostrar que una versión mejorada de FIR, más robusta, fiable y precisa puede consolidarse como metodología Soft Computing (SC) de referencia para modelar y predecir sistemas dinámicos en aplicaciones para el sector de la energía y que es escalable hacia una integración de EC.
Las principales mejoras en Flexible FIR han sido, en primer lugar, el desarrollo y testeo de un algoritmo capaz de procesar los valores de entrada en un modelo FIR a pesar de que contengan Missing Values (MV). Además, dicho algoritmo también permite aprender de instancias con MV en la matriz de conocimiento de un modelo FIR, sin comprometer de manera significativa la precisión de las predicciones. En segundo lugar, se han desarrollado y testeado nuevas estrategias para la fase de predicción de un modelo FIR, comportándose mejor que los clásicos k vecinos más cercanos ante la pérdida de causalidad de una variable y dispersión de clases de salida, consiguiendo un proceso de aprendizaje y predicción más confiable y robusto. En tercer lugar, Flexible FIR aborda un desafío muy común en técnicas de SC: la óptima parametrización del modelo. En FIR, uno de los parámetros más determinantes es el número k de vecinos más cercanos que se utilizarán en la fase de predicción. La selección del mejor valor de k se plantea de manera dinámica a través del algoritmo KOS (K nearest neighbour Optimal Selection) que se ha desarrollado y probado también con datos reales. Dicho algoritmo calcula una función de membresía agregada, de todos los vecinos, con respecto a su pertenencia a las clases de salida. Mientras que con KOS el parámetro óptimo de k se calcula online, otros enfoques mediante algoritmos genéticos o aprendizaje por refuerzo, el cálculo es offline incrementando significativamente el tiempo de respuesta, siendo además difícil su implantación en escenarios de EC.
Estas mejoras hacen que Flexible FIR se adapte muy bien en aplicaciones de EC, en las que la analítica de datos en streaming debe ser fiable, robusta y con un modelo suficientemente ligero para ser ejecutado en un IoT Gateway o dispositivos más pequeños. También, en escenarios con poca conectividad donde el uso de la computación en la nube es limitado y los parámetros del modelo se calculan localmente. Con estas premisas, en esta tesis, se propone el concepto de un SM de segunda generación basado en EC, que integra Flexible FIR como módulo de predicción de electricidad ejecutándose en el dispositivo y un agente EC con capacidad para el trading de energía producida localmente. Dicho agente ejecuta un novedoso mecanismo basado en incentivos, llamado NRG-X-Change que utiliza una nueva moneda digital descentralizada para el intercambio de energía, llamada NRGcoin.Postprint (published version
Fuzzy Logic in Decision Support: Methods, Applications and Future Trends
During the last decades, the art and science of fuzzy logic have witnessed significant developments and have found applications in many active areas, such as pattern recognition, classification, control systems, etc. A lot of research has demonstrated the ability of fuzzy logic in dealing with vague and uncertain linguistic information. For the purpose of representing human perception, fuzzy logic has been employed as an effective tool in intelligent decision making. Due to the emergence of various studies on fuzzy logic-based decision-making methods, it is necessary to make a comprehensive overview of published papers in this field and their applications. This paper covers a wide range of both theoretical and practical applications of fuzzy logic in decision making. It has been grouped into five parts: to explain the role of fuzzy logic in decision making, we first present some basic ideas underlying different types of fuzzy logic and the structure of the fuzzy logic system. Then, we make a review of evaluation methods, prediction methods, decision support algorithms, group decision-making methods based on fuzzy logic. Applications of these methods are further reviewed. Finally, some challenges and future trends are given from different perspectives. This paper illustrates that the combination of fuzzy logic and decision making method has an extensive research prospect. It can help researchers to identify the frontiers of fuzzy logic in the field of decision making
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