The 1st International Conference on Computational Engineering and Intelligent Systems

Computational engineering, artificial intelligence and smart systems constitute a hot multidisciplinary topic contrasting computer science, engineering and applied mathematics that created a variety of fascinating intelligent systems. Computational engineering encloses fundamental engineering and science blended with the advanced knowledge of mathematics, algorithms and computer languages. It is concerned with the modeling and simulation of complex systems and data processing methods. Computing and artificial intelligence lead to smart systems that are advanced machines designed to fulfill certain specifications. This proceedings book is a collection of papers presented at the first International Conference on Computational Engineering and Intelligent Systems (ICCEIS2021), held online in the period December 10-12, 2021. The collection offers a wide scope of engineering topics, including smart grids, intelligent control, artificial intelligence, optimization, microelectronics and telecommunication systems. The contributions included in this book are of high quality, present details concerning the topics in a succinct way, and can be used as excellent reference and support for readers regarding the field of computational engineering, artificial intelligence and smart system

The urban real-time traffic control (URTC) system : a study of designing the controller and its simulation

The growth of the number of automobiles on the roads in China has put higher demands on the traffic control system that needs to efficiently reduce the level of congestion occurrence, which increases travel delay, fuel consumption, and air pollution. The traffic control system, urban real-time traffic control system based on multi-agent (MA-URTC) is presented in this thesis. According to the present situation and the traffic's future development in China, the researches on intelligent traffic control strategy and simulation based on agent lays a foundation for the realization of the system. The thesis is organized as follows: The first part focuses on the intersection' real-time signal control strategy. It contains the limitations of current traffic control systems, application of artificial intelligence in the research, how to bring the dynamic traffic flow forecast into effect by combining the neural network with the genetic arithmetic, and traffic signal real-time control strategy based on fuzzy control. The author uses sorne simple simulation results to testify its superiority. We adopt the latest agent technology in designing the logical structure of the MA-URTC system. By exchanging traffic flows information among the relative agents, MA-URTC provides a new concept in urban traffic control. With a global coordination and cooperation on autonomy-based view of the traffic in cities, MA-URTC anticipates the congestion and control traffic flows. It is designed to support the real-time dynamic selection of intelligent traffic control strategy and the real-time communication requirements, together with a sufficient level of fault-tolerance. Due to the complexity and levity of urban traffic, none strategy can be universally applicable. The agent can independently choose the best scheme according to the real-time situation. To develop an advanced traffic simulation system it can be helpful for us to find the best scheme and the best switch-point of different schemes. Thus we can better deal with the different real-time traffic situations. The second part discusses the architecture and function of the intelligent traffic control simulation based on agent. Meanwhile the author discusses the design model of the vehicle-agent, road agent in traffic network and the intersection-agent so that we can better simulate the real-time environment. The vehicle-agent carries out the intelligent simulation based on the characteristics of the drivers in the actual traffic condition to avoid the disadvantage of the traditional traffic simulation system, simple-functioned algorithm of the vehicles model and unfeasible forecasting hypothesis. It improves the practicability of the whole simulation system greatly. The road agent's significance lies in its guidance of the traffic participants. It avoids the urban traffic control that depends on only the traffic signal control at intersection. It gives the traffic participants the most comfortable and direct guidance in traveling. It can also make a real-time and dynamic adjustment on the urban traffic flow, thus greatly lighten the pressure of signal control in intersection area. To sorne extent, the road agent is equal to the pre-caution mechanism. In the future, the construction of urban roads tends to be more intelligent. Therefore, the research on road agent is very important. All kinds of agents in MA-URTC are interconnected through a computer network. In the end, the author discusses the direction of future research. As the whole system is a multi-agent system, the intersection, the road and the vehicle belongs to multi-agent system respectively. So the emphasis should be put on the structure design and communication of all kinds of traffic agents in the system. Meanwhile, as an open and flexible real-time traffic control system, it is also concerned with how to collaborate with other related systems effectively, how to conform the resources and how to make the traffic participants anywhere throughout the city be in the best traffic guidance at all times and places. To actualize the genuine ITS will be our final goal. \ud ______________________________________________________________________________ \ud MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Artificial Intelligence, Computer simulation, Fuzzy control, Genetic Algorithm, Intelligent traffic control, ITS, Multi-agent, Neural Network, Real-time

Assessing remote sensing application on rangeland insurance in Canadian prairies

Part of the problem with implementing a rangeland insurance program is that the acreage of different pasture types, which is required in order to determine an indemnity payment, is difficult to measure on the ground over large areas. Remote sensing techniques provide a potential solution to this problem. This study applied single-date SPOT (Satellite Pour I’Observation de la Terre) imagery, field collected data, and geographic information system (GIS) data to study the classification of land cover and vegetation at species level. Two topographic correction models, Minnaert model and C-correction, and two classifying algorithms, maximum likelihood classifier (MLC) and artificial neural network (ANN), were evaluated. The feasibility of discriminating invasive crested wheatgrass from natives was investigated, and an exponential normalized difference vegetation index (ExpNDMI) was developed to increase the separability between crested wheatgrass and natives. Spectral separability index (SSI) was used to select proper bands and vegetation indices for classification. The results show that topographic corrections can be effective to reduce intra-class rediometric variation caused by topographic effect in the study area and improve the classification. An overall accuracy of 90.5% was obtained by MLC using Minnaert model corrected reflectance, and MLC obtained higher classification accuracy (~5%) than back-propagation based ANN. Topographic correction can reduce intra-class variation and improve classification accuracy at about 4% comparing to the original reflectance. The crested wheatgrass was over-estimated in this study, and the result indicated that single-date SPOT 5 image could not classify crested wheatgrass with satisfactory accuracy. However, the proposed ExpNDMI can reduce intra-class variation and enlarge inter-class variation, further, improve the ability to discriminate invasive crested wheatgrass from natives at 4% of overall accuracy. This study revealed that single-date SPOT image may perform an effective classification on land cover, and will provide a useful tool to update the land cover information in order to implement a rangeland insurance program

Soft computing applied to optimization, computer vision and medicine

Artificial intelligence has permeated almost every area of life in modern society, and its significance continues to grow. As a result, in recent years, Soft Computing has emerged as a powerful set of methodologies that propose innovative and robust solutions to a variety of complex problems. Soft Computing methods, because of their broad range of application, have the potential to significantly improve human living conditions. The motivation for the present research emerged from this background and possibility. This research aims to accomplish two main objectives: On the one hand, it endeavors to bridge the gap between Soft Computing techniques and their application to intricate problems. On the other hand, it explores the hypothetical benefits of Soft Computing methodologies as novel effective tools for such problems. This thesis synthesizes the results of extensive research on Soft Computing methods and their applications to optimization, Computer Vision, and medicine. This work is composed of several individual projects, which employ classical and new optimization algorithms. The manuscript presented here intends to provide an overview of the different aspects of Soft Computing methods in order to enable the reader to reach a global understanding of the field. Therefore, this document is assembled as a monograph that summarizes the outcomes of these projects across 12 chapters. The chapters are structured so that they can be read independently. The key focus of this work is the application and design of Soft Computing approaches for solving problems in the following: Block Matching, Pattern Detection, Thresholding, Corner Detection, Template Matching, Circle Detection, Color Segmentation, Leukocyte Detection, and Breast Thermogram Analysis. One of the outcomes presented in this thesis involves the development of two evolutionary approaches for global optimization. These were tested over complex benchmark datasets and showed promising results, thus opening the debate for future applications. Moreover, the applications for Computer Vision and medicine presented in this work have highlighted the utility of different Soft Computing methodologies in the solution of problems in such subjects. A milestone in this area is the translation of the Computer Vision and medical issues into optimization problems. Additionally, this work also strives to provide tools for combating public health issues by expanding the concepts to automated detection and diagnosis aid for pathologies such as Leukemia and breast cancer. The application of Soft Computing techniques in this field has attracted great interest worldwide due to the exponential growth of these diseases. Lastly, the use of Fuzzy Logic, Artificial Neural Networks, and Expert Systems in many everyday domestic appliances, such as washing machines, cookers, and refrigerators is now a reality. Many other industrial and commercial applications of Soft Computing have also been integrated into everyday use, and this is expected to increase within the next decade. Therefore, the research conducted here contributes an important piece for expanding these developments. The applications presented in this work are intended to serve as technological tools that can then be used in the development of new devices

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

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 Multi-Agent Logics, Languages, and Organisations Federated Workshops (MALLOW 2010)

http://ceur-ws.org/Vol-627/allproceedings.pdfInternational audienceMALLOW-2010 is a third edition of a series initiated in 2007 in Durham, and pursued in 2009 in Turin. The objective, as initially stated, is to "provide a venue where: the cost of participation was minimum; participants were able to attend various workshops, so fostering collaboration and cross-fertilization; there was a friendly atmosphere and plenty of time for networking, by maximizing the time participants spent together"

NASA Tech Briefs, December 1991

Topics include: Electronic Components and Circuits. Electronic Systems, Physical Sciences, Materials, Computer Programs, Mechanics, Machinery, Fabrication Technology, Mathematics and Information Sciences