Terrain Representation And Reasoning In Computer Generated Forces : A Survey Of Computer Generated Forces Systems And How They Represent And Reason About Terrain

Report on a survey of computer systems used to produce realistic or intelligent behavior by autonomous entities in simulation systems. In particular, it is concerned with the data structures used by computer generated forces systems to represent terrain and the algorithmic approaches used by those systems to reason about terrain

A comparison of open-source LiDAR filtering algorithms in a mediterranean forest environment

Light detection and ranging (LiDAR) is an emerging remote-sensing technology with potential to assist in mapping, monitoring, and assessment of forest resources. Despite a growing body of peer-reviewed literature documenting the filtering methods of LiDAR data, there seems to be little information about qualitative and quantitative assessment of filtering methods to select the most appropriate to create digital elevation models with the final objective of normalizing the point cloud in forestry applications. Furthermore, most algorithms are proprietary and have high purchase costs, while a few are openly available and supported by published results. This paper compares the accuracy of seven discrete return LiDAR filtering methods, implemented in nonproprietary tools and software in classification of the point clouds provided by the Spanish National Plan for Aerial Orthophotography (PNOA). Two test sites in moderate to steep slopes and various land cover types were selected. The classification accuracy of each algorithm was assessed using 424 points classified by hand and located in different terrain slopes, cover types, point cloud densities, and scan angles. MCC filter presented the best overall performance with an 83.3% of success rate and a Kappa index of 0.67. Compared to other filters, MCC and LAStools balanced quite well the error rates. Sprouted scrub with abandoned logs, stumps, and woody debris and terrain slopes over 15° were the most problematic cover types in filtering. However, the influence of point density and scan-angle variables in filtering is lower, as morphological methods are less sensitive to them

Application of general semi-infinite Programming to Lapidary Cutting Problems

We consider a volume maximization problem arising in gemstone cutting industry. The problem is formulated as a general semi-infinite program (GSIP) and solved using an interiorpoint method developed by Stein. It is shown, that the convexity assumption needed for the convergence of the algorithm can be satisfied by appropriate modelling. Clustering techniques are used to reduce the number of container constraints, which is necessary to make the subproblems practically tractable. An iterative process consisting of GSIP optimization and adaptive refinement steps is then employed to obtain an optimal solution which is also feasible for the original problem. Some numerical results based on realworld data are also presented

Streamflow Modeling in a Highly Managed Mountainous Glacier Watershed Using SWAT: The Upper Rhone River Watershed Case in Switzerland

Streamflow simulation is often challenging in mountainous watersheds because of irregular topography and complex hydrological processes. Rates of change in precipitation and temperature with respect to elevation often limit the ability to reproduce stream runoff by hydrological models. Anthropogenic influence, such as water transfers in high altitude hydropower reservoirs increases the difficulty in modeling since the natural flow regime is altered by long term storage of water in the reservoirs. The Soil and Water Assessment Tool (SWAT) was used for simulating streamflow in the upper Rhone watershed located in the south western part of Switzerland. The catchment area covers 5220km2, where most of the land cover is dominated by forest and 14% is glacier. Streamflow calibration was done at daily time steps for the period of 2001-2005, and validated for 2006-2010. Two different approaches were used for simulating snow and glacier melt process, namely the temperature index approach with and without elevation bands. The hydropower network was implemented based on the intake points that form part of the inter-reservoir network. Subbasins were grouped into two major categories with glaciers and without glaciers for simulating snow and glacier melt processes. Model performance was evaluated both visually and statistically where a good relation between observed and simulated discharge was found. Our study suggests that a proper configuration of the network leads to better model performance despite the complexity that arises for water transaction. Implementing elevation bands generates better results than without elevation bands. Results show that considering all the complexity arising from natural variability and anthropogenic influences, SWAT performs well in simulating runoff in the upper Rhone watershed. Findings from this study can be applicable for high elevation snow and glacier dominated catchments with similar hydro-physiographic constraint

A relocatable ocean model in support of environmental emergencies

During the Costa Concordia emergency case, regional, subregional, and relocatable ocean models have been used together with the oil spill model, MEDSLIK-II, to provide ocean currents forecasts, possible oil spill scenarios, and drifters trajectories simulations. The models results together with the evaluation of their performances are presented in this paper. In particular, we focused this work on the implementation of the Interactive Relocatable Nested Ocean Model (IRENOM), based on the Harvard Ocean Prediction System (HOPS), for the Costa Concordia emergency and on its validation using drifters released in the area of the accident. It is shown that thanks to the capability of improving easily and quickly its configuration, the IRENOM results are of greater accuracy than the results achieved using regional or subregional model products. The model topography, and to the initialization procedures, and the horizontal resolution are the key model settings to be configured. Furthermore, the IRENOM currents and the MEDSLIK-II simulated trajectories showed to be sensitive to the spatial resolution of the meteorological fields used, providing higher prediction skills with higher resolution wind forcing.MEDESS4MS Project; TESSA Project; MyOcean2 Projectinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Sea trial results of a predictive algorithm at the Mutriku Wave power plant and controllers assessment based on a detailed plant model

Improving the power production in wave energy plants is essential to lower the cost of energy production from this type of installations. Oscillating Water Column is among the most studied technologies to convert the wave energy into a useful electrical one. In this paper, three control algorithms are developed to control the biradial turbine installed in the Mutriku Wave Power Plant. The work presents a comparison of their main advantages and drawbacks first from numerical simulation results and then with practical implementation in the real plant, analysing both performance and power integration into the grid. The wave-to-wire model used to develop and assess the controllers is based on linear wave theory and adjusted with operational data measured at the plant. Three different controllers which use the generator torque as manipulated variable are considered. Two of them are adaptive controllers and the other one is a nonlinear Model Predictive Control (MPC) algorithm which uses information about the future waves to compute the control actions. The best adaptive controller and the predictive one are then tested experimentally in the real power plant of Mutriku, and the performance analysis is completed with operational results. A real time sensor installed in front of the plant gives information on the incoming waves used by the predictive algorithm. Operational data are collected during a two-week testing period, enabling a thorough comparison. An overall increase over 30% in the electrical power production is obtained with the predictive control law in comparison with the reference adaptive controller.The work was funded by European Union's Horizon 2020 research and innovation program, OPERA Project under grantagreement No 654444, and the Basque Government under project IT1324-19. We acknowledge Ente Vasco de la Energía (EVE) for theaccess of the Mutriku plant and Oceantec in their support during the sea trials. The authors thank Joannes Berques (Tecnalia) for hiscontribution on the wave climate analysis at Mutriku and Borja de Miguel (IDOM) for his insights on the hydrodynamics modelling. Special thanks go to Temoana Menard in the study of the polytropic air model during its internship at Tecnalia

Assessment of climate change and development of data based prediction models of sediment yields in Upper Indus Basin

Hohe Raten von Sedimentflüssen und ihre Schätzungen in Flusseinzugsgebieten erfordern die Auswahl effizienter Quantifizierungsansätze mit einem besseren Verständnis der dominierten Faktoren, die den Erosionsprozess auf zeitlicher und räumlicher Ebene steuern. Die vorherige Bewertung von Einflussfaktoren wie Abflussvariation, Klima, Landschaft und Fließprozess ist hilfreich, um den geeigneten Modellierungsansatz zur Quantifizierung der Sedimenterträge zu entwickeln. Einer der schwächsten Aspekte bei der Quantifizierung der Sedimentfracht ist die Verwendung traditioneller Beziehung zwischen Strömungsgeschwindigkeit und Bodensatzlöschung (SRC), bei denen die hydrometeorologischen Schwankungen, Abflusserzeugungsprozesse wie Schneedecke, Schneeschmelzen, Eisschmelzen usw. nicht berücksichtigt werden können. In vielen Fällen führt die empirische Q-SSC Beziehung daher zu ungenauen Prognosen. Heute können datenbasierte Modelle mit künstlicher Intelligenz die Sedimentfracht präziser abschätzen. Die datenbasierten Modelle lernen aus den eingespeisten Datensätzen, indem sie bei komplexen Phänomenen wie dem Sedimenttransport die geeignete funktionale Beziehung zwischen dem Output und seinen Input-Variablen herstellen. In diesem Zusammenhang wurden die datenbasierten Modellierungsalgorithmen in der vorliegenden Forschungsarbeit am Lehrstuhl für Wasser- und Flussgebietsmanagement des Karlsruher Instituts für Technologie in Karlsruhe entwickelt, die zur Vorhersage von Sedimenten in oberen unteren Einzugsgebieten des oberen Indusbeckens von Pakistan (UIB) verwendet wurden. Die dieser Arbeit zugrunde liegende Methodik gliedert sich in vier Bearbeitungsschritte: (1) Vergleichende Bewertung der räumlichen Variabilität und der Trends von Abflüssen und Sedimentfrachten unter dem Einfluss des Klimawandels im oberen Indus-Becken (2) Anwendung von Soft-Computing-Modellen mit Eingabevektoren der schneedeckten Fläche zusätzlich zu hydro-klimatischen Daten zur Vorhersage der Sedimentfracht (3) Vorhersage der Sedimentfracht unter Verwendung der NDVI-Datensätze (Hydroclimate and Normalized Difference Vegetation Index) mit Soft-Computing-Modellen (4) Klimasignalisierung bei suspendierten Sedimentausträge aus Gletscher und Schnee dominierten Teileinzugsgebeiten im oberen Indus-Becken (UIB). Diese im UIB durchgeführte Analyse hat es ermöglicht, die dominiertenden Parameter wie Schneedecke und hydrologischen Prozesses besser zu und in eine verbesserte Prognose der Sedimentfrachten einfließen zu lassen. Die Analyse der Bewertung des Klimawandels von Flüssen und Sedimenten in schnee- und gletscherdominierten UIB von 13 Messstationen zeigt, dass sich die jährlichen Flüsse und suspendierten Sedimente am Hauptindus in Besham Qila stromaufwärts des Tarbela-Reservoirs im ausgeglichenen Zustand befinden. Jedoch, die jährlichen Konzentrationen suspendierter Sedimente (SSC) wurden signifikant gesenkt und lagen zwischen 18,56% und 28,20% pro Jahrzehnt in Gilgit an der Alam Bridge (von Schnee und Gletschern dominiertes Becken), Indus in Kachura und Brandu in Daggar (von weniger Niederschlag dominiertes Becken). Während der Sommerperiode war der SSC signifikant reduziert und lag zwischen 18,63% und 27,79% pro Jahrzehnt, zusammen mit den Flüssen in den Regionen Hindukush und West-Karakorum aufgrund von Anomalien des Klimawandels und im unteren Unterbecken mit Regen aufgrund der Niederschlagsreduzierung. Die SSC während der Wintersaison waren jedoch aufgrund der signifikanten Erwärmung der durchschnittlichen Lufttemperatur signifikant erhöht und lagen zwischen 20,08% und 40,72% pro Jahrzehnt. Die datenbasierte Modellierung im schnee und gletscherdominierten Gilgit Teilbecken unter Verwendung eines künstlichen neuronalen Netzwerks (ANN), eines adaptiven Neuro-Fuzzy-Logik-Inferenzsystems mit Gitterpartition (ANFIS-GP) und eines adaptiven Neuro-Fuzzy-Logik-Inferenzsystems mit subtraktivem Clustering (ANFIS) -SC), ein adaptives Neuro-Fuzzy-Logik- Inferenzsystem mit Fuzzy-C-Mittel-Clustering, multiplen adaptiven Regressionssplines (MARS) und Sedimentbewertungskurven (SRC) durchgeführt. Die Ergebnisse von Algorithmen für maschinelles Lernen zeigen, dass die Eingabekombination aus täglichen Abflüssen (Qt), Schneedeckenfläche (SCAt), Temperatur (Tt-1) und Evapotranspiration (Evapt-1) die Leistung der Sedimentvorhersagemodelle verbesserne. Nach dem Vergleich der Gesamtleistung der Modelle schnitt das ANN-Modell besser ab als die übrigen Modelle. Bei der Vorhersage der Sedimentfrachten in Spitzenzeiten lag die Vorhersage der ANN-, ANIS-FCM- und MARS-Modelle näher an den gemessenen Sedimentbelastungen. Das ANIS-FCM-Modell mit einem absoluten Gesamtfehler von 81,31% schnitt bei der Vorhersage der Spitzensedimente besser ab als ANN und MARS mit einem absoluten Gesamtfehler von 80,17% bzw. 80,16%. Die datenbasierte Modellierung der Sedimentfrachten im von Regen dominierten Brandu-Teilbecken wurde unter Verwendung von Datensätzen für Hydroklima und biophysikalische Eingaben durchgeführt, die aus Strömungen, Niederschlag, mittlerer Lufttemperatur und normalisiertem Differenzvegetationsindex (NDVI) bestehen. Die Ergebnisse von vier ANNs (Artificial Neural Networks) und drei ANFIS-Algorithmen (Adaptive Neuro-Fuzzy Logic Inference System) für das Brandu Teilnbecken haben gezeigt, dass der mittels Fernerkundung bestimmte NDVI als biophysikalische Parameter zusätzlich zu den Hydroklima-Parametern die Leistung das Modell nicht verbessert. Der ANFIS-GP schnitt in der Testphase besser ab als andere Modelle mit einer Eingangskombination aus Durchfluss und Niederschlag. ANN, eingebettet in Levenberg-Marquardt (ANN-LM) für den Zeitraum 1981-2010, schnitt jedoch am besten mit Eingabekombinationen aus Strömungen, Niederschlag und mittleren Lufttemperaturen ab. Die Ergebnisgenauigkeit R2 unter Verwendung des ANN-LM-Algorithmus verbesserte sich im Vergleich zur Sedimentbewertungskurve (SRC) um bis zu 28%. Es wurde gezeigt, dass für den unteren Teil der UIB-Flüsse Niederschlag und mittlere Lufttemperatur dominierende Faktoren für die Vorhersage von Sedimenterträgen sind und biophysikalische Parameter (NDVI) eine untergeordnete Rolle spielen. Die Modellierung zur Bewertung der Änderungen des SSC in schnee- und gletschergespeiste Gilgit- und Astore-Teilbecken wurde unter Verwendung des Temp-Index degree day modell durchgeführt. Die Ergebnisse des Mann-Kendall-Trendtests in den Flüssen Gilgit und Astore zeigten, dass der Anstieg des SSC während der Wintersaison auf die Erwärmung der mittleren Lufttemperatur, die Zunahme der Winterniederschläge und die Zunahme der Schneeschmelzen im Winter zurückzuführen ist. Während der Frühjahrssaison haben die Niederschlags- und Schneedeckenanteile im Gilgit-Unterbecken zugenommen, im Gegensatz zu seiner Verringerung im Astore-Unterbecken. Im Gilgit-Unterbecken war der SSC im Sommer aufgrund des kombinierten Effekts der Karakorum-Klimaanomalie und der vergrößerten Schneedecke signifikant reduziert. Die Reduzierung des Sommer-SSC im Gilgit Fluss ist auf die Abkühlung der Sommertemperatur und die Bedeckung der exponierten proglazialen Landschaft zurückzuführen, die auf erhöhten Schnee, verringerte Trümmerflüsse Trümmerflüsse und verringerte Schneeschmelzen von Trümmergletschern zurückzuführen sind. Im Gegensatz zum Gilgit River sind die SSC im Astore River im Sommer erhöht. Der Anstieg des SSC im Astore-Unterbecken ist auf die Verringerung des Frühlingsniederschlags und der Schneedecke, die Erwärmung der mittleren Sommerlufttemperatur und den Anstieg des effektiven Niederschlags zurückzuführen. Die Ergebnisse zeigen ferner eine Verschiebung der Dominanz von Gletscherschmelzen zu Schneeschmelzen im Gilgit-Unterbecken und von Schnee zu Niederschlägen im Astore-Unterbecken bei Sedimenteden Sedimentfrachten in UIB. Die vorliegende Forschungsarbeit zur Bewertung der klimabedingten Veränderungen des SSC und seiner Vorhersage sowohl in den oberen als auch in den unteren Teilbecken des UIB wird nützlich sein, um den Sedimenttransportprozess besser zu verstehen und aufbauen auf dem verbessertenProzessverständnis ein angepasstes Sedimentmanagement und angepasste Planungen der zukünftigen Wasserinfrastrukturen im UIB ableiten zu können