Klasifikasi Untuk Prediksi Cuaca Menggunakan Esemble Learning

Mengetahui cuaca hal yang sangat penting untuk kehidupan manusia, yang dinyatakan dengan parameter seperti suhu, kecepatan angin, tekanan udara, curah hujan, yang menjadi komponen utama untuk cuaca. Tujuan mengetahui cuaca adalah terutama bagi masyarakat pedesaan yang bergerak dibidang pertanian, perkebunan dan lain lain. Karena itu untuk penentuan cuaca, mendapatkan informasi cuaca perlu dibuat sehingga dapat dimanfaatkan oleh masyarakat. Permasalahan yang muncul bagaimana membuat prediksi cuaca akurat dan otomatis sehingga dapat dilakukan oleh setiap orang. Dalam penelitian ini mengajukan esemble learning untuk menghitung peluang dari masing-masing atribut kelompok yang ada dan menentukan pedekatan mana yang paling optimal, artinya pengelompokan dapat dilakukan berdasarkan kategori yang pengguna masukkan pada aplikasi. Esemble learning melibatkan beberapa algoritme untuk mencari nilai rata rata akurasi. Hasil yang diharapkan bisa menjadi rujukan untuk membangun aplikasi perakiraan cuaca.hasil akurasi adalah 81.21% dan MSE 18.79%

Short-Term Load Demand Forecasting For Transnet Port Terminal (Tpt) In East London Using Artificial Neural Network

DissertationThe daily and weekly energy consumption patterns at the Transnet Port Terminal (TPT) in East London varies stochastically. This is as a result of the transient weather patterns that exist at the harbor. It has therefore become imperative to wisely manage this load in order to save electricity costs and for future infrastructure development. Hence the ongoing supply of electricity to port consumers requires an accurate and adequate short-term load forecast (STLF) for quality, quantity, and efficient management. Many researchers have recently proposed Artificial Neural Networks for short-term load prediction. However, most of the studies have not considered the quickly changing weather patterns that exist at the port. Therefore, the objective of this study is to establish a supervised short-term load prediction using ANN models, and to verify the effectiveness of such predictions by using the real load data from the TPT. The suggested system architecture uses open- loop training with real load and weather information, and then a closed-loop network is used to produce a prediction with the predicted load as its feedback data. Data collection points were set up in the ring network of the port by installing new power measuring meters, and weather data obtained from local meteorology offices in order to build a suitable alternative of localised data management (data base) for saving all data gathered. Hence, profiling of the load in the TPT was done and load forecasting was carried out, leading to improved load management strategies for the harbor terminal. ANN short-term load prediction (STLP) models were developed utilising its own performance to improve precision by essentially implementing a load feedback loop that is less reliant on external data. To ensure that the timeseries data recorded at the port were well modeled, the Nonlinear autoregressive exogenous model (NARX) for load prediction were developed using mean squared error (MSE) as a performance metric. Furthermore, to show the efficacy of the proposed model for STLP, the adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) was used with the same data for short-term predictions. The minimum mean squared errors obtained for both NARX and ANFIS models were 0.0010939 and 0.0032 respectively, indicating that the NARX model is more accurate during the forecast of departmental loads. The results of the predictions using the hourly timeseries indicated a close match between the forecasted and actual load demand at the port terminal. The effects of the load forecast could be used as a guide for implementing management plans for internal load, such as the generation of urgent electricity and the programme of implementation for demand-side management policies

A review of machine learning applications in wildfire science and management

Artificial intelligence has been applied in wildfire science and management since the 1990s, with early applications including neural networks and expert systems. Since then the field has rapidly progressed congruently with the wide adoption of machine learning (ML) in the environmental sciences. Here, we present a scoping review of ML in wildfire science and management. Our objective is to improve awareness of ML among wildfire scientists and managers, as well as illustrate the challenging range of problems in wildfire science available to data scientists. We first present an overview of popular ML approaches used in wildfire science to date, and then review their use in wildfire science within six problem domains: 1) fuels characterization, fire detection, and mapping; 2) fire weather and climate change; 3) fire occurrence, susceptibility, and risk; 4) fire behavior prediction; 5) fire effects; and 6) fire management. We also discuss the advantages and limitations of various ML approaches and identify opportunities for future advances in wildfire science and management within a data science context. We identified 298 relevant publications, where the most frequently used ML methods included random forests, MaxEnt, artificial neural networks, decision trees, support vector machines, and genetic algorithms. There exists opportunities to apply more current ML methods (e.g., deep learning and agent based learning) in wildfire science. However, despite the ability of ML models to learn on their own, expertise in wildfire science is necessary to ensure realistic modelling of fire processes across multiple scales, while the complexity of some ML methods requires sophisticated knowledge for their application. Finally, we stress that the wildfire research and management community plays an active role in providing relevant, high quality data for use by practitioners of ML methods.Comment: 83 pages, 4 figures, 3 table

Artificial Intelligence and Cognitive Computing

Artificial intelligence (AI) is a subject garnering increasing attention in both academia and the industry today. The understanding is that AI-enhanced methods and techniques create a variety of opportunities related to improving basic and advanced business functions, including production processes, logistics, financial management and others. As this collection demonstrates, AI-enhanced tools and methods tend to offer more precise results in the fields of engineering, financial accounting, tourism, air-pollution management and many more. The objective of this collection is to bring these topics together to offer the reader a useful primer on how AI-enhanced tools and applications can be of use in today’s world. In the context of the frequently fearful, skeptical and emotion-laden debates on AI and its value added, this volume promotes a positive perspective on AI and its impact on society. AI is a part of a broader ecosystem of sophisticated tools, techniques and technologies, and therefore, it is not immune to developments in that ecosystem. It is thus imperative that inter- and multidisciplinary research on AI and its ecosystem is encouraged. This collection contributes to that

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

Machine Learning in Sensors and Imaging

Machine learning is extending its applications in various fields, such as image processing, the Internet of Things, user interface, big data, manufacturing, management, etc. As data are required to build machine learning networks, sensors are one of the most important technologies. In addition, machine learning networks can contribute to the improvement in sensor performance and the creation of new sensor applications. This Special Issue addresses all types of machine learning applications related to sensors and imaging. It covers computer vision-based control, activity recognition, fuzzy label classification, failure classification, motor temperature estimation, the camera calibration of intelligent vehicles, error detection, color prior model, compressive sensing, wildfire risk assessment, shelf auditing, forest-growing stem volume estimation, road management, image denoising, and touchscreens