An approach to the identification of network elements composing heterogeneous end-to-end paths

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A Framework to Manage the Complex Organisation of Collaborating: Its Application to Autonomous Systems

In this paper we present an analysis of the complexities of large group collaboration and its application to develop detailed requirements for collaboration schema for Autonomous Systems (AS). These requirements flow from our development of a framework for collaboration that provides a basis for designing, supporting and managing complex collaborative systems that can be applied and tested in various real world settings. We present the concepts of "collaborative flow" and "working as one" as descriptive expressions of what good collaborative teamwork can be in such scenarios. The paper considers the application of the framework within different scenarios and discuses the utility of the framework in modelling and supporting collaboration in complex organisational structures

Ontologies for the Interoperability of Heterogeneous Multi-Agent Systems in the scope of Energy and Power Systems

Tesis por compendio de publicaciones[ES]El sector eléctrico, tradicionalmente dirigido por monopolios y poderosas empresas de servicios públicos, ha experimentado cambios significativos en las últimas décadas. Los avances más notables son una mayor penetración de las fuentes de energía renovable (RES por sus siglas en inglés) y la generación distribuida, que han llevado a la adopción del paradigma de las redes inteligentes (SG por sus siglas en inglés) y a la introducción de enfoques competitivos en los mercados de electricidad (EMs por sus siglas en inglés) mayoristas y algunos minoristas. Las SG emergieron rápidamente de un concepto ampliamente aceptado en la realidad. La intermitencia de las fuentes de energía renovable y su integración a gran escala plantea nuevas limitaciones y desafíos que afectan en gran medida las operaciones de los EMs. El desafiante entorno de los sistemas de potencia y energía (PES por sus siglas en inglés) refuerza la necesidad de estudiar, experimentar y validar operaciones e interacciones competitivas, dinámicas y complejas. En este contexto, la simulación, el apoyo a la toma de decisiones, y las herramientas de gestión inteligente, se vuelven imprescindibles para estudiar los diferentes mecanismos del mercado y las relaciones entre los actores involucrados. Para ello, la nueva generación de herramientas debe ser capaz de hacer frente a la rápida evolución de los PES, proporcionando a los participantes los medios adecuados para adaptarse, abordando nuevos modelos y limitaciones, y su compleja relación con los desarrollos tecnológicos y de negocios. Las plataformas basadas en múltiples agentes son particularmente adecuadas para analizar interacciones complejas en sistemas dinámicos, como PES, debido a su naturaleza distribuida e independiente. La descomposición de tareas complejas en asignaciones simples y la fácil inclusión de nuevos datos y modelos de negocio, restricciones, tipos de actores y operadores, y sus interacciones, son algunas de las principales ventajas de los enfoques basados en agentes. En este dominio, han surgido varias herramientas de modelado para simular, estudiar y resolver problemas de subdominios específicos de PES. Sin embargo, existe una limitación generalizada referida a la importante falta de interoperabilidad entre sistemas heterogéneos, que impide abordar el problema de manera global, considerando todas las interrelaciones relevantes existentes. Esto es esencial para que los jugadores puedan aprovechar al máximo las oportunidades en evolución. Por lo tanto, para lograr un marco tan completo aprovechando las herramientas existentes que permiten el estudio de partes específicas del problema global, se requiere la interoperabilidad entre estos sistemas. Las ontologías facilitan la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos al dar un significado semántico a la información intercambiada entre las distintas partes. La ventaja radica en el hecho de que todos los involucrados en un dominio particular los conocen, comprenden y están de acuerdo con la conceptualización allí definida. Existen, en la literatura, varias propuestas para el uso de ontologías dentro de PES, fomentando su reutilización y extensión. Sin embargo, la mayoría de las ontologías se centran en un escenario de aplicación específico o en una abstracción de alto nivel de un subdominio de los PES. Además, existe una considerable heterogeneidad entre estos modelos, lo que complica su integración y adopción. Es fundamental desarrollar ontologías que representen distintas fuentes de conocimiento para facilitar las interacciones entre entidades de diferente naturaleza, promoviendo la interoperabilidad entre sistemas heterogéneos basados en agentes que permitan resolver problemas específicos de PES. Estas brechas motivan el desarrollo del trabajo de investigación de este doctorado, que surge para brindar una solución a la interoperabilidad de sistemas heterogéneos dentro de los PES. Las diversas aportaciones de este trabajo dan como resultado una sociedad de sistemas multi-agente (MAS por sus siglas en inglés) para la simulación, estudio, soporte de decisiones, operación y gestión inteligente de PES. Esta sociedad de MAS aborda los PES desde el EM mayorista hasta el SG y la eficiencia energética del consumidor, aprovechando las herramientas de simulación y apoyo a la toma de decisiones existentes, complementadas con las desarrolladas recientemente, asegurando la interoperabilidad entre ellas. Utiliza ontologías para la representación del conocimiento en un vocabulario común, lo que facilita la interoperabilidad entre los distintos sistemas. Además, el uso de ontologías y tecnologías de web semántica permite el desarrollo de herramientas agnósticas de modelos para una adaptación flexible a nuevas reglas y restricciones, promoviendo el razonamiento semántico para sistemas sensibles al contexto

Unmasking Clever Hans Predictors and Assessing What Machines Really Learn

Current learning machines have successfully solved hard application problems, reaching high accuracy and displaying seemingly "intelligent" behavior. Here we apply recent techniques for explaining decisions of state-of-the-art learning machines and analyze various tasks from computer vision and arcade games. This showcases a spectrum of problem-solving behaviors ranging from naive and short-sighted, to well-informed and strategic. We observe that standard performance evaluation metrics can be oblivious to distinguishing these diverse problem solving behaviors. Furthermore, we propose our semi-automated Spectral Relevance Analysis that provides a practically effective way of characterizing and validating the behavior of nonlinear learning machines. This helps to assess whether a learned model indeed delivers reliably for the problem that it was conceived for. Furthermore, our work intends to add a voice of caution to the ongoing excitement about machine intelligence and pledges to evaluate and judge some of these recent successes in a more nuanced manner.Comment: Accepted for publication in Nature Communication

System Architectures for Cooperative Teams of Unmanned Aerial Vehicles Interacting Physically with the Environment

Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) have become quite a useful tool for a wide range of applications, from inspection & maintenance to search & rescue, among others. The capabilities of a single UAV can be extended or complemented by the deployment of more UAVs, so multi-UAV cooperative teams are becoming a trend. In that case, as di erent autopilots, heterogeneous platforms, and application-dependent software components have to be integrated, multi-UAV system architectures that are fexible and can adapt to the team's needs are required. In this thesis, we develop system architectures for cooperative teams of UAVs, paying special attention to applications that require physical interaction with the environment, which is typically unstructured. First, we implement some layers to abstract the high-level components from the hardware speci cs. Then we propose increasingly advanced architectures, from a single-UAV hierarchical navigation architecture to an architecture for a cooperative team of heterogeneous UAVs. All this work has been thoroughly tested in both simulation and eld experiments in di erent challenging scenarios through research projects and robotics competitions. Most of the applications required physical interaction with the environment, mainly in unstructured outdoors scenarios. All the know-how and lessons learned throughout the process are shared in this thesis, and all relevant code is publicly available.Los vehículos aéreos no tripulados (UAVs, del inglés Unmanned Aerial Vehicles) se han convertido en herramientas muy valiosas para un amplio espectro de aplicaciones, como inspección y mantenimiento, u operaciones de rescate, entre otras. Las capacidades de un único UAV pueden verse extendidas o complementadas al utilizar varios de estos vehículos simultáneamente, por lo que la tendencia actual es el uso de equipos cooperativos con múltiples UAVs. Para ello, es fundamental la integración de diferentes autopilotos, plataformas heterogéneas, y componentes software -que dependen de la aplicación-, por lo que se requieren arquitecturas multi-UAV que sean flexibles y adaptables a las necesidades del equipo. En esta tesis, se desarrollan arquitecturas para equipos cooperativos de UAVs, prestando una especial atención a aplicaciones que requieran de interacción física con el entorno, cuya naturaleza es típicamente no estructurada. Primero se proponen capas para abstraer a los componentes de alto nivel de las particularidades del hardware. Luego se desarrollan arquitecturas cada vez más avanzadas, desde una arquitectura de navegación para un único UAV, hasta una para un equipo cooperativo de UAVs heterogéneos. Todo el trabajo ha sido minuciosamente probado, tanto en simulación como en experimentos reales, en diferentes y complejos escenarios motivados por proyectos de investigación y competiciones de robótica. En la mayoría de las aplicaciones se requería de interacción física con el entorno, que es normalmente un escenario en exteriores no estructurado. A lo largo de la tesis, se comparten todo el conocimiento adquirido y las lecciones aprendidas en el proceso, y el código relevante está publicado como open-source

Economic Valuation of On Site Material Damages of High Water on Economic Activities based in the City of Venice: Results from a Dose-Response-Expert-Based Valuation Approach

The paper focuses on the economic assessment of damages caused by high water in the city of Venice. In particular, we focus our attention on a valuation exercise that addresses the estimation of monetary, short period, on-site damages due to high water events on the different business activities located in Venice. On-site damages include both mitigation costs, which refer to all types of financial expenditure undergone to avert physical and material damages caused by flooding, and remediation costs, i.e. costs to be sustained for maintenance and substitution of affected building elements. Hence, the present study can be considered as a pioneering attempt to analytically quantify, from an economic point of view, on-site damages from high water. An integrated dose-response modelling and an expert-based valuation approach have been selected as the most suitable economic valuation methodology to shed light on the on-site damages. The main focus of the work is to assess dose-response relationships, which are able to describe the physical effects of high water on the different on-site damage categories, including inner and front doors maintenance, cleaning of pavements and maintenance of the walls. Bearing in mind such an economic valuation framework, we proceed with the estimation of on-site damages not only for the present high water situation (business as usual) but also extend the valuation exercise to three additional high water scenarios: (1) a climate change scenario; (2) a high water protection scenario; and, (3) a combined climate change and protection scenario. Estimation results show that the welfare loss due to on-site, short-term damages supported by the business activities ranges from 3.41 to 4.73 million Euro per year, respectively for the business as usual and climate change scenarios. Finally, we can conclude that the introduction of a public policy protection mechanism that defends the city of Venice from any flooding above 110 cm above the Punta della Salute Tidal Datum, such as the MOSE, will reduce the on-site damages supported by the business activities up to 2.87 million Euro per year.High water damages, Venice, Economic valuation

BRICKS: Building’s reasoning for intelligent control knowledge-based system

Building energy management systems have been largely implemented, focusing on specific domains. When installed together, they lack interoperability to make them work correctly and to achieve a centralized user interface. The Building's Reasoning for Intelligent Control Knowledge-based System (BRICKS) overcomes these issues by developing an interoperable building management system able to aggregate different interest domains. It is a context-aware semantic rule-based system for intelligent management of buildings' energy and security. Its output can be a set of alarms, notifications, or control actions to take. BRICKS itself, and its features are the innovative contribution of the present paper. It is very important for buildings' energy management, namely in the scope of demand response programs. In this paper, it is shown how semantics is used to enable the knowledge exchange between different devices, algorithms, and models, without the need for reprogramming the system. A scenario is deployed in a real building for demonstration.This work has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under project DOMINOES (grant agreement No 771066) and from FEDER Funds through COMPETE program and from National Funds through FCT under the projects UID/EEA/00760/2019, PTDC/EEI-EEE/28954/2017 (MAS-Society), and SFRH/BD/118487/2016.info:eu-repo/semantics/publishedVersio

Views from the coalface: chemo-sensors, sensor networks and the semantic sensor web

Currently millions of sensors are being deployed in sensor networks across the world. These networks generate vast quantities of heterogeneous data across various levels of spatial and temporal granularity. Sensors range from single-point in situ sensors to remote satellite sensors which can cover the globe. The semantic sensor web in principle should allow for the unification of the web with the real-word. In this position paper, we discuss the major challenges to this unification from the perspective of sensor developers (especially chemo-sensors) and integrating sensors data in real-world deployments. These challenges include: (1) identifying the quality of the data; (2) heterogeneity of data sources and data transport methods; (3) integrating data streams from different sources and modalities (esp. contextual information), and (4) pushing intelligence to the sensor level