10,858 research outputs found

    Trajectory design for autonomous underwater vehicles based on ocean model predictions for feature tracking

    Get PDF
    Trajectory design for Autonomous Underwater Vehicles (AUVs) is of great importance to the oceanographic research community. Intelligent planning is required to maneuver a vehicle to high-valued locations for data collection. We consider the use of ocean model predictions to determine the locations to be visited by an AUV, which then provides near-real time, in situ measurements back to the model to increase the skill of future predictions. The motion planning problem of steering the vehicle between the computed waypoints is not considered here. Our focus is on the algorithm to determine relevant points of interest for a chosen oceanographic feature. This represents a first approach to an end to end autonomous prediction and tasking system for aquatic, mobile sensor networks. We design a sampling plan and present experimental results with AUV retasking in the Southern California Bight (SCB) off the coast of Los Angeles

    On the role of pre and post-processing in environmental data mining

    Get PDF
    The quality of discovered knowledge is highly depending on data quality. Unfortunately real data use to contain noise, uncertainty, errors, redundancies or even irrelevant information. The more complex is the reality to be analyzed, the higher the risk of getting low quality data. Knowledge Discovery from Databases (KDD) offers a global framework to prepare data in the right form to perform correct analyses. On the other hand, the quality of decisions taken upon KDD results, depend not only on the quality of the results themselves, but on the capacity of the system to communicate those results in an understandable form. Environmental systems are particularly complex and environmental users particularly require clarity in their results. In this paper some details about how this can be achieved are provided. The role of the pre and post processing in the whole process of Knowledge Discovery in environmental systems is discussed

    Do-it-yourself instruments and data processing methods for developing marine citizen observatories

    Get PDF
    La consulta íntegra de la tesi, inclosos els articles no comunicats públicament per drets d'autor, es pot realitzar prèvia petició a l'Arxiu de la UPCWater is the most important resource for living on planet Earth, covering more than 70% of its surface. The oceans represent more than 97% of the planet total water and they are where more than the 99.5% of the living beings are concentrated. A great number of ecosystems depend on the health of these oceans; their study and protection are necessary. Large datasets over long periods of time and over wide geographical areas can be required to assess the health of aquatic ecosystems. The funding needed for data collection is considerable and limited, so it is important to look at new cost-effective ways of obtaining and processing marine environmental data. The feasible solution at present is to develop observational infrastructures that may increase significantly the conventional sampling capabilities. In this study we promote to achieve this solution with the implementation of Citizen Observatories, based on volunteer participation. Citizen observatories are platforms that integrate the latest information technologies to digitally connect citizens, improving observation skills for developing a new type of research known as Citizen Science. Citizen science has the potential to increase the knowledge of the environment, and aquatic ecosystems in particular, through the use of people with no specific scientific training to collect and analyze large data sets. We believe that citizen science based tools -open source software coupled with low-cost do-it-yourself hardware- can help to close the gap between science and citizens in the oceanographic field. As the public is actively engaged in the analysis of data, the research also provides a strong avenue for public education. This is the objective of this thesis, to demonstrate how open source software and low-cost do-it-yourself hardware are effectively applied to oceanographic research and how can it develop into citizen science. We analyze four different scenarios where this idea is demonstrated: an example of using open source software for video analysis where lobsters were monitored; a demonstration of using similar video processing techniques on in-situ low-cost do-it-yourself hardware for submarine fauna monitoring; a study using open source machine learning software as a method to improve biological observations; and last but not least, some preliminar results, as proof of concept, of how manual water sampling could be replaced by low-cost do-it-yourself hardware with optical sensors.L’aigua és el recurs més important per la vida al planeta Terra, cobrint més del 70% de la seva superfície. Els oceans representen més del 70% de tota l'aigua del planeta, i és on estan concentrats més del 99.5% dels éssers vius. Un gran nombre d'ecosistemes depenen de la salut d'aquests oceans; el seu estudi i protecció són necessaris. Grans conjunts de dades durant llargs períodes de temps i al llarg d’amples àrees geogràfiques poden ser necessaris per avaluar la salut dels ecosistemes aquàtics. El finançament necessari per aquesta recol·lecció de dades és considerable però limitat, i per tant és important trobar noves formes més rendibles d’obtenir i processar dades mediambientals marines. La solució factible actualment és la de desenvolupar infraestructures observacionals que puguin incrementar significativament les capacitats de mostreig convencionals. En aquest estudi promovem que es pot assolir aquesta solució amb la implementació d’Observatoris Ciutadans, basats en la participació de voluntaris. Els observatoris ciutadans són plataformes que integren les últimes tecnologies de la informació amb ciutadans digitalment connectats, millorant les capacitats d’observació, per desenvolupar un nou tipus de recerca coneguda com a Ciència Ciutadana. La ciència ciutadana té el potencial d’incrementar el coneixement del medi ambient, i dels ecosistemes aquàtics en particular, mitjançant l'ús de persones sense coneixement científic específic per recollir i analitzar grans conjunts de dades. Creiem que les eines basades en ciència ciutadana -programari lliure juntament amb maquinari de baix cost i del tipus "fes-ho tu mateix" (do-it-yourself en anglès)- poden ajudar a apropar la ciència del camp oceanogràfic als ciutadans. A mesura que el gran públic participa activament en l'anàlisi de dades, la recerca esdevé també una nova via d’educació pública. Aquest és l’objectiu d’aquesta tesis, demostrar com el programari lliure i el maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" s’apliquen de forma efectiva a la recerca oceanogràfica i com pot desenvolupar-se cap a ciència ciutadana. Analitzem quatre escenaris diferents on es demostra aquesta idea: un exemple d’ús de programari lliure per anàlisi de vídeos de monitoratge de llagostes; una demostració utilitzant tècniques similars de processat de vídeo en un dispositiu in-situ de baix cost "fes-ho tu mateix" per monitoratge de fauna submarina; un estudi utilitzant programari lliure d’aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) com a mètode per millorar observacions biològiques; i finalment uns resultats preliminars, com a prova de la seva viabilitat, de com un mostreig manual de mostres d’aigua podria ser reemplaçat per maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" amb sensors òptics.Postprint (published version

    A review on integration of artificial intelligence into water quality modelling

    Get PDF
    2005-2006 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalAccepted ManuscriptPublishe

    Do-it-yourself instruments and data processing methods for developing marine citizen observatories

    Get PDF
    Water is the most important resource for living on planet Earth, covering more than 70% of its surface. The oceans represent more than 97% of the planet total water and they are where more than the 99.5% of the living beings are concentrated. A great number of ecosystems depend on the health of these oceans; their study and protection are necessary. Large datasets over long periods of time and over wide geographical areas can be required to assess the health of aquatic ecosystems. The funding needed for data collection is considerable and limited, so it is important to look at new cost-effective ways of obtaining and processing marine environmental data. The feasible solution at present is to develop observational infrastructures that may increase significantly the conventional sampling capabilities. In this study we promote to achieve this solution with the implementation of Citizen Observatories, based on volunteer participation. Citizen observatories are platforms that integrate the latest information technologies to digitally connect citizens, improving observation skills for developing a new type of research known as Citizen Science. Citizen science has the potential to increase the knowledge of the environment, and aquatic ecosystems in particular, through the use of people with no specific scientific training to collect and analyze large data sets. We believe that citizen science based tools -open source software coupled with low-cost do-it-yourself hardware- can help to close the gap between science and citizens in the oceanographic field. As the public is actively engaged in the analysis of data, the research also provides a strong avenue for public education. This is the objective of this thesis, to demonstrate how open source software and low-cost do-it-yourself hardware are effectively applied to oceanographic research and how can it develop into citizen science. We analyze four different scenarios where this idea is demonstrated: an example of using open source software for video analysis where lobsters were monitored; a demonstration of using similar video processing techniques on in-situ low-cost do-it-yourself hardware for submarine fauna monitoring; a study using open source machine learning software as a method to improve biological observations; and last but not least, some preliminar results, as proof of concept, of how manual water sampling could be replaced by low-cost do-it-yourself hardware with optical sensors.L’aigua és el recurs més important per la vida al planeta Terra, cobrint més del 70% de la seva superfície. Els oceans representen més del 70% de tota l'aigua del planeta, i és on estan concentrats més del 99.5% dels éssers vius. Un gran nombre d'ecosistemes depenen de la salut d'aquests oceans; el seu estudi i protecció són necessaris. Grans conjunts de dades durant llargs períodes de temps i al llarg d’amples àrees geogràfiques poden ser necessaris per avaluar la salut dels ecosistemes aquàtics. El finançament necessari per aquesta recol·lecció de dades és considerable però limitat, i per tant és important trobar noves formes més rendibles d’obtenir i processar dades mediambientals marines. La solució factible actualment és la de desenvolupar infraestructures observacionals que puguin incrementar significativament les capacitats de mostreig convencionals. En aquest estudi promovem que es pot assolir aquesta solució amb la implementació d’Observatoris Ciutadans, basats en la participació de voluntaris. Els observatoris ciutadans són plataformes que integren les últimes tecnologies de la informació amb ciutadans digitalment connectats, millorant les capacitats d’observació, per desenvolupar un nou tipus de recerca coneguda com a Ciència Ciutadana. La ciència ciutadana té el potencial d’incrementar el coneixement del medi ambient, i dels ecosistemes aquàtics en particular, mitjançant l'ús de persones sense coneixement científic específic per recollir i analitzar grans conjunts de dades. Creiem que les eines basades en ciència ciutadana -programari lliure juntament amb maquinari de baix cost i del tipus "fes-ho tu mateix" (do-it-yourself en anglès)- poden ajudar a apropar la ciència del camp oceanogràfic als ciutadans. A mesura que el gran públic participa activament en l'anàlisi de dades, la recerca esdevé també una nova via d’educació pública. Aquest és l’objectiu d’aquesta tesis, demostrar com el programari lliure i el maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" s’apliquen de forma efectiva a la recerca oceanogràfica i com pot desenvolupar-se cap a ciència ciutadana. Analitzem quatre escenaris diferents on es demostra aquesta idea: un exemple d’ús de programari lliure per anàlisi de vídeos de monitoratge de llagostes; una demostració utilitzant tècniques similars de processat de vídeo en un dispositiu in-situ de baix cost "fes-ho tu mateix" per monitoratge de fauna submarina; un estudi utilitzant programari lliure d’aprenentatge automàtic (machine learning en anglès) com a mètode per millorar observacions biològiques; i finalment uns resultats preliminars, com a prova de la seva viabilitat, de com un mostreig manual de mostres d’aigua podria ser reemplaçat per maquinari de baix cost "fes-ho tu mateix" amb sensors òptics

    A review on the integration of artificial intelligence into coastal modeling

    Get PDF
    Author name used in this publication: Kwokwing Chau2005-2006 > Academic research: refereed > Publication in refereed journalAccepted ManuscriptPublishe

    Hydrolink 2020/4. Artificial intelligent

    Get PDF
    Topic: Artificial Intelligenc

    A future for intelligent autonomous ocean observing systems

    Get PDF
    Ocean scientists have dreamed of and recently started to realize an ocean observing revolution with autonomous observing platforms and sensors. Critical questions to be answered by such autonomous systems are where, when, and what to sample for optimal information, and how to optimally reach the sampling locations. Definitions, concepts, and progress towards answering these questions using quantitative predictions and fundamental principles are presented. Results in reachability and path planning, adaptive sampling, machine learning, and teaming machines with scientists are overviewed. The integrated use of differential equations and theory from varied disciplines is emphasized. The results provide an inference engine and knowledge base for expert autonomous observing systems. They are showcased using a set of recent at-sea campaigns and realistic simulations. Real-time experiments with identical autonomous underwater vehicles (AUVs) in the Buzzards Bay and Vineyard Sound region first show that our predicted time-optimal paths were faster than shortest distance paths. Deterministic and probabilistic reachability and path forecasts issued and validated for gliders and floats in the northern Arabian Sea are then presented. Novel Bayesian adaptive sampling for hypothesis testing and optimal learning are finally shown to forecast the observations most informative to estimate the accuracy of model formulations, the values of ecosystem parameters and dynamic fields, and the presence of Lagrangian Coherent Structures
    corecore