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Theses Year : 2020

Dynamic learning of the environment for eco-citizen behavior

Apprentissage dynamique du milieu ambiant et des comportements éco-citoyens

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Abstract

The development of sustainable smart cities requires the deployment of Information and Communication Technology (ICT) to ensure better services and available information at any time and everywhere. As IoT devices become more powerful and low-cost, the implementation of an extensive sensor network for an urban context can be expensive. This thesis proposes a technique for estimating missing environmental information in large scale environments. Our technique enables providing information whereas devices are not available for an area of the environment not covered by sensing devices. The contribution of our proposal is summarized in the following points: * limiting the number of sensing devices to be deployed in an urban environment; * the exploitation of heterogeneous data acquired from intermittent devices; * real-time processing of information; * self-calibration of the system. Our proposal uses the Adaptive Multi-Agent System (AMAS) approach to solve the problem of information unavailability. In this approach, an exception is considered as a Non-Cooperative Situation (NCS) that has to be solved locally and cooperatively. HybridIoT exploits both homogeneous (information of the same type) and heterogeneous information (information of different types or units) acquired from some available sensing device to provide accurate estimates in the point of the environment where a sensing device is not available. The proposed technique enables estimating accurate environmental information under conditions of uncertainty arising from the urban application context in which the project is situated, and which have not been explored by the state-of-the-art solutions: * openness: sensors can enter or leave the system at any time without the need for any reconfiguration; * large scale: the system can be deployed in a large, urban context and ensure correct operation with a significative number of devices; * heterogeneity: the system handles different types of information without any a priori configuration. Our proposal does not require any input parameters or reconfiguration. The system can operate in open, dynamic environments such as cities, where a large number of sensing devices can appear or disappear at any time and without any prior notification. We carried out different experiments to compare the obtained results to various standard techniques to assess the validity of our proposal. We also developed a pipeline of standard techniques to produce baseline results that will be compared to those obtained by our multi-agent proposal.
Le développement de villes intelligentes et durables nécessite le déploiement des technologies de l'information et de la communication (ITC) pour garantir de meilleurs services et informations disponibles à tout moment et partout. Comme les dispositifs IoT devenant plus puissants et moins coûteux, la mise en place d'un réseau de capteurs dans un contexte urbain peut être coûteuse. Cette thèse propose une technique pour estimer les informations environnementales manquantes dans des environnements à large échelle. Notre technique permet de fournir des informations alors que les dispositifs ne sont pas disponibles dans une zone de l'environnement non couverte par des capteurs. La contribution de notre proposition est résumée dans les points suivants : - limiter le nombre de dispositifs de détection à déployer dans un environnement urbain ; - l'exploitation de données hétérogènes acquises par des dispositifs intermittents ; - le traitement en temps réel des informations ; - l'auto-calibration du système. Notre proposition utilise l'approche AMAS (Adaptive Multi-Agent System) pour résoudre le problème de l'indisponibilité des informations. Dans cette approche, une exception est considérée comme une situation non coopérative (NCS) qui doit être résolue localement et de manière coopérative. HybridIoT exploite à la fois des informations homogènes (informations du même type) et hétérogènes (informations de différents types ou unités) acquises à partir d'un capteur disponible pour fournir des estimations précises au point de l'environnement où un capteur n'est pas disponible. La technique proposée permet d'estimer des informations environnementales précises dans des conditions de variabilité résultant du contexte d'application urbaine dans lequel le projet est situé, et qui n'ont pas été explorées par les solutions de l'état de l'art : - ouverture : les capteurs peuvent entrer ou sortir du système à tout moment sans qu'aucune configuration particulière soit nécessaire ; - large échelle : le système peut être déployé dans un contexte urbain à large échelle et assurer un fonctionnement correct avec un nombre significatif de dispositifs ; - hétérogénéité : le système traite différents types d'informations sans aucune configuration a priori. Notre proposition ne nécessite aucun paramètre d'entrée ni aucune reconfiguration. Le système peut fonctionner dans des environnements ouverts et dynamiques tels que les villes, où un grand nombre de capteurs peuvent apparaître ou disparaître à tout moment et sans aucun préavis. Nous avons fait différentes expérimentations pour comparer les résultats obtenus à plusieurs techniques standard afin d'évaluer la validité de notre proposition. Nous avons également développé un ensemble de techniques standard pour produire des résultats de base qui seront comparés à ceux obtenus par notre proposition multi-agents.
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Origin : Version validated by the jury (STAR)

Dates and versions

tel-03144060 , version 1 (17-02-2021)
tel-03144060 , version 2 (19-02-2021)

Identifiers

  • HAL Id : tel-03144060 , version 2

Cite

Davide Guastella. Dynamic learning of the environment for eco-citizen behavior. Artificial Intelligence [cs.AI]. Université Paul Sabatier - Toulouse III; Università degli studi (Catane, Italie), 2020. English. ⟨NNT : 2020TOU30160⟩. ⟨tel-03144060v2⟩
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