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Enregistrement W3162743447 · doi:10.1109/tase.2021.3077689

Attention-Driven Active Sensing With Hybrid Neural Network for Environmental Field Mapping

2021· article· en· W3162743447 sur OpenAlexaff
Teng Li, Chaoqun Wang, Max Q.‐H. Meng, Clarence W. de Silva

Notice bibliographique

RevueIEEE Transactions on Automation Science and Engineering · 2021
Typearticle
Langueen
DomaineEngineering
ThématiqueRobotics and Sensor-Based Localization
Établissements canadiensUniversity of British Columbia
Organismes subventionnairesnon disponible
Mots-clésComputer scienceField (mathematics)Mobile robotArtificial intelligenceSet (abstract data type)Artificial neural networkProcess (computing)Environmental dataData miningMultivariate statisticsRemote sensingRobotMachine learningGeographyMathematics

Résumé

récupéré en direct d'OpenAlex

In environmental monitoring programs, mobile robots have been widely deployed for remote sensing, with the end objective of monitoring and mapping out environmental fields. Complex characteristics and correlations in natural phenomena make it challenging to establish a reliable framework for mobile sensing and field mapping. Furthermore, constraints of onboard resources will limit the ability of mobile robots to cover a large area. This article focuses on the active sensing problem in environmental field mapping and particularly exploits the use of intrinsic interactions among multivariate spatiotemporal data. A novel deep neural network of a hybrid CNN-RNN model is employed to learn the monitored multivariate spatiotemporal field. Specifically, a set of attention mechanisms is designed and embedded in the network, which is able to adaptively capture parameterwise dependencies among the monitored heterogeneous parameters and spatial correlations in geolocations of a surveyed field. The weights of inferred attention facilitate explicit interpretation of the driving parameters and geolocations. Some subregions of interest in the surveyed field are specified by their spatial attention distribution and are actively sensed by following the proposed coverage path planner. Experiments are carried out using a real-world dataset with multisource environmental imagery from a remote sensing program. Experimental results are obtained, which demonstrate the superior mapping performance of the proposed systematical methodology compared to baseline methods. Furthermore, the proposed model is able to quantitatively reveal the driving monitored parameters and geolocations in a regression process.Note to Practitioners—This article was motivated by the need for a practical and systematic approach for reconstruction and planning to execute robotic active sensing (AS) in environmental field mapping. Field robotic applications are not maneuverable in comparison with indoor scenarios due to severe conflict between the need for long execution endurance in the field and the very limited onboard resources. Traditional AS planners normally use statistical model-based informative metrics, which may lead to model misspecification in real-world phenomena. The developed framework in this article yields a novel attention-driven metric to guide AS and mapping. It relies on an attention-based hybrid neural network that reveals the driving variables in terms of the heterogeneities and complexities in a natural environment. The high-priority regions are maximized in a coverage path depending on the inferred spatial attention distribution while maintaining the travel cost of the sensing robots within an available energy budget. Experiments using a remote sensing dataset validate the reliable performance of the proposed framework, in environmental field mapping.

Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.

Comment cette classification a été obtenuedéplier

Prédiction machine sur la base complète

Imitation des enseignants

Ni prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.

score de la tête « metaresearch » (Codex)0,000
score de la tête « metaresearch » (Gemma)0,001
Version: metacan-v3-hybrid-931329e0061cStatut de validation: machine_predicted_unvalidated
Catégories candidatesaucune
Catégories consensuellesaucune
DomaineSignal candidat: aucune · Signal consensuel: aucune
Devis d'étudeSignal candidat: Simulation ou modélisation · Signal consensuel: Simulation ou modélisation
GenreSignal candidat: Empirique · Signal consensuel: aucune
Score de désaccord entre enseignants0,009
Score d'incertitude au seuil0,017

Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)

CatégorieCodexGemma
Métarecherche0,0000,001
Méta-épidémiologie (sens strict)0,0010,000
Méta-épidémiologie (sens large)0,0010,000
Bibliométrie0,0000,001
Études des sciences et des technologies0,0000,000
Communication savante0,0000,001
Science ouverte0,0010,001
Intégrité de la recherche0,0010,001
Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger)0,0010,000

Scores machine (provisoires)

Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.

Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.

Tête enseignante Opus0,008
Tête enseignante GPT0,191
Écart entre enseignants0,182 · la distance entre les deux têtes enseignantes sur ce seul travail
Statut de validationscore_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découle

Classification

machine, non validée

Prédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.

Les modèles n’ont appliqué aucune catégorie : rien dans la taxonomie ne correspondait à ce travail.
Devis d'étudeSimulation ou modélisation
Domainenon disponible
GenreEmpirique

Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».

En bref

Citations18
Publié2021
Routes d'admission1
Résumé présentoui

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