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Type: Dissertação
Title: Critical event prediction using ontology-based sensor data integration and deep learning
Author: Amará, Jefferson do Nascimento
First Advisor: Menezes, Victor Ströele de Andrade
Co-Advisor: Braga, Regina Maria Maciel
Referee Member: David, José Maria Nazar
Referee Member: Ogasawara, Eduardo Soares
Resumo: A detecção e predição de eventos desempenham um papel crucial em diversos domínios, especialmente em sistemas de alerta precoce, onde a identificação de eventos críticos com antecedência pode prevenir desastres e mitigar riscos. Esta pesquisa aborda o problema da integração de dados de sensores heterogêneos, comum em áreas como gestão de desastres e cidades inteligentes, onde dados brutos podem não fornecer contexto suficiente para uma tomada de decisão eficaz. Para resolver esse desafio, propomos um framework que combina uma abordagem baseada em ontologia para integrar e contextualizar os dados de sensores com técnicas de aprendizado profundo para a predição de eventos. O framework utiliza um modelo de Ontologia de Rede de Sensores Semânticos (SSN) estendido para estruturar e enriquecer os dados com informações semânticas e de contexto. Em seguida, aplicamos modelos de redes neurais recorrentes de memória de longo prazo (LSTM) para realizar a predição de eventos com base nos dados integrados. Um estudo de caso foi realizado no domínio hidrológico, utilizando dados reais de sensores hidrométricos e hidrológicos para prever eventos críticos como enchentes. Os resultados demonstraram que a combinação da integração semântica com técnicas de IA melhora a acurácia das predições e permite a identificação antecipada de eventos críticos que poderiam ser perdidos com dados isolados.
Abstract: Event detection and prediction play a crucial role in various domains, particularly in early warning systems where identifying critical events in advance can prevent disasters and mitigate risks. This research addresses the problem of integrating heterogeneous sensor data, which is common in fields such as disaster management and smart cities, where raw data may not provide sufficient context for effective decision-making. To address this challenge, we propose a framework that combines an ontology-based approach to integrate and contextualize sensor data with deep learning techniques for event prediction. The framework utilizes an extended Semantic Sensor Network (SSN) ontology to structure and enrich the data with semantic and contextual information. Then, Long Short-Term Memory (LSTM) neural networks are applied to predict events based on the integrated data. A case study was conducted in the hydrological domain, using real-world hydrometric and hydrological sensor data to predict critical events such as floods. The results demonstrate that combining semantic integration with AI techniques improves prediction accuracy and enables the early detection of critical events that might be missed when using isolated data.
Keywords: Data integration
Sensors
Ontology
Deep learning
Event prediction
CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Language: eng
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Institution Initials: UFJF
Department: ICE – Instituto de Ciências Exatas
Program: Programa de Pós-graduação em Ciência da Computação
Access Type: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Brazil
Creative Commons License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/17403
Issue Date: 27-Aug-2024
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