Combining data mining and evolutionary computation for multi-criteria optimization of earthworks

Earthworks tasks aim at levelling the ground surface at a target construction area and precede any kind of structural construction (e.g., road and railway construction). It is comprised of sequential tasks, such as excavation, transportation, spreading and compaction, and it is strongly based on heavy mechanical equipment and repetitive processes. Under this context, it is essential to optimize the usage of all available resources under two key criteria: the costs and duration of earthwork projects. In this paper, we present an integrated system that uses two artificial intelligence based techniques: data mining and evolutionary multi-objective optimization. The former is used to build data-driven models capable of providing realistic estimates of resource productivity, while the latter is used to optimize resource allocation considering the two main earthwork objectives (duration and cost). Experiments held using real-world data, from a construction site, have shown that the proposed system is competitive when compared with current manual earthwork design.

Energy policies for rural electrification: a social multi-criteria evaluation approach

In this article, a real-world case- study is presented with two general objectives: to give a clear and simple illustrative example of application of social multi-criteria evaluation (SMCE) in the field of rural renewable energy policies, and to help in understanding to what extent and under which circumstances solar energy is suitable for electrifying isolated farmhouses. In this sense, this study might offer public decision- makers some insight on the conditions that favour the diffusion of renewable energy, in order to help them to design more effective energy policies for rural communities.

Data Envelopment Analysis and non-discretionary inputs : How to select the most suitable model using multi-criteria decision analysis

Within Data Envelopment Analysis, several alternative models allow for an environmental adjustment. The majority of them deliver divergent results. Decision makers face the difficult task of selecting the most suitable model. This study is performed to overcome this difficulty. By doing so, it fills a research gap. First, a two-step web-based survey is conducted. It aims (1) to identify the selection criteria, (2) to prioritize and weight the selection criteria with respect to the goal of selecting the most suitable model and (3) to collect the preferences about which model is preferable to fulfil each selection criterion. Second, Analytic Hierarchy Process is used to quantify the preferences expressed in the survey. Results show that the understandability, the applicability and the acceptability of the alternative models are valid selection criteria. The selection of the most suitable model depends on the preferences of the decision makers with regards to these criteria.

Modeling small-scale dairy farms in central Mexico using multi-criteria programming

Milk supply from Mexican dairy farms does not meet demand and small-scale farms can contribute toward closing the gap. Two multi-criteria programming techniques, goal programming and compromise programming, were used in a study of small-scale dairy farms in central Mexico. To build the goal and compromise programming models, 4 ordinary linear programming models were also developed, which had objective functions to maximize metabolizable energy for milk production, to maximize margin of income over feed costs, to maximize metabolizable protein for milk production, and to minimize purchased feedstuffs. Neither multicriteria approach was significantly better than the other; however, by applying both models it was possible to perform a more comprehensive analysis of these small-scale dairy systems. The multi-criteria programming models affirm findings from previous work and suggest that a forage strategy based on alfalfa, rye-grass, and corn silage would meet nutrient requirements of the herd. Both models suggested that there is an economic advantage in rescheduling the calving season to the second and third calendar quarters to better synchronize higher demand for nutrients with the period of high forage availability.

Deconstruction plan assessment using multi-criteria decision-making methods

The purpose of this paper is to present two multi-criteria decision-making models, including an Analytic Hierarchy Process (AHP) model and an Analytic Network Process (ANP) model for the assessment of deconstruction plans and to make a comparison between the two models with an experimental case study. Deconstruction planning is under pressure to reduce operation costs, adverse environmental impacts and duration, in the meanwhile to improve productivity and safety in accordance with structure characteristics, site conditions and past experiences. To achieve these targets in deconstruction projects, there is an impending need to develop a formal procedure for contractors to select a most appropriate deconstruction plan. Because numbers of factors influence the selection of deconstruction techniques, engineers definitely need effective tools to conduct the selection process. In this regard, multi-criteria decision-making methods such as AHP have been adopted to effectively support deconstruction technique selection in previous researches. in which it has been proved that AHP method can help decision-makers to make informed decisions on deconstruction technique selection based on a sound technical framework. In this paper, the authors present the application and comparison of two decision-making models including the AHP model and the ANP model for deconstruction plan assessment. The paper concludes that both AHP and ANP are viable and capable tools for deconstruction plan assessment under the same set of evaluation criteria. However, although the ANP can measure relationship among selection criteria and their sub-criteria, which is normally ignored in the AHP, the authors also indicate that whether the ANP model can provide a more accurate result should be examined in further research.

A fuzzy multi-criteria decision approach for enhanced auto-tracking of seismic events

The main activity carried out by the geophysicist when interpreting seismic data, in terms of both importance and time spent is tracking (or picking) seismic events. in practice, this activity turns out to be rather challenging, particularly when the targeted event is interrupted by discontinuities such as geological faults or exhibits lateral changes in seismic character. In recent years, several automated schemes, known as auto-trackers, have been developed to assist the interpreter in this tedious and time-consuming task. The automatic tracking tool available in modem interpretation software packages often employs artificial neural networks (ANN's) to identify seismic picks belonging to target events through a pattern recognition process. The ability of ANNs to track horizons across discontinuities largely depends on how reliably data patterns characterise these horizons. While seismic attributes are commonly used to characterise amplitude peaks forming a seismic horizon, some researchers in the field claim that inherent seismic information is lost in the attribute extraction process and advocate instead the use of raw data (amplitude samples). This paper investigates the performance of ANNs using either characterisation methods, and demonstrates how the complementarity of both seismic attributes and raw data can be exploited in conjunction with other geological information in a fuzzy inference system (FIS) to achieve an enhanced auto-tracking performance.

Multi-criteria analysis and the resolution of sustainable development dilemmas: a stakeholder management approach

We demonstrate that stakeholder-oriented multi-criteria analysis (MCA) can adequately address a variety of sustainable development dilemmas in decision-making, especially when applied to complex project evaluations involving multiple objectives and multiple stakeholder groups. Such evaluations are typically geared towards satisfying simultaneously private economic goals, broader social objectives and environmental targets. We show that, under specific conditions, a variety of stakeholder-oriented MCA approaches may be able to contribute substantively to the resolution or improved governance of societal conflicts and the pursuit of the public good in the form of sustainable development. We contrast the potential usefulness of these stakeholder-oriented approaches – in terms of their ability to contribute to sustainable development – with more conventional MCA approaches and social cost–benefit analysis.

Multi-criteria spatial decision analysis for demarcation of greenway: A case study of the city of Rio Claro, São Paulo, Brazil

Concern regarding hydrological resources has been a theme of growing importance in Brazil, associating the development of new management policies and maintenance of natural areas related to rivers. An efficient way to maintain natural areas around rivers has been the development of greenways, and some cites have already adopted specific legislation in this respect. Following this growing evolution in the treatment of hydrological resources, this study was carried out to demarcate a greenway along the Corumbatai River in the state of São Paulo, Using multi-criteria analysis in a GIS environment. First, thematic maps were elaborated based on Landsat 7 satellite, aerial photographs and digital topographic base, Supported by field activities. With the use of multi-criteria analysis, for which ad hoe consultations were conducted to attribute weights to the thematic maps, a suitability map was elaborated for the allocation of the greenway. Sites that should be included in the greenway were also selected, such as areas appropriate for leisure activities, and ecologically important areas. Based on the suitability map, a pathway analysis was done, connecting the relevant points of interest, thus generating a greenway that runs along the Corumbatai River, with the aim of contributing to the conservation of this important hydrological resource. (c) 2007 Elsevier B.V. All rights reserved.

Multi-criteria analysis in the strategic environmental assessment of the sugar and alcohol sector

The Strategic Environmental Assessment (SEA) of the sugar and alcohol sector guides a territorial and sectoral planning that benefits most of the local society and supports this economic activity in all its stages. In this way, the present work aims to determine an index of aggregation of the indicators generated in the baseline of the SEA process, called Index of Sustainability of Expansion of the Sugar and Alcohol Sector (IScana). For this, it was used the normalization of the indicators of each city by the fuzzy logic and attribution of weights by the Analytic Hierarchy Process (AHP). Then, the IScana values had been spatialized in the region of 'Grande Dourados'-Mato Grosso do Sul State. The northern portion concentrated the highest values of IScana, 0.48 and 0.55, referring to the cities of Nova Alvorada do Sul and Rio Brilhante, while, in the central portion, the city of Dourados presented the lowest value, 0.10. The selection of the set of indicators forming the IScana, and their relative importance, was satisfactory for the application of fuzzy logic and AHP techniques. The IScana index supplies objective information regarding the diagnosis of the region for the application of SEA.

Tecnologie appropriate per la gestione delle georisorse nei paesi in via di sviluppo e nei paesi dell'America Latina. Creazione di una metodologia multi criteria per la valutazione dei progetti di sviluppo umano

Benessere delle popolazioni, gestione sostenibile delle risorse, povertà e degrado ambientale sono dei concetti fortemente connessi in un mondo in cui il 20% della popolazione mondiale consuma più del 75% delle risorse naturali. Sin dal 1992 al Summit della Terra a Rio de Janeiro si è affermato il forte legame tra tutela dell’ambiente e riduzione della povertà, ed è anche stata riconosciuta l’importanza di un ecosistema sano per condurre una vita dignitosa, specialmente nelle zone rurali povere dell’Africa, dell’Asia e dell’America Latina. La natura infatti, soprattutto per le popolazioni rurali, rappresenta un bene quotidiano e prezioso, una forma essenziale per la sussistenza ed una fonte primaria di reddito. Accanto a questa constatazione vi è anche la consapevolezza che negli ultimi decenni gli ecosistemi naturali si stanno degradando ad un ritmo impressionate, senza precedenti nella storia della specie umana: consumiamo le risorse più velocemente di quanto la Terra sia capace di rigenerarle e di “metabolizzare” i nostri scarti. Allo stesso modo aumenta la povertà: attualmente ci sono 1,2 miliardi di persone che vivono con meno di un dollaro al giorno, mentre circa metà della popolazione mondiale sopravvive con meno di due dollari al giorno (UN). La connessione tra povertà ed ambiente non dipende solamente dalla scarsità di risorse che rende più difficili le condizioni di vita, ma anche dalla gestione delle stesse risorse naturali. Infatti in molti paesi o luoghi dove le risorse non sono carenti la popolazione più povera non vi ha accesso per motivi politici, economici e sociali. Inoltre se si paragona l’impronta ecologica con una misura riconosciuta dello “sviluppo umano”, l’Indice dello Sviluppo Umano (HDI) delle Nazioni Unite (Cfr. Cap 2), il rapporto dimostra chiaramente che ciò che noi accettiamo generalmente come “alto sviluppo” è molto lontano dal concetto di sviluppo sostenibile accettato universalmente, in quanto i paesi cosiddetti “sviluppati” sono quelli con una maggior impronta ecologica. Se allora lo “sviluppo” mette sotto pressione gli ecosistemi, dal cui benessere dipende direttamente il benessere dell’uomo, allora vuol dire che il concetto di “sviluppo” deve essere rivisitato, perché ha come conseguenza non il benessere del pianeta e delle popolazioni, ma il degrado ambientale e l’accrescimento delle disuguaglianze sociali. Quindi da una parte vi è la “società occidentale”, che promuove l’avanzamento della tecnologia e dell’industrializzazione per la crescita economica, spremendo un ecosistema sempre più stanco ed esausto al fine di ottenere dei benefici solo per una ristretta fetta della popolazione mondiale che segue un modello di vita consumistico degradando l’ambiente e sommergendolo di rifiuti; dall’altra parte ci sono le famiglie di contadini rurali, i “moradores” delle favelas o delle periferie delle grandi metropoli del Sud del Mondo, i senza terra, gli immigrati delle baraccopoli, i “waste pickers” delle periferie di Bombay che sopravvivono raccattando rifiuti, i profughi di guerre fatte per il controllo delle risorse, gli sfollati ambientali, gli eco-rifugiati, che vivono sotto la soglia di povertà, senza accesso alle risorse primarie per la sopravvivenza. La gestione sostenibile dell’ambiente, il produrre reddito dalla valorizzazione diretta dell’ecosistema e l’accesso alle risorse naturali sono tra gli strumenti più efficaci per migliorare le condizioni di vita degli individui, strumenti che possono anche garantire la distribuzione della ricchezza costruendo una società più equa, in quanto le merci ed i servizi dell’ecosistema fungono da beni per le comunità. La corretta gestione dell’ambiente e delle risorse quindi è di estrema importanza per la lotta alla povertà ed in questo caso il ruolo e la responsabilità dei tecnici ambientali è cruciale. Il lavoro di ricerca qui presentato, partendo dall’analisi del problema della gestione delle risorse naturali e dal suo stretto legame con la povertà, rivisitando il concetto tradizionale di “sviluppo” secondo i nuovi filoni di pensiero, vuole suggerire soluzioni e tecnologie per la gestione sostenibile delle risorse naturali che abbiano come obiettivo il benessere delle popolazioni più povere e degli ecosistemi, proponendo inoltre un metodo valutativo per la scelta delle alternative, soluzioni o tecnologie più adeguate al contesto di intervento. Dopo l’analisi dello “stato del Pianeta” (Capitolo 1) e delle risorse, sia a livello globale che a livello regionale, il secondo Capitolo prende in esame il concetto di povertà, di Paese in Via di Sviluppo (PVS), il concetto di “sviluppo sostenibile” e i nuovi filoni di pensiero: dalla teoria della Decrescita, al concetto di Sviluppo Umano. Dalla presa di coscienza dei reali fabbisogni umani, dall’analisi dello stato dell’ambiente, della povertà e delle sue diverse facce nei vari paesi, e dalla presa di coscienza del fallimento dell’economia della crescita (oggi visibile più che mai) si può comprendere che la soluzione per sconfiggere la povertà, il degrado dell’ambiente, e raggiungere lo sviluppo umano, non è il consumismo, la produzione, e nemmeno il trasferimento della tecnologia e l’industrializzazione; ma il “piccolo e bello” (F. Schumacher, 1982), ovvero gli stili di vita semplici, la tutela degli ecosistemi, e a livello tecnologico le “tecnologie appropriate”. Ed è proprio alle Tecnologie Appropriate a cui sono dedicati i Capitoli successivi (Capitolo 4 e Capitolo 5). Queste sono tecnologie semplici, a basso impatto ambientale, a basso costo, facilmente gestibili dalle comunità, tecnologie che permettono alle popolazioni più povere di avere accesso alle risorse naturali. Sono le tecnologie che meglio permettono, grazie alle loro caratteristiche, la tutela dei beni comuni naturali, quindi delle risorse e dell’ambiente, favorendo ed incentivando la partecipazione delle comunità locali e valorizzando i saperi tradizionali, grazie al coinvolgimento di tutti gli attori, al basso costo, alla sostenibilità ambientale, contribuendo all’affermazione dei diritti umani e alla salvaguardia dell’ambiente. Le Tecnologie Appropriate prese in esame sono quelle relative all’approvvigionamento idrico e alla depurazione dell’acqua tra cui: - la raccolta della nebbia, - metodi semplici per la perforazione di pozzi, - pompe a pedali e pompe manuali per l’approvvigionamento idrico, - la raccolta dell’acqua piovana, - il recupero delle sorgenti, - semplici metodi per la depurazione dell’acqua al punto d’uso (filtro in ceramica, filtro a sabbia, filtro in tessuto, disinfezione e distillazione solare). Il quinto Capitolo espone invece le Tecnolocie Appropriate per la gestione dei rifiuti nei PVS, in cui sono descritte: - soluzioni per la raccolta dei rifiuti nei PVS, - soluzioni per lo smaltimento dei rifiuti nei PVS, - semplici tecnologie per il riciclaggio dei rifiuti solidi. Il sesto Capitolo tratta tematiche riguardanti la Cooperazione Internazionale, la Cooperazione Decentrata e i progetti di Sviluppo Umano. Per progetti di sviluppo si intende, nell’ambito della Cooperazione, quei progetti che hanno come obiettivi la lotta alla povertà e il miglioramento delle condizioni di vita delle comunità beneficiarie dei PVS coinvolte nel progetto. All’interno dei progetti di cooperazione e di sviluppo umano gli interventi di tipo ambientale giocano un ruolo importante, visto che, come già detto, la povertà e il benessere delle popolazioni dipende dal benessere degli ecosistemi in cui vivono: favorire la tutela dell’ambiente, garantire l’accesso all’acqua potabile, la corretta gestione dei rifiuti e dei reflui nonché l’approvvigionamento energetico pulito sono aspetti necessari per permettere ad ogni individuo, soprattutto se vive in condizioni di “sviluppo”, di condurre una vita sana e produttiva. È importante quindi, negli interventi di sviluppo umano di carattere tecnico ed ambientale, scegliere soluzioni decentrate che prevedano l’adozione di Tecnologie Appropriate per contribuire a valorizzare l’ambiente e a tutelare la salute della comunità. I Capitoli 7 ed 8 prendono in esame i metodi per la valutazione degli interventi di sviluppo umano. Un altro aspetto fondamentale che rientra nel ruolo dei tecnici infatti è l’utilizzo di un corretto metodo valutativo per la scelta dei progetti possibili che tenga presente tutti gli aspetti, ovvero gli impatti sociali, ambientali, economici e che si cali bene alle realtà svantaggiate come quelle prese in considerazione in questo lavoro; un metodo cioè che consenta una valutazione specifica per i progetti di sviluppo umano e che possa permettere l’individuazione del progetto/intervento tecnologico e ambientale più appropriato ad ogni contesto specifico. Dall’analisi dei vari strumenti valutativi si è scelto di sviluppare un modello per la valutazione degli interventi di carattere ambientale nei progetti di Cooperazione Decentrata basato sull’Analisi Multi Criteria e sulla Analisi Gerarchica. L’oggetto di questa ricerca è stato quindi lo sviluppo di una metodologia, che tramite il supporto matematico e metodologico dell’Analisi Multi Criteria, permetta di valutare l’appropriatezza, la sostenibilità degli interventi di Sviluppo Umano di carattere ambientale, sviluppati all’interno di progetti di Cooperazione Internazionale e di Cooperazione Decentrata attraverso l’utilizzo di Tecnologie Appropriate. Nel Capitolo 9 viene proposta la metodologia, il modello di calcolo e i criteri su cui si basa la valutazione. I successivi capitoli (Capitolo 10 e Capitolo 11) sono invece dedicati alla sperimentazione della metodologia ai diversi casi studio: - “Progetto ambientale sulla gestione dei rifiuti presso i campi Profughi Saharawi”, Algeria, - “Programa 1 milhão de Cisternas, P1MC” e - “Programa Uma Terra e Duas Águas, P1+2”, Semi Arido brasiliano.

Elaborazione di un indicatore multi criteria di virtuosita nella gestione dei rifiuti, destinato agli enti locali

Essendo la percentuale di raccolta differenziata un indicatore che preso singolarmente risulta insufficiente a misurare la virtuosità di un Comune nella gestione dei rifiuti, si è elaborato un indicatore multi criteria che amplia l'orizzonte dell'analisi agli altri aspetti inerenti la gestione dei rifiuti. I criteri individuati sono otto: -Percentuale di raccolta differenziata -Produzione pro capite di rifiuti indifferenziati -Produzione pro capite di rifiuti totali -Impatto ambientale del sistema di raccolta e trattamento dei rifiuti -Costi del servizio -Tracciabilità dei rifiuti domestici -Coinvolgimento della popolazione -Comodità per il cittadino. Ad ogni Comune analizzato (il caso di studio è l'Unione Terre di Castelli) viene attribuito un punteggio per ogni criterio, in seguito moltiplicato per il peso attribuito al criterio stesso. I punteggi dati da ciascun criterio sono stati poi normalizzati in una scala da 0 a 1 con l'intervento di figure di esperti di ciascun ambito; i pesi sono stati determinati con la metodologia della Pairwise Comparison (T.Saaty, 1980) dai Sindaci e dagli Amministratori di tutti i Comuni del caso di studio. L'indicatore così costruito è stato poi applicato ai Comuni del caso di studio mostrando risultati, in termini di virtuosità, differenti da quelli prodotti dal solo indicatore di raccolta differenziata, evidenziando così l'importanza di un approccio multi disciplinare al tema dei rifiuti. L'indicatore, mostrando i punteggi ed il margine di miglioramento relativo a ciascun criterio, si è poi rivelato un efficace strumento di supporto alle decisioni per i Comuni nell'indirizzo degli investimenti in materia di gestione dei rifiuti.

Teoria dei giochi e Multi-criteria decision-making per reti mobili Ad-hoc: un protocollo di routing

Nell'elaborato si analizzano aspetti della teoria dei giochi e della multi-criteria decision-making. La riflessione serve a proporre le basi per un nuovo modello di protocollo di routing in ambito Mobile Ad-hoc Networks. Questo prototipo mira a generare una rete che riesca a gestirsi in maniera ottimale grazie ad un'acuta tecnica di clusterizzazione. Allo stesso tempo si propone come obiettivo il risparmio energetico e la partecipazione collaborativa di tutti i componenti.

Risk assessment for invasive exotic plants using multi-criteria risk models

Invasive exotic plants have altered natural ecosystems across much of North America. In the Midwest, the presence of invasive plants is increasing rapidly, causing changes in ecosystem patterns and processes. Early detection has become a key component in invasive plant management and in the detection of ecosystem change. Risk assessment through predictive modeling has been a useful resource for monitoring and assisting with treatment decisions for invasive plants. Predictive models were developed to assist with early detection of ten target invasive plants in the Great Lakes Network of the National Park Service and for garlic mustard throughout the Upper Peninsula of Michigan. These multi-criteria risk models utilize geographic information system (GIS) data to predict the areas at highest risk for three phases of invasion: introduction, establishment, and spread. An accuracy assessment of the models for the ten target plants in the Great Lakes Network showed an average overall accuracy of 86.3%. The model developed for garlic mustard in the Upper Peninsula resulted in an accuracy of 99.0%. Used as one of many resources, the risk maps created from the model outputs will assist with the detection of ecosystem change, the monitoring of plant invasions, and the management of invasive plants through prioritized control efforts.

Some past decision theory models for euro construction model codes and for road drainage in Spain, and modest hints with multi-criteria methods for agro and environmental assurance

The authors are from UPM and are relatively grouped, and all have intervened in different academic or real cases on the subject, at different times as being of different age. With precedent from E. Torroja and A. Páez in Madrid Spain Safety Probabilistic models for concrete about 1957, now in ICOSSAR conferences, author J.M. Antón involved since autumn 1967 for euro-steel construction in CECM produced a math model for independent load superposition reductions, and using it a load coefficient pattern for codes in Rome Feb. 1969, practically adopted for European constructions, giving in JCSS Lisbon Feb. 1974 suggestion of union for concrete-steel-al.. That model uses model for loads like Gumbel type I, for 50 years for one type of load, reduced to 1 year to be added to other independent loads, the sum set in Gumbel theories to 50 years return period, there are parallel models. A complete reliability system was produced, including non linear effects as from buckling, phenomena considered somehow in actual Construction Eurocodes produced from Model Codes. The system was considered by author in CEB in presence of Hydraulic effects from rivers, floods, sea, in reference with actual practice. When redacting a Road Drainage Norm in MOPU Spain an optimization model was realized by authors giving a way to determine the figure of Return Period, 10 to 50 years, for the cases of hydraulic flows to be considered in road drainage. Satisfactory examples were a stream in SE of Spain with Gumbel Type I model and a paper of Ven Te Chow with Mississippi in Keokuk using Gumbel type II, and the model can be modernized with more varied extreme laws. In fact in the MOPU drainage norm the redacting commission acted also as expert to set a table of return periods for elements of road drainage, in fact as a multi-criteria complex decision system. These precedent ideas were used e.g. in wide Codes, indicated in symposia or meetings, but not published in journals in English, and a condensate of contributions of authors is presented. The authors are somehow involved in optimization for hydraulic and agro planning, and give modest hints of intended applications in presence of agro and environment planning as a selection of the criteria and utility functions involved in bayesian, multi-criteria or mixed decision systems. Modest consideration is made of changing in climate, and on the production and commercial systems, and on others as social and financial.