Category Archives: Projekt

Trajectory prediction and optimization of the ballast for the Gordon Bennett gas balloon race 2019

For the 6th time a team composed of meteorologists, gas balloons specialists and engineers from the HEIA-FR have worked together as the race head quarter of the swiss team of Laurent Scyboz and Nicolas Tièche for the Gordon Bennet race 2019. Members of FRISAM who have developped mathematical models of the balloons dynamics and trajectory predictions where part of the scientific team. This year the race started in Montbéliard (France). The Swiss team won the competition with a traveled distance of 1 774 km up to the Black sea in Romania .

Gas balloons before the start at the Gordon Bennett 2019 in Montbéliard.
Gas balloons before the start at the Gordon Bennett 2019 in Montbéliard.
Final position of the Swiss team at the Black sea (Source La liberté).
Final position of the Swiss team at the Black sea (Source La liberté).

Projekt zu autonomen Fahrzeugen

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Im Jahr 2017 wurde auf dem Preprint Server arXiv eine Arbeit mit dem Titel «On a Formal Model of Safe and Scalable Self-driving Cars» von Shalev-Schwartz, Shammah und Shashua publiziert. In diesem Artikel wird ein deterministisches Sicherheitsmodell namens RSS für selbstfahrende Autos präsentiert, welches zu garantieren behauptet, dass es keine Unfälle mehr gibt, wenn alle Verkehrsteilnehmer die durch RSS definierten Regeln respektieren. Das Ziel des Projektes bestand darin, die physikalischen und mathematischen Behauptungen im Artikel zu validieren resp. Gegenbeispiele zu finden. Obgleich der im Artikel gewählte Ansatz vielversprechend zu sein scheint, ist es uns gelungen, Unzulänglichkeiten zu finden und Verkehrsszenarien zu konstruieren, in welchen RSS nicht dafür garantieren kann, dass keine Unfälle stattfinden. Zudem haben wir Ansätze gefunden, wie das Modell ausgebaut und verbessert werden könnte.

Zusammenarbeit mit Corinne Hager Jörin und Florence Yerly Corinne Hager Jörin Florence Yerly

Surveillance et détection autonome pour protéger les oiseaux nicheurs

Les oiseaux nichant en Suisse occupent des milieux multifonctionnels ce qui affectent négativement leur succès de reproduction. Dans les champs, l’intensification de l’agriculture avec des fauches précoces et répétées ne laisse plus assez de temps pour élever les jeunes oisillons. Dans les forêts, la demande en bois indigène et énergie diminue l’offre en vieux arbres avec des cavités. Les professionnels concernés sont souvent sensibles à cette perte de la biodiversité mais ils n’ont ni le temps, ni les moyens pour détecter ces oiseaux. Quand une espèce rare est localisée suffisamment tôt, il est souvent possible, par une mesure ciblée de conservation, de préserver l’habitat pour permettre une nidification. Actuellement, les ornithologues ne peuvent pas alerter les acteurs professionnels avec efficience à cause d’observations bien trop éparses, incomplètes et parfois trop tardives.

Dans le cadre de cette protection ciblée nid par nid, les milieux professionnels sont très sensibles au succès de la nidification et, un échec des oiseaux est souvent perçu comme décourageant au point de ne plus vouloir répéter l’expérience dans le futur. Il est donc fondamental de fournir des informations détaillées sur les oiseaux. Avec des ressources nécessairement limitées, ce constat appelle à une méthode adaptée et efficace pour détecter et suivre les oiseaux puis pour informer régulièrement les non-ornithologues (autorités compétentes et milieux professionnels). Il s’agit ainsi de favoriser un modèle participatif à la protection de la nature.

Une nouvelle méthode a été testée et développée depuis plus de 8 années : la surveillance acoustique autonome. Des appareils dédiés sont placés sur le terrain pour écouter puis signaler par communication sans fils la présence d’oiseaux rares. Ils peuvent aussi être configurés pour localiser par triangulation les oiseaux chanteurs et délimiter ainsi leur territoire. Cette méthode permet d’obtenir des observations denses et répétées journalièrement des zones favorables à une espèce. On parle alors d’une haute pression d’observation, favorable à des mesures ciblées de conservation.

L’objectif de ce projet est de concevoir les outils nécessaires au déploiement de larges réseaux de surveillance autonomes pour la protection des oiseaux.

Ces réseaux doivent répondre à un critère de couverture (acoustique) maximale avec un nombre minimal d’appareils placés aux bons endroits selon la topographie. Ce projet doit permettre le développement des méthodes de calcul nécessaires pour configurer un réseau. Cet outil doit garantir la détection des oiseaux sur un territoire donné mais il permet aussi d’économiser de l’argent en utilisant moins d’appareils.

Le deuxième outil vise à mettre rapidement à disposition des professionnels concernés des informations sur les oiseaux chanteurs. Ces informations pourront alors être intégrées en temps réel dans les processus d’exploitations des ressources naturelles (herbe, bois).

Ces réseaux de surveillance autonome s’inscrivent dans une stratégie globale de développement durable et multifonctionnel.

Lösungen einer Gleichung zählen, ohne die Gleichung zu lösen

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Eine grundlegende Aufgabe in der Mathematik und bei der Bearbeitung mathematischer Modelle, besteht darin, Gleichungen zu lösen. Da Gleichungen oft nicht explizit gelöst werden können, ist es von Interesse, Aussagen über die Lösungsmenge zu machen, beispielsweise über die Kardinalität der Lösungsmenge. In dieser Arbeit wird ein Verfahren angegeben, wie die Anzahl der Lösungen einer reellen Gleichung in einer unbekannten Variablen gezählt werden kann, ohne die Gleichung explizit zu lösen. Dazu wird anhand geometrisch-analytischer Überlegungen ein Integral konstruiert, welches die Anzahl der Lösungen einer Gleichung unter milden Voraussetzungen zählen kann.

N. Hungerbühler, M. Wasem, An integral that counts the zeros of a function, Open Math, 2018

 

Cluster analysis for multivariate data in micropaleontology

In collaboration with a PhD student in micropaleontology and in order to understand the evolution of fossilized marine organisms, we conducted several statistical analyzes to determine whether the characteristic dimensions of these organisms allowed them to be grouped into different families. These analyzes were conducted for two distinct observation periods at different geographical locations.

Ref: Dr Monica Constandache,
Ref: Dr Monica Constandache, “Morphometric study of porosity and morphology of fossil Globigerinoides, during the Late Oligocene and Early Pliocene”

Psychosoziale Risiken, die auf den wahrgenommenen Konflikt zwischen Arbeit und Privatleben zurückzuführen sind: Rolle einiger organisatorischer und psychografischer Variablen – Eine empirische Studie bei einer Schweizer Polizei

In dieser Studie versuchen wir, die Mittel zu identifizieren, die einer öffentlichen Organisation zur Verfügung stehen, um Konflikte im Berufsleben der Polizei zu verhindern.

Um dies zu tun, werden wir versuchen zu verstehen, was sind die Auswirkungen bestimmter organisatorischer Variablen (die Wahrnehmung der Autonomie, die Anforderungen der Aufgabe, soziale und organisatorische Unterstützung) und eines psychografischen Variables (das Gefühl der Kohärenz) auf die Wahrnehmung dieses Konflikts.

Unsere gemischte Methodik mobilisiert verschiedene Ansätze: eine quantitative Studie und Einzelinterviews.

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Structure and Dynamics of Niche-Overlap Graphs

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This project was conducted during my PhD thesis: a joint collaboration between the University of Fribourg (Ecology and Informatics departments) and the HEIA-FR. Using a real dataset of niche-overlap graphs (graphs that depict the competition between species in the nature), we firstly developed a novel algorithm to detect efficiently chordless cycles and showed that these cycles are numerous in these graphs. Secondly, we investigated the structure of these networks using the theory of graphs. Finally, we simulated the abundance of species over time using systems of Lotka-Volterra differential equations and investigated the persistence of these species inside niche-overlap graphs networks using a generalized linear model.

Gas balloon dynamics

ballon

The Gordon Bennett race (https://en.wikipedia.org/wiki/Gordon_Bennett_Cup_(ballooning)) is the oldest and the most popular gas balloon race.

We have developped a model that captures the trajectory of a gas balloon. With some sensors installed in the gondola we can anticipate potential instable atmospheric situations and predict the sand and gas consumption.

delestage

Moreover, we have developped tools to predict the trajectory of a balloon.

trajectoire

See Fribourg Freiburg Challenge for some nice pictures and videos.

Jupyter: a datascience interactive platform

Jupyter logo

The ASAM Group has recently launched its jupyter hub.  The project intends to give students a set of interactive courses, as an introduction to the statistical software R. Thank Jupyter, one has the possibility to learn and test in a “live” environment line codes from different languages, as R, Python, Julia, etc.  In the next years, the applied statistics master courses given by the ASAM Group will be each completed by jupyter notebooks.