本文提出了一种新的方法来预测，并确定机场的平均出租时间是否超过下一小时运营中的预定阈值。该领域的事先工作专注于预测飞行的飞行基础上的出租车，这需要大量努力和关于从大门到跑道建模出租车活动的数据。直接从表面雷达信息学习，加工最小，提出了一种基于计算机视觉的模型，以便隐式地利用适应特定信息（例如，跑道配置，滑行过程中的飞机状态）的方式结合了机场表面数据并自动由人工智能（AI）。

机场性能预测具有合理的展示期限是一个具有挑战性的任务，并且已经通过各种先前研究进行了尝试。交通，需求，天气和交通管理行动是任何预测模型的关键输入。本文提出了一种基于时间融合变压器（TFT）的新方法，以预测多次机场的偏离和到达延迟。这种方法可以捕获预测时已知的输入的复杂时间动态，然后预测未来4小时的选定延迟度量。在处理天气投入时，开发了一种自我监督的学习（SSL）模型以将高维天气数据编码为更低的尺寸表示，以更有效和有效地培训TFT。初始结果表明，基于TFT的延迟预测模型通过测试数据集上的较小预测误差来实现令人满意的性能。此外，模型输出的解释性分析识别延迟预测的重要输入因子。预计拟议的方法有望帮助空中交通管理人员或决策者对延误缓解的交通管理行动以及运作，提供足够的提前时间来规划预测性能下降。

变压器已成为自然语言处理（NLP）字段中的De-Facto标准。他们也在计算机视觉和其他域中获得了势头。变形金刚可以使人工智能（AI）模型能够动态地关注其输入的某些部分，因此更有效地关注某些部分。灵感来自变形金刚的成功，我们采用了这种技术来预测在多个视野中的战略飞行偏离需求。这项工作是为了支持斜切式的移动应用程序，PAIR，将预测的偏离需求显示为通用航空（GA）飞行运营商，因此他们可以更好地了解繁忙时期离开延误潜力的意识。涉及Pacer以前设计的基于规则的预测方法的现场示范表明，离职需求的预测准确性仍然具有改进的空间。本研究致力于提高来自两个关键方面的预测精度：更好的数据源和鲁棒预测算法。我们利用了两个数据来源，航空系统性能指标（ASPM）和系统广播信息管理（游泳）作为我们的输入。然后，我们用时间融合变压器（TFT）接受了预测的预测模型，用于五个不同的机场。案例研究表明，TFT通过大幅度的传统预测方法可以更好地表现优于传统的预测方法，它们可以在各种机场和更好的解释性方面导致更好的预测。

预测连通航班中的乘客将失去他们的联系对于航空公司盈利能力至关重要。我们为不同阶段的连接飞行管理的不同阶段提出了新型机器学习的决策支持模型，即战略，战术，战术和后期行动。我们预测航空公司枢纽机场的错过航班连接，使用航班和乘客的历史数据，分析了对每个决策地平线的预测结果贡献的因素。我们的数据是高维，异质，不平衡和嘈杂的，并且不会通知客人抵达/离境运输时间。我们采用了分类类的概率编码，与高斯混合模型的数据平衡，以及提升。对于所有规划视野，我们的模型将ROC的AUC达到高于0.93。我们模型的Shap值说明表明计划/感知的连接时间对预测的最大贡献，其次是乘客年龄以及是否需要边界控制。

受到自然语言处理（NLP）中深度学习（DL）的成功的启发，我们应用了尖端DL技术，以预测战略时间地平线（4小时或更长时间）的飞行偏离需求。这项工作是为了支持斜切式的移动应用程序，PAIR，将预测的偏离需求显示为通用航空（GA）飞行运营商，因此他们可以更好地了解繁忙时期离开延误潜力的意识。涉及Pacer以前设计的基于规则的预测方法的现场示范表明，离职需求的预测准确性仍然具有改进的空间。本研究致力于提高来自两个关键方面的预测精度：更好的数据源和鲁棒预测算法。我们利用了两个数据来源，航空系统性能指标（ASPM）和系统广播信息管理（游泳）作为我们的输入。然后，我们用DL序列技术培训了预测模型，以序列（SEQ2Seq）和SEQ2Seq的注意力。案例研究表明，我们的SEQ2Seq在测试的四种预测算法中具有最佳。此外，与经典的自回归（AR）预测方法相比，通过更好的数据源，SEQ2Seq的注意力可以减少超过60％的平均平方误差（MSE）超过60％。

台湾对全球碎片流的敏感性和死亡人数最高。台湾现有的碎屑流警告系统，该系统使用降雨量的时间加权度量，当该措施超过预定义的阈值时，会导致警报。但是，该系统会产生许多错误的警报，并错过了实际碎屑流的很大一部分。为了改善该系统，我们实施了五个机器学习模型，以输入历史降雨数据并预测是否会在选定的时间内发生碎屑流。我们发现，随机的森林模型在五个模型中表现最好，并优于台湾现有系统。此外，我们确定了与碎屑流的发生密切相关的降雨轨迹，并探索了缺失碎屑流的风险与频繁的虚假警报之间的权衡。这些结果表明，仅在小时降雨数据中训练的机器学习模型的潜力可以挽救生命，同时减少虚假警报。

由于其对人类生命，运输，粮食生产和能源管理的高度影响，因此在科学上研究了预测天气的问题。目前的运营预测模型基于物理学，并使用超级计算机来模拟大气预测，提前预测数小时和日期。更好的基于物理的预测需要改进模型本身，这可能是一个实质性的科学挑战，以及潜在的分辨率的改进，可以计算令人望而却步。基于神经网络的新出现的天气模型代表天气预报的范式转变：模型学习来自数据的所需变换，而不是依赖于手工编码的物理，并计算效率。然而，对于神经模型，每个额外的辐射时间都会构成大量挑战，因为它需要捕获更大的空间环境并增加预测的不确定性。在这项工作中，我们提出了一个神经网络，能够提前十二小时的大规模降水预测，并且从相同的大气状态开始，该模型能够比最先进的基于物理的模型更高的技能HRRR和HREF目前在美国大陆运营。可解释性分析加强了模型学会模拟先进物理原则的观察。这些结果代表了建立与神经网络有效预测的新范式的实质性步骤。

我们提出了一种新的四管齐下的方法，在文献中首次建立消防员的情境意识。我们构建了一系列深度学习框架，彼此之叠，以提高消防员在紧急首次响应设置中进行的救援任务的安全性，效率和成功完成。首先，我们使用深度卷积神经网络（CNN）系统，以实时地分类和识别来自热图像的感兴趣对象。接下来，我们将此CNN框架扩展了对象检测，跟踪，分割与掩码RCNN框架，以及具有多模级自然语言处理（NLP）框架的场景描述。第三，我们建立了一个深入的Q学习的代理，免受压力引起的迷失方向和焦虑，能够根据现场消防环境中观察和存储的事实来制定明确的导航决策。最后，我们使用了一种低计算无监督的学习技术，称为张量分解，在实时对异常检测进行有意义的特征提取。通过这些临时深度学习结构，我们建立了人工智能系统的骨干，用于消防员的情境意识。要将设计的系统带入消防员的使用，我们设计了一种物理结构，其中处理后的结果被用作创建增强现实的投入，这是一个能够建议他们所在地的消防员和周围的关键特征，这对救援操作至关重要在手头，以及路径规划功能，充当虚拟指南，以帮助迷彩的第一个响应者恢复安全。当组合时，这四种方法呈现了一种新颖的信息理解，转移和综合方法，这可能会大大提高消防员响应和功效，并降低寿命损失。

检测，预测和减轻交通拥堵是针对改善运输网络的服务水平的目标。随着对更高分辨率的更大数据集的访问，深度学习对这种任务的相关性正在增加。近年来几篇综合调查论文总结了运输领域的深度学习应用。然而，运输网络的系统动态在非拥挤状态和拥塞状态之间变化大大变化 - 从而需要清楚地了解对拥堵预测特异性特异性的挑战。在这项调查中，我们在与检测，预测和缓解拥堵相关的任务中，介绍了深度学习应用的当前状态。重复和非经常性充血是单独讨论的。我们的调查导致我们揭示了当前研究状态的固有挑战和差距。最后，我们向未来的研究方向提出了一些建议，因为所确定的挑战的答案。

本文介绍了一种新的，高度结果的设置，用于将计算机视觉用于环境可持续性。浓缩动物喂养行动（CAFO）（又称密集牲畜农场或“工厂农场”）产生了巨大的肥料和污染。在冬季，倾倒粪便构成了重大的环境风险，并在许多州违反了环境法。然而，联邦环境保护署（EPA）和州机构主要依靠自我报告来监视此类“土地应用”。我们的论文做出了四个贡献。首先，我们介绍了CAFO和土地应用的环境，政策和农业环境。其次，我们提供了一个新的高效率数据集（每天至每周至每周）3M/像素卫星图像，从2018 - 20年使用威斯康星州的330个CAFO，并带有手工标记的土地应用实例（n = 57,697）。第三，我们开发了一个对象检测模型，以预测土地应用和一个系统以实时进行推断。我们表明，该系统似乎有效地检测到土地应用（PR AUC = 0.93），并且我们发现了几个异常设施，这些设施似乎定期适用。最后，我们估计2021/22冬季土地应用事件的人口流行率。我们表明，土地应用的普遍性要比设施自我报告的要高得多。该系统可以由环境监管机构和利益集团使用，该系统是在过去冬天根据该系统进行的试点探访的。总体而言，我们的应用程序展示了基于AI的计算机视觉系统解决环境符合近日图像的主要问题的潜力。

太阳能现在是历史上最便宜的电力形式。不幸的是，由于其变异性，显着提高栅格的太阳能的一部分仍然具有挑战性，这使得电力的供需平衡更加困难。虽然热发电机坡度 - 它们可以改变输出的最高速率 - 是有限的，太阳能的坡度基本上是无限的。因此，准确的近期太阳能预测或垂圈，对于提供预警来调整热发电机输出，以响应于太阳能变化来调整热发电机，以确保平衡供需。为了解决问题，本文开发了使用自我监督学习的丰富和易于使用的多光谱卫星数据的太阳能垂圈的一般模型。具体而言，我们使用卷积神经网络（CNN）和长短期内存网络（LSTM）开发深度自动回归模型，这些模型在多个位置训练全球培训，以预测最近推出的最近收集的时空数据的未来观察-R系列卫星。我们的模型估计了基于卫星观测的未来的太阳辐照度，我们向较小的场地特定的太阳能数据培训的回归模型提供，以提供近期太阳能光伏（PV）预测，其考虑了现场特征的特征。我们评估了我们在25个太阳能场所的不同覆盖区域和预测视野的方法，并表明我们的方法利用地面真理观察结果产生靠近模型的错误。

Post-hoc analysis is a popular category in eXplainable artificial intelligence (XAI) study. In particular, methods that generate heatmaps have been used to explain the deep neural network (DNN), a black-box model. Heatmaps can be appealing due to the intuitive and visual ways to understand them but assessing their qualities might not be straightforward. Different ways to assess heatmaps' quality have their own merits and shortcomings. This paper introduces a synthetic dataset that can be generated adhoc along with the ground-truth heatmaps for more objective quantitative assessment. Each sample data is an image of a cell with easily recognized features that are distinguished from localization ground-truth mask, hence facilitating a more transparent assessment of different XAI methods. Comparison and recommendations are made, shortcomings are clarified along with suggestions for future research directions to handle the finer details of select post-hoc analysis methods. Furthermore, mabCAM is introduced as the heatmap generation method compatible with our ground-truth heatmaps. The framework is easily generalizable and uses only standard deep learning components.

Wind power forecasting helps with the planning for the power systems by contributing to having a higher level of certainty in decision-making. Due to the randomness inherent to meteorological events (e.g., wind speeds), making highly accurate long-term predictions for wind power can be extremely difficult. One approach to remedy this challenge is to utilize weather information from multiple points across a geographical grid to obtain a holistic view of the wind patterns, along with temporal information from the previous power outputs of the wind farms. Our proposed CNN-RNN architecture combines convolutional neural networks (CNNs) and recurrent neural networks (RNNs) to extract spatial and temporal information from multi-dimensional input data to make day-ahead predictions. In this regard, our method incorporates an ultra-wide learning view, combining data from multiple numerical weather prediction models, wind farms, and geographical locations. Additionally, we experiment with global forecasting approaches to understand the impact of training the same model over the datasets obtained from multiple different wind farms, and we employ a method where spatial information extracted from convolutional layers is passed to a tree ensemble (e.g., Light Gradient Boosting Machine (LGBM)) instead of fully connected layers. The results show that our proposed CNN-RNN architecture outperforms other models such as LGBM, Extra Tree regressor and linear regression when trained globally, but fails to replicate such performance when trained individually on each farm. We also observe that passing the spatial information from CNN to LGBM improves its performance, providing further evidence of CNN's spatial feature extraction capabilities.

提出了一个深度学习模型，以便在未来60分钟的五分钟时间分辨率下以闪电的形式出现。该模型基于反复横向的结构，该结构使其能够识别并预测对流的时空发展，包括雷暴细胞的运动，生长和衰变。预测是在固定网格上执行的，而无需使用风暴对象检测和跟踪。从瑞士和周围的区域收集的输入数据包括地面雷达数据，可见/红外卫星数据以及衍生的云产品，闪电检测，数值天气预测和数字高程模型数据。我们分析了不同的替代损失功能，班级加权策略和模型特征，为将来的研究提供了指南，以最佳地选择损失功能，并正确校准其模型的概率预测。基于这些分析，我们在这项研究中使用焦点损失，但得出结论，它仅在交叉熵方面提供了较小的好处，如果模型的重新校准不实用，这是一个可行的选择。该模型在60分钟的现有周期内实现了0.45的像素临界成功指数（CSI）为0.45，以预测8 km的闪电发生，范围从5分钟的CSI到5分钟的提前时间到CSI到CSI的0.32在A处。收货时间60分钟。

人工智能（AI）和机器学习（ML）在网络安全挑战中的应用已在行业和学术界的吸引力，部分原因是对关键系统（例如云基础架构和政府机构）的广泛恶意软件攻击。入侵检测系统（IDS）使用某些形式的AI，由于能够以高预测准确性处理大量数据，因此获得了广泛的采用。这些系统托管在组织网络安全操作中心（CSOC）中，作为一种防御工具，可监视和检测恶意网络流，否则会影响机密性，完整性和可用性（CIA）。 CSOC分析师依靠这些系统来决定检测到的威胁。但是，使用深度学习（DL）技术设计的IDS通常被视为黑匣子模型，并且没有为其预测提供理由。这为CSOC分析师造成了障碍，因为他们无法根据模型的预测改善决策。解决此问题的一种解决方案是设计可解释的ID（X-IDS）。这项调查回顾了可解释的AI（XAI）的最先进的ID，目前的挑战，并讨论了这些挑战如何涉及X-ID的设计。特别是，我们全面讨论了黑匣子和白盒方法。我们还在这些方法之间的性能和产生解释的能力方面提出了权衡。此外，我们提出了一种通用体系结构，该建筑认为人类在循环中，该架构可以用作设计X-ID时的指南。研究建议是从三个关键观点提出的：需要定义ID的解释性，需要为各种利益相关者量身定制的解释以及设计指标来评估解释的需求。

评估能源转型和能源市场自由化对资源充足性的影响是一种越来越重要和苛刻的任务。能量系统的上升复杂性需要足够的能量系统建模方法，从而提高计算要求。此外，随着复杂性，同样调用概率评估和场景分析同样增加不确定性。为了充分和高效地解决这些各种要求，需要来自数据科学领域的新方法来加速当前方法。通过我们的系统文献综述，我们希望缩小三个学科之间的差距（1）电力供应安全性评估，（2）人工智能和（3）实验设计。为此，我们对所选应用领域进行大规模的定量审查，并制作彼此不同学科的合成。在其他发现之外，我们使用基于AI的方法和应用程序的AI方法和应用来确定电力供应模型的复杂安全性的元素，并作为未充分涵盖的应用领域的储存调度和（非）可用性。我们结束了推出了一种新的方法管道，以便在评估电力供应安全评估时充分有效地解决当前和即将到来的挑战。

The occurrence of vacuum arcs or radio frequency (rf) breakdowns is one of the most prevalent factors limiting the high-gradient performance of normal conducting rf cavities in particle accelerators. In this paper, we search for the existence of previously unrecognized features related to the incidence of rf breakdowns by applying a machine learning strategy to high-gradient cavity data from CERN's test stand for the Compact Linear Collider (CLIC). By interpreting the parameters of the learned models with explainable artificial intelligence (AI), we reverse-engineer physical properties for deriving fast, reliable, and simple rule-based models. Based on 6 months of historical data and dedicated experiments, our models show fractions of data with a high influence on the occurrence of breakdowns. Specifically, it is shown that the field emitted current following an initial breakdown is closely related to the probability of another breakdown occurring shortly thereafter. Results also indicate that the cavity pressure should be monitored with increased temporal resolution in future experiments, to further explore the vacuum activity associated with breakdowns.

COVID-19的大流行提出了对多个领域决策者的流行预测的重要性，从公共卫生到整个经济。虽然预测流行进展经常被概念化为类似于天气预测，但是它具有一些关键的差异，并且仍然是一项非平凡的任务。疾病的传播受到人类行为，病原体动态，天气和环境条件的多种混杂因素的影响。由于政府公共卫生和资助机构的倡议，捕获以前无法观察到的方面的丰富数据来源的可用性增加了研究的兴趣。这尤其是在“以数据为中心”的解决方案上进行的一系列工作，这些解决方案通过利用非传统数据源以及AI和机器学习的最新创新来增强我们的预测能力的潜力。这项调查研究了各种数据驱动的方法论和实践进步，并介绍了一个概念框架来导航它们。首先，我们列举了与流行病预测相关的大量流行病学数据集和新的数据流，捕获了各种因素，例如有症状的在线调查，零售和商业，流动性，基因组学数据等。接下来，我们将讨论关注最近基于数据驱动的统计和深度学习方法的方法和建模范式，以及将机械模型知识域知识与统计方法的有效性和灵活性相结合的新型混合模型类别。我们还讨论了这些预测系统的现实部署中出现的经验和挑战，包括预测信息。最后，我们重点介绍了整个预测管道中发现的一些挑战和开放问题。

Current learning machines have successfully solved hard application problems, reaching high accuracy and displaying seemingly "intelligent" behavior. Here we apply recent techniques for explaining decisions of state-of-the-art learning machines and analyze various tasks from computer vision and arcade games. This showcases a spectrum of problem-solving behaviors ranging from naive and short-sighted, to wellinformed and strategic. We observe that standard performance evaluation metrics can be oblivious to distinguishing these diverse problem solving behaviors. Furthermore, we propose our semi-automated Spectral Relevance Analysis that provides a practically effective way of characterizing and validating the behavior of nonlinear learning machines. This helps to assess whether a learned model indeed delivers reliably for the problem that it was conceived for. Furthermore, our work intends to add a voice of caution to the ongoing excitement about machine intelligence and pledges to evaluate and judge some of these recent successes in a more nuanced manner.

交通事故预期是自动化驾驶系统（广告）提供安全保证的驾驶体验的重要功能。事故预期模型旨在在发生之前及时准确地预测事故。现有的人工智能（AI）意外预期模型缺乏对其决策的人类可意识形态的解释。虽然这些模型表现良好，但它们仍然是广告用户的黑匣子，因此难以获得他们的信任。为此，本文介绍了一个门控复发单位（GRU）网络，用于了解从Dashcam视频数据的交通事故的早期期间的时空关系特征。名为Grad-CAM的后HOC关注机制被集成到网络中，以产生显着图作为事故预期决策的视觉解释。眼跟踪器捕获人眼固定点以产生人类注意图。与人类注意图相比，评估网络生成的显着性图的解释性。在公共崩溃数据集上的定性和定量结果证实，建议的可解释网络可以平均预期事故，然后在发生之前的4.57秒，平均精度为94.02％。此外，评估各种基于HOC的基于后关注的XAI方法。它证实了本研究选择的渐变凸轮可以产生高质量的人类可解释的显着性图（具有1.23标准化的扫描路径显着性），以解释碰撞预期决定。重要的是，结果证实，拟议的AI模型，具有人类灵感设计，可以在事故期内超越人类。