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HYDROLAB: an example of a new generation of compact expert systems
Abstract
The system described in this paper is an expert system implemented on a PC. The aim was to develop efficient software, running on hardware available in the developing countries, with a high level of expertise in the field of village water-supply programs. The hardware constraints led us to develop a specialized and sophisticated software architecture in order to reach a high-performance level that included many of the useful features generally available for the user on mainframes with larger tools or with expert-system shells. The underlying mechanisms of HYDROLAB do not rely on fully generic schemes, but rather on well-suited solutions to application-dependent problems.
... The use of expert systems is another avenue for assessment of the hydrogeological units. Poyet & Detay (1989) presented such a system for West Africa where some of the initial observations were based on image interpretation. Additionally, for a hard rock area in Sri Lanka probabilistic modelling offered an objective way of combining in a GIS geohydrological data with measurements made on imagery to provide the probabilities of striking high-yielding wells (Hansmann et al., 1993). ...
... he use of expert systems is another avenue for assessment of the hydrogeological units. Poyet and Detay (1989) presented such a system for West Africa where some of the initial observations were based on image interpretation. Additionally, for a hard rock area in Sri Lanka probabilistic modeling ofered an objective way of combining in a GIS geohydrological data with measurements made on imagery to provide the probabilities of striking high-yielding wells (Hansmann, Meijerink & Kodituwakku 1993). ...
Coastal aquifers discharge their subsurface flow into the sea either through seepage or submarine springs wherefractures predominate. The specific objective of this review article is to explore the potentiality of remote sensing as a tool for the identification, analysis, and rendering of potential areas of submarine groundwater discharges especially where non‐point seepages of groundwater exist. The principal means of the assessment is to use various optical and thermal infrared remote sensing techniques. Identification of the geologic and anthropogenic controls on SGDs through an analysis of available offshore and onshore geological spatial datasets and available satellite imagery within a geographic information system framework is the main goal of this review article. It would be helpfulfor the future research works to determine the location and the significance of SGDs to the nutrient load on the coastal and estuarine ecosystem.
... The use of expert systems is another avenue for assessment of the hydrogeological units. Poyet & Detay (1989) presented such a system for west Africa where some of the initial observations were based on image interpretation. Furthermore, for a hard rock area in Sri Lanka probabilistic modelling offered an objective way of combining in a GIS geohydrological data with measurements made on imagery to provide the probabilities of striking high-yielding wells (Hansmann et al., 1993). ...
The traditional use of remotely sensed image interpretation lies in the qualitative characterization of hydrogeological mapping units and the detection of specific features. Most applications pertain to crystalline basements, limestones and Quaternary volcanic terrain. More recent developments pertain to groundwater emergence in the discharge areas of groundwater flow systems, using thermal and multispectral imagery, and to the management of groundwater. For the latter, spatial recharge patterns and contamination assessment will focus attention on defining the parameters of vegetation and terrain mapping units and on monitoring hydrogeologically relevant surface features embedded in spatial groundwater models.
The swift proliferation of the use of artificial intelligence for basin analysis may be characterized by the fact that there are about a hundred expert systems and knowledge-based programs on this topic published at the last half decade. They concern the following three groups of application:
(1)
General problems and auxiliary methods of basin analysis. There are 27 expert systems for geographical and cartographical foundations, photogeology and remote sensing, classification of sedimentary basins, selection of the exploration strategy and prognostication of deposits, and also for the statistical data analysis.
(2)
Exploration and evaluation of deposits. This topic concerns 43 systems used for field-geophysical and geochemical survey, well-logging interpretation, classification, and identification of minerals, rock types and raw materials, paleontology, geochronology and paleoclimatology, fades analysis and identification of depositional environments, stratigraphic correlation and for structural modeling of deposits, and resource appraisal by geostatistic and other methods.
(3)
Special exploration systems and advising tools. There are 24 systems for oil exploration, hydrogeology and environment protection, engineering geology, and for seismic risk evaluation.
The available features of 94 essential artificial intelligence programs were acquired by the authors and installed in form of a database on a computer diskette. The paper reviews the up-to-date state of development, completed by selected results of the Ernst-Moritz-Arndt-University of Greifswald.
The application of mathematical methods and computers to geosciences has affected the field of sedimentology and the exploration of deposits within sedimentary basins. Sophisticated programs aid the exhausting use of all the available information and also the representation of the results. But the limits of the impetus of conventional data processing to geosciences already are visible. Formerly the geologist must have experience and skill to interpret the observed facts. Todays must have these also and a comprehensive knowledge too on how to use the huge number of mathematical methods and programs.
The reason of this dilemma is that geological research and exploration, because of their complicated subjects, need many procedures, such as, for instance, for comparisions, decisions, and for the assertion and examination of hypotheses which not could be realized only by conventional data processing. This is clearly the field of artificial intelligence which is trying to provide methods for knowledge processing and even for knowledge-based data processing.
This document describes in French the development and implementation of an expert-system for the technical control of the design and execution of the waterproofing of flat roofs.
Pourquoi 1968-1990 ? Pourquoi reprendre ce document de 1990 en 2015 ?
La fin des années 60 a vu surgir une sécheresse sans précédent, parcourant d’est en ouest l’Afrique subsaharienne. Le régime des pluies a diminué fortement, déplaçant le front intertropical, le FIT, de plusieurs centaines de kilomètres vers le sud. Les populations rurales et pastorales ont été frappées à la fois par le manque d’eau et de nourriture. Après la Sécheresse de 1968, brutale, en 1972, seulement quatre années après, la sécheresse revient par surprise, détruisant les récoltes et le bétail et piégeant mortellement le bétail autour des points d’eau. Il y a eu très peu de victimes humaines durant cette période. En 1973, rétrospectivement par chance, se tient le Conseil des Ministres du Comité Interafricain d’Etudes Hydrauliques à Libreville. Il constate le désastre et rend actuelles les solutions étudiées pour remédier à la situation de 1968. La situation est assez urgente pour faire retourner dans leur pays plusieurs délégués. La sécheresse de 1983, la plus forte a paradoxalement eu moins d’effet que les précédentes. Car les états Africains ont placé l’approvisionnement en eau des zones rurales en tête de leurs préoccupations. En particulier les routes et pistes de dégagement permettent aux populations de quitter rapidement les points d’eau lorsque leur bétail a tout dévoré alentour. La maîtrise de l’eau s’est entre-temps diffusée. Depuis le début du XVIIIe siècle, la population humaine a été multipliée par huit et l’espérance de vie moyenne a plus que doublé. Les villes africaines ont souvent vu leur population multipliée par sept au cours des trente dernières années. Le développement urbain est clairement un phénomène inéluctable. Dans les pays les moins développés, il se fait, pour une large part, par la création de quartiers spontanés en périphérie des villes ou dans des espaces laissés libres et insalubres, dans les espaces verts. Ajoutée à celles du logement, de l’éducation et des communications, la situation de l’approvisionnement en eau et de l’assainissement devient tragique. La désertification progresse. La conférence de Nairobi sur la désertification [United Nations, 1977] prévoit que « le tiers des terres arables du monde aura cessé d’être productif dans les 50 ans à venir ». Entre 1989 et 1992 se tiennent, notamment à Sophia Antipolis, les réunions des Bailleurs de fonds avec pour ordre du jour la mise en place de la future politique de coopération. Les grandes tendances sont d’abord un retrait de l’Afrique par manque de fonds, ensuite un accroissement des projets de maintenance en raison de la défaillance des pompes provoquée par la fermeture de l’entretien public, enfin une réorientation de l’aide vers les pays de l’Est enfin libérés de l’emprise soviétique. Et pourtant les perspectives sont sombres, pessimistes. Pourtant, pendant cette période 1968-1992, près du tiers des aides aux pays du Sahel a été consacré aux programmes d’hydraulique villageoise et pastorale. Des sommes considérables ont été investies dans la construction de puits et dans la réalisation de forages, cependant les évaluations des besoins estimés au milieu des années soixante, ne sont satisfaits qu’au tiers. En matière d’eau potable, compte tenu de la croissance démographique et de l’augmentation individuelle des besoins, liés à l’urbanisation et aux progrès de l’hygiène, on est très au-dessous de cette estimation. La conférence mondiale de l’eau de Mar del Plata a été l’étape-clé de la Décennie Internationale de l’Eau Potable et de l’Assainissement (DIEPA) achevée en 1991. La formation et la diffusion des connaissances sont les instruments capables de susciter et d’accompagner les évolutions et les changements. La maîtrise de l’eau est hissée au rang de l’un des thèmes majeurs de notre monde. La DIEPA a engendré de nombreuses réalisations et fait surgir une masse d’informations contribuant à l’émergence d’experts. L’éducation, l’alimentation et la prévention, instruments essentiels d’une politique démographique et d’une réduction de la mortalité infantile, progressent partout, et surtout dans les pays en développement. Le milieu rural est le volet important de l’autosuffisance alimentaire. L’économie de l’eau est de mieux en mieux pratiquée. Les retenues, les barrages, les canaux, les dérivations se multiplient. La production agricole et l’irrigation en contre-saison commencent à être associées à la lutte contre la désertification et à la protection de l’environnement. La planification des besoins et des ressources devient une discipline à part entière. Les tentatives pour gérer les interactions des individus et de leur environnement sont aussi vieilles que les civilisations humaines, mais les changements quantitatifs de vitesse, d’échelle et de complexité imposent des modifications qualitatives et quantitatives de notre approche. Et l’on voit apparaître des experts dans cette discipline difficile, en même temps que des organismes dédiés. L’humanité a compris la nécessité de la solidarité et de l’effort. Au début du XXIème siècle, 11 % de la population mondiale, soit 768 millions d’individus, n’a pas accès à l’eau potable. C’était 23 % en 1990. Le progrès est énorme. Mais les statistiques sont trompeuses, l’Italie dispose de plus d’eau que l’Angleterre, en moyenne. En Afrique sub-saharienne, la situation reste peu rassurante. De 1990 à 2010, le taux de la population non raccordée est passé de 51 à 37 %. En moyenne. Le travail à accomplir est considérable. Si l’eau reste le patrimoine essentiel de l’espèce humaine, l’homme apprend tous les jours à la gérer, l’économiser, la préserver. Ce travail à peine ébauché progresse chaque jour, la leçon a été comprise. Il y a vingt-cinq ans, les prévisions pour l’Afrique sub-saharienne étaient fort pessimistes. Elles sont encore loin d’être bonnes.
Rien n’est jamais aussi bon que ce que l’on espère ni pire que ce que l’on craint
For more than twenty years African states have devoted themselves to the improvement of water supply to the rural population. The problem of water prospecting became crucial and in 1989 the most optimistic statistic show that drinking water is still not available to more than 80% of the rural population in developing countries.
The various estimations carried out within the scope of the International Drinking Water Supply and Sanitation Decade (1981-1990) show that the water demand in countries of Western and Central Africa is considerable. As far as the village water supply is concerned, extrapolating the 1976 estimations leads to 100.000 water points to be carried out by 1990.
To meet the water demand in developing countries, thousands of water points remain to be created within the scope of programs for village water supply.
Since 1973, we devoted ourselves to extending the water resources of developing countries and we reflected upon the mechanism governing the hydrodynamic characteristics of aquifers. Since 1985, we have modeled this approach thanks to computer tools based on the expert system technology. We have developed an expert system dedicated to optimize the location of drilling sites.
This paper is an overview of hydrogeological studies in the field of village water supply programs. Its primary interest lies in the way it identifies decisive hydrogeological parameters and its use of artificial intelligence techniques in this domain.
We first present the main features of African hydrogeology then we summarize the methods usually used by experts for well-location studies. We explain our methodology to identify decisive hydrogeological parameters and present original data showing connections between data collected during the location studies and hydrodynamical parameters registered during the drilling.
Through an expert system approach we explain the possibility of modeling the process used by hydrogeologist to successfully carry out drilling sites studies. We then detail the expert system HYDROLAB© architecture, the rules of the software, its principal functions, its model of control and its system for recognizing solutions.
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Depuis plus de vingt ans les États africains se sont attachés à améliorer l'approvisionnement en eau des populations rurales. Le problème de la recherche en eau est devenu crucial et en 1986 l'eau potable fait encore défaut à plus de 80 % de la population rurale des pays en voie de développement. Au cours des vingt dernières années de nombreuses études menées par les hydrogéologues ont permis de définir une méthodologie d'implantation des points d'eau.
L'importance primordiale de l'approvisionnement en eau potable, la présence de nombreuses données statistiques intéressant les critères d'implantation, la nature répétitive des démarches hydrogéologiques et la nécessité de former des cadres africains, sont autant de raisons qui nous ont amenés à réaliser un modèle d'aide à la décision basé sur la technique des systèmes experts, adapté à la recherche des eaux souterraines.
Le système HYDROLAB reproduit la démarche d'un hydrogéologue en prennent en compte les très nombreux paramètres techniques et socio-économiques impliqués. La conception du modèle repose sur l'expérience des auteurs et l'analyse statistique de très nombreuses campagnes d'hydraulique villageoise réalisées en Afrique.
The simulator presented in this paper describes the approach used to model, in a dynamic environment, the progress of tactical situations. This work is performed under contract with the French Navy and will be used to ratify an expert system aids command package for submarine captains. This aids command package is developed as an integrated part of the simulator. This system is based on an hybrid expert system kernel with multiple forms of knowledge representations, various strategic control and graphic display controller based on active values.
Cette thèse décrit le développement d'un système susceptible de réaliser le traitement, l'intégration et la représentation des données géochimiques. Le but poursuivi est d'améliorer la détection des anomalies géochimiques significatives. Le contexte est celui de la prospection géochimique sous recouvrement de gisements d'Uranium, à partir de données de géochimie des eaux et des roches. Ce travail a commencé comme élève-chercheur à l’École des Mines de Paris (i.e. Centre de Télédétection CTAMN - dirigé par Jean-Marie Monget), s'est poursuivi à l'Institut National de la Recherche en Informatique et Automatique à Sophia Antipolis (projet PASTIS dirigé par Marc Berthod) et a été soutenu sous la direction de Pierre Leymarie le 7/04/1986 comme thèse de Doctorat d’État ès Sciences à l'Université de Nice Sophia-Antipolis.
GB: A synthesis of some parts of this work (not including Tome I - Partie 2 - Le Traitement des Données Hydrogéochimiques du Bassin de Lodève Hérault - France) is provided in: Computer-Aided Decision Techniques for Hydrogeochemical Uranium Exploration in "Use of Microcomputers in Geology" available in pdf on this site. https://www.researchgate.net/publication/264229953_Computer-Aided_Decision_Techniques_for_Hydrogeochemical_Uranium_Exploration
=> Note that the part dealing with the processing of the hydro-geochemical data of the Lodeve bassin is unfortunately only available in French.
The aim of this paper is to emphasize the virtue of a clear specification of the control process in the design of expert system architectures and to illustrate the existing relations between control structures and the logic on which simulation systems rely. We present the consequences induced by a complete separation of the control structure from the static knowledge and by the use of temporal logic on properties of expert systems such as exploration and generation of the search space, maintenance of states consistency, activation of backtracking procedures. We finally expose the current state of the art of our research in the domain and what could be, according to the previous discussion, a general scheme for the design of a new kind of simulation expert system kernel.
Le logiciel présenté dans cet article est un système expert en hydraulique villageoise tout spécialement conçu pour des ordinateurs personnels de puissance modeste. Le but était de réaliser un consultant informatique qui soit efficace à l'exécution, utilisable sur le type de matériel disponible dans les pays en voir de développement et qui possède un bon niveau d'expertise en hydraulique villageoise. Les contraintes induites par les limitations matérielles nous ont amené à concevoir une architecture logicielle dédiée, suffisamment élaborée pour atteindre de bonne performances, tout en offrant de nombreuses fonctionnalités habituellement disponibles avec des générateurs complexes sur de grosses machines.
Ce document contient le cours que j'ai dispensé en Maîtrise de Sciences de Techniques, Géosciences et Géotechniques à l'Université de Nice (France) entre 1988 et 1992.