Drahtlose Signale, die Sturzfluten vorhersagen

Sein Kollege „sagte, dass Forscher auf diesem Gebiet nur begrenzte Messungen hatten, weil die Ausrüstung, die Meteorologen zum Sammeln von Wetterdaten verwenden – einschließlich Radarsatelliten – teuer in der Anschaffung und Wartung war, insbesondere in Entwicklungsländern“, sagt Messer-Yaron.

Aus diesem Grund, erklärt sie, seien hochauflösende Daten zu Temperatur, Luftqualität, Windgeschwindigkeit und Niederschlagsmenge oft inkonsistent, was ein Problem bei der Erstellung genauer Modelle und Vorhersagen darstelle.

Als Experte für Signalverarbeitung und Mobilfunkkommunikation kam Messer-Yaron auf die Idee, vorhandene drahtlose Kommunikationssignale zur Erfassung von Wetterdaten zu nutzen, da Kommunikationsnetzwerke auf der ganzen Welt weit verbreitet sind.

Im Jahr 2006 entwickelten sie und ihr Forschungsteam Algorithmen, die von Kommunikationsnetzwerken gesammelte Daten verarbeiten und analysieren, um den Niederschlag zu überwachen. Sie messen den Amplitudenunterschied der von den Systemen gesendeten und empfangenen Signale, um die für die Sturzflutvorhersage erforderlichen Daten zu extrahieren.

Die Methode wurde erstmals in Israel demonstriert. Messer-Yaron arbeitet daran, es in Kommunikationsnetzwerke auf der ganzen Welt zu integrieren.

Für ihre Arbeit erhielt sie die diesjährige IEEE Environmental and Safety Technology Medal für „Beiträge zur Umweltsensorik mithilfe drahtloser Kommunikationsnetzwerke“. Der Preis wird von Toyota gesponsert.

„Der Erhalt einer IEEE-Medaille, der höchsten Auszeichnung, die man innerhalb der Organisation erhalten kann, war wirklich eine Überraschung und ich habe mich sehr darüber gefreut, sie erhalten zu können. [receive] das“, sagte sie. „Ich war stolz darauf, dass IEEE das Potenzial unserer Technologie für das Gemeinwohl bewerten und erkennen und belohnen konnte.“

Eine Leidenschaft für das Unterrichten

Messer-Yaron wuchs in Israel auf und interessierte sich für Kunst, Literatur und Wissenschaft. Als es an der Zeit war, sich für einen Beruf zu entscheiden, fiel es ihr schwer, sich zu entscheiden, sagte sie. Letztendlich entschied sie sich für Elektrotechnik, weil sie dachte, es wäre einfacher, Kunst und Literatur als Hobby zu betreiben.

Nach Abschluss ihres Pflichtdienstes bei den israelischen Streitkräften im Jahr 1973 begann sie ihr Grundstudium an der Universität Tel Aviv, wo sie ihre Leidenschaft entdeckte: die Signalverarbeitung.

„Elektrotechnik ist ein sehr breites Fach“, sagt sie. „Als Student lernt man alle Teile der Elektrotechnik, einschließlich angewandter Physik und angewandter Mathematik. Die angewandte Mathematik gefiel mir sehr gut und ich entdeckte schnell die Signalverarbeitung. Ich fand es ziemlich erstaunlich, wie wir mithilfe von Algorithmen Signale lenken können, um Informationen zu extrahieren.

Sie erwarb 1977 einen Bachelor-Abschluss in EE und setzte dort ihr Studium fort, wobei sie 1979 und 1984 einen Master- und einen Doktortitel erwarb. Sie zog für eine Postdoktorandenstelle in Yale in die Vereinigten Staaten. Dort arbeitete sie mit IEEE Life Fellow Peter Schultheiss zusammen, der für seine Forschungen zum Einsatz von Sensornetzwerksystemen in der Unterwasserakustik bekannt ist.

Inspiriert von Schultheiss‘ Leidenschaft für das Lehren entschied sich Messer-Yaron für eine akademische Laufbahn. 1986 wurde sie von der Universität Tel Aviv als Professorin für Elektrotechnik eingestellt. Sie war die erste Frau in Israel, die eine ordentliche Professorin auf diesem Gebiet wurde.

„Ein Fakultätsmitglied an einer öffentlichen Universität zu sein, ist der beste Job, den man machen kann. Ich habe nicht viel Geld verdient, aber am Ende eines jeden Tages blickte ich auf das zurück, was ich getan hatte [with pride].“

In den nächsten 14 Jahren forschte sie in den Bereichen statistische Signalverarbeitung, Verzögerungsschätzung und Sensornetzwerkverarbeitung.

Ihre Leidenschaft für das Unterrichten hat sie dazu geführt, die Welt als Gastprofessorin in Yale, am New Jersey Institute of Technology, am Institut Polytechnique de Paris und an anderen Schulen zu bereisen. Sie arbeitete mit Universitätskollegen an Forschungsprojekten zusammen.

1999 wurde sie zur Direktorin des Bachelorstudiengangs Elektrotechnik an der Universität Tel Aviv befördert.

Ein Jahr später bot sich ihr eine Gelegenheit, die sie nicht ausschlagen konnte: die Stelle als Chefwissenschaftlerin im israelischen Ministerium für Wissenschaft, Kultur und Sport. Sie nahm sich eine Auszeit vom Unterricht und leitete in den folgenden drei Jahren die Wissenschaftspolitik des Landes.

„Ich glaube [working in the public sector] Das ist Teil unserer Pflicht als Professoren, insbesondere an öffentlichen Universitäten, denn es macht einen zu einem öffentlichen Intellektuellen“, sagt sie. „Durch meine Arbeit für die Regierung habe ich einen umfassenden Überblick über viele Dinge erhalten, die man als Professor selbst an einer großen Universität nicht sieht. »

Nach ihrer Rückkehr an die Universität im Jahr 2004 wurde Messer-Yaron zur Direktorin der neuen School of Environmental Studies ernannt. Sie überwachte die Zuweisung von Forschungsgeldern und sprach individuell mit Forschern, um deren Bedürfnisse besser zu verstehen. Nachdem sie mit einem Forscher Kaffee getrunken hatte, wurde ihr klar, dass eine bessere Wetterüberwachungstechnologie entwickelt werden musste.

Hagit Messer-Yaron zeigt stolz seine IEEE-Medaille für Umwelt- und Sicherheitstechnologie bei der diesjährigen IEEE-Preisverleihung. Zu ihr gesellen sich die gewählte IEEE-Präsidentin Kathleen Kramer und der IEEE-Präsident Tom Couglin.Robb Cohen

Verwenden Sie die Signalverarbeitung, um das Wetter zu überwachen

Mit der Erwärmung des Planeten steigt das Risiko von Sturzfluten stetig. Laut der US-Umweltschutzbehörde enthält wärmere Luft mehr Wasser, was zu stärkeren Niederschlägen als üblich und mehr Überschwemmungen führt.

Niederschlagsdaten werden typischerweise von Satellitenradargeräten und bodengestützten Niederschlagsmessern erfasst. Laut einem Ensia-Artikel liefern Radarbilder den Forschern jedoch keine genauen Hinweise auf das Geschehen vor Ort. Regenmesser sind genau, liefern jedoch nur Daten über kleine Gebiete.

Daher beschloss Messer-Yaron, eine Technologie zu entwickeln, die sich mit bodennahen Mobilfunknetzen verbindet, um präzisere Messungen zu ermöglichen, sagt sie. Durch die Nutzung der vorhandenen Infrastruktur entfällt die Notwendigkeit, neue Radare und Wetterstationen zu bauen.

Kommunikationssysteme zeichnen automatisch den Sendesignalpegel und den Empfangssignalpegel auf, aber Regen kann ansonsten glatte Wellenmuster verändern. Durch die Messung des Amplitudenunterschieds könnten Meteorologen mithilfe von Signalverarbeitungsalgorithmen die Daten extrahieren, die zur Verfolgung des Niederschlags erforderlich sind.

Im Jahr 2005 testeten Messer-Yaron und seine Gruppe diese Technologie erfolgreich. Im folgenden Jahr wurde ihr Artikel „Environmental Monitoring by Wireless Communication Networks“ veröffentlicht Wissenschaft.

Der Algorithmus wird in Israel in Zusammenarbeit mit den drei wichtigsten Mobilfunkanbietern des Landes verwendet. Messer-Yaron räumt jedoch ein, dass es schwierig war, Verträge mit Mobilfunkunternehmen in anderen Ländern auszuhandeln.

Um den Einsatz dieser Technologie weltweit auszuweiten, hat Messer-Yaron im Rahmen der European Cooperation in Science and Technology (COST) ein Forschungsnetzwerk namens „Opportunistic Precipitation Sensing Network“ mit der Bezeichnung „OPENSENSE“ ins Leben gerufen. Die Gruppe bringt Forscher, Meteorologen und andere Experten aus der ganzen Welt zusammen, um bei der Integration von Technologie in die Gemeinschaften ihrer Mitglieder zusammenzuarbeiten.

Seit der Entwicklung der Technologie hatte Messer-Yaron mehrere Positionen inne, darunter Präsident der Open University of Israel und Vizepräsident des National Council for Higher Education, der akademische Einrichtungen akkreditiert.

Heute pflegt sie als emeritierte Professorin ihre Verbindung zur Universität Tel Aviv.

„Die Tätigkeit als Dozentin an einer öffentlichen Universität ist der beste Job, den man machen kann“, sagt sie. „Ich habe nicht viel Geld verdient, aber am Ende eines jeden Tages habe ich auf das zurückgeschaut, was ich getan habe. [with pride]. Aufgrund der akademischen Freiheit und Autonomie, die ich hatte, konnte ich neben der Lehre noch viele andere Dinge tun, auch forschen.

Um ihre Arbeit an der Entwicklung von Technologien zur Überwachung von Wetterereignissen fortzusetzen, half sie 2016 bei der Gründung von ClimaCell, jetzt Tomorrow.io, mit Sitz in Boston. Ziel des Startups ist es, mithilfe einer drahtlosen Kommunikationsinfrastruktur und IoT-Geräten Echtzeit-Wetterdaten zu sammeln. Messer-Yaron fungierte bis 2017 als leitender Wissenschaftler.

Gemeinsam mit ihren Studenten aktualisiert sie weiterhin die ursprünglichen Algorithmen, zuletzt mit maschinellen Lernfunktionen, um Daten aus physikalischen Messungen des Signalpegels in Kommunikationsnetzwerken zu extrahieren.

Eine globale Gemeinschaft von Ingenieuren

Als Messer-Yaron noch Studentin war, kam sie auf Vorschlag eines ihrer Professoren zum IEEE.

„Ich habe nicht viel über die Vorteile einer Mitgliedschaft nachgedacht, bis ich Doktorandin wurde“, sagt sie. „Ich begann, Konferenzen zu besuchen und Artikel in IEEE-Zeitschriften zu veröffentlichen, und die Organisation wurde zu meiner beruflichen Gemeinschaft.“

Sie ist eine aktive Freiwillige und Mitglied der IEEE Signal Processing Society. Von 1994 bis 2010 war sie Mitglied des technischen Ausschusses für Signalverarbeitungstheorie und -methoden des Unternehmens. Sie war stellvertretende Herausgeberin von IEEE-Signalverarbeitungsbriefe Und IEEE-Transaktionen zur Signalverarbeitung. Sie ist Mitglied der Redaktionsbeiräte der IEEE Journal zu ausgewählten Themen der Signalverarbeitung Und IEEE-Transaktionen zur Signalverarbeitung.

In den letzten 10 Jahren war sie in anderen IEEE-Ausschüssen tätig, darunter in solchen, die Verhalten, Ethik und Mitgliederverhalten überprüfen, sowie in globalen Gremien für öffentliche Ordnung.

„Ohne IEEE sehe ich weder meine Karriere noch mein Berufsleben“, sagt sie.