Sistema de contagem de tráfego e classificação automática de veículos, em tempo real e sem fios

Esta tese tem por objectivo o desenho e avaliação de um sistema de contagem e classificação de veículos automóveis em tempo-real e sem fios. Pretende, também, ser uma alternativa aos actuais equipamentos, muito intrusivos nas vias rodoviárias. Esta tese inclui um estudo sobre as comunicações sem fios adequadas a uma rede de equipamentos sensores rodoviários, um estudo sobre a utilização do campo magnético como meio físico de detecção e contagem de veículos e um estudo sobre a autonomia energética dos equipamentos inseridos na via, com recurso, entre outros, à energia solar. O projecto realizado no âmbito desta tese incorpora, entre outros, a digitalização em tempo real da assinatura magnética deixada pela passagem de um veículo, no campo magnético da Terra, o respectivo envio para servidor via rádio e WAN, Wide Area Network, e o desenvolvimento de software tendo por base a pilha de protocolos ZigBee. Foram desenvolvidas aplicações para o equipamento sensor, para o coordenador, para o painel de controlo e para a biblioteca de Interface de um futuro servidor aplicacional. O software desenvolvido para o equipamento sensor incorpora ciclos de detecção e digitalização, com pausas de adormecimento de baixo consumo, e a activação das comunicações rádio durante a fase de envio, assegurando assim uma estratégia de poupança energética. Os resultados obtidos confirmam a viabilidade desta tecnologia para a detecção e contagem de veículos, assim como para a captura de assinatura usando magnetoresistências. Permitiram ainda verificar o alcance das comunicações sem fios com equipamento sensor embebido no asfalto e confirmar o modelo de cálculo da superfície do painel solar bem como o modelo de consumo energético do equipamento sensor.

Design of a sea-level tsunami detection network for the Gulf of Cadiz

The devastating impact of the Sumatra tsunami of 26 December 2004, raised the question for scientists of how to forecast a tsunami threat. In 2005, the IOC-UNESCO XXIII assembly decided to implement a global tsunami warning system to cover the regions that were not yet protected, namely the Indian Ocean, the Caribbean and the North East Atlantic, the Mediterranean and connected seas (the NEAM region). Within NEAM, the Gulf of Cadiz is the more sensitive area, with an important record of devastating historical events. The objective of this paper is to present a preliminary design for a reliable tsunami detection network for the Gulf of Cadiz, based on a network of sea-level observatories. The tsunamigenic potential of this region has been revised in order to define the active tectonic structures. Tsunami hydrodynamic modeling and GIS technology have been used to identify the appropriate locations for the minimum number of sea-level stations. Results show that 3 tsunameters are required as the minimum number of stations necessary to assure an acceptable protection to the large coastal population in the Gulf of Cadiz. In addition, 29 tide gauge stations could be necessary to fully assess the effects of a tsunami along the affected coasts of Portugal, Spain and Morocco.

Assessment of data-driven modeling strategies for water delivery canals

The aim of this paper is to develop models for experimental open-channel water delivery systems and assess the use of three data-driven modeling tools toward that end. Water delivery canals are nonlinear dynamical systems and thus should be modeled to meet given operational requirements while capturing all relevant dynamics, including transport delays. Typically, the derivation of first principle models for open-channel systems is based on the use of Saint-Venant equations for shallow water, which is a time-consuming task and demands for specific expertise. The present paper proposes and assesses the use of three data-driven modeling tools: artificial neural networks, composite local linear models and fuzzy systems. The canal from Hydraulics and Canal Control Nucleus (A parts per thousand vora University, Portugal) will be used as a benchmark: The models are identified using data collected from the experimental facility, and then their performances are assessed based on suitable validation criterion. The performance of all models is compared among each other and against the experimental data to show the effectiveness of such tools to capture all significant dynamics within the canal system and, therefore, provide accurate nonlinear models that can be used for simulation or control. The models are available upon request to the authors.

Assessment of data-driven modeling strategies for water delivery canals

Conferência: CONTROLO’2012 - 16-18 July 2012 - Funchal

Numerical 3D modeling of heat transfer in human tissues for microwave radiometry monitoring of Brown fat metabolismo

Background: Brown adipose tissue (BAT) plays an important role in whole body metabolism and could potentially mediate weight gain and insulin sensitivity. Although some imaging techniques allow BAT detection, there are currently no viable methods for continuous acquisition of BAT energy expenditure. We present a non-invasive technique for long term monitoring of BAT metabolism using microwave radiometry. Methods: A multilayer 3D computational model was created in HFSS™ with 1.5 mm skin, 3-10 mm subcutaneous fat, 200 mm muscle and a BAT region (2-6 cm3) located between fat and muscle. Based on this model, a log-spiral antenna was designed and optimized to maximize reception of thermal emissions from the target (BAT). The power absorption patterns calculated in HFSS™ were combined with simulated thermal distributions computed in COMSOL® to predict radiometric signal measured from an ultra-low-noise microwave radiometer. The power received by the antenna was characterized as a function of different levels of BAT metabolism under cold and noradrenergic stimulation. Results: The optimized frequency band was 1.5-2.2 GHz, with averaged antenna efficiency of 19%. The simulated power received by the radiometric antenna increased 2-9 mdBm (noradrenergic stimulus) and 4-15 mdBm (cold stimulus) corresponding to increased 15-fold BAT metabolism. Conclusions: Results demonstrated the ability to detect thermal radiation from small volumes (2-6 cm3) of BAT located up to 12 mm deep and to monitor small changes (0.5°C) in BAT metabolism. As such, the developed miniature radiometric antenna sensor appears suitable for non-invasive long term monitoring of BAT metabolism.

Distributed controllers modeling through Petri nets with multi-asynchronous-channels

This paper proposes the concept of multi-asynchronous-channel for Petri nets. Petri nets extended with multi-asynchronous-channels and time-domains support the specification of distributed controllers, where each controller has a synchronous execution but the global system is asynchronous (globally-asynchronous locally-synchronous systems). Each multi-asynchronous-channel specify the interaction between two or more distributed controllers. These channels, together with the time-domain concept, ensure the creation of network-independent models to support implementations using heterogeneous communication networks. The created models support not only the systems documentation but also their validation and implementation through simulation tools, verification tools, and automatic code generators. An application example illustrates the use of a Petri net class extended with the proposed channels. © 2015 IEEE.

Identification of tsunami-induced deposits using numerical modeling and rock magnetism techniques: A study case of the 1755 Lisbon tsunami in Algarve, Portugal

Storm- and tsunami-deposits are generated by similar depositional mechanisms making their discrimination hard to establish using classic sedimentologic methods. Here we propose an original approach to identify tsunami-induced deposits by combining numerical simulation and rock magnetism. To test our method, we investigate the tsunami deposit of the Boca do Rio estuary generated by the 1755 earthquake in Lisbon which is well described in the literature. We first test the 1755 tsunami scenario using a numerical inundation model to provide physical parameters for the tsunami wave. Then we use concentration (MS. SIRM) and grain size (chi(ARM), ARM, B1/2, ARM/SIRM) sensitive magnetic proxies coupled with SEM microscopy to unravel the magnetic mineralogy of the tsunami-induced deposit and its associated depositional mechanisms. In order to study the connection between the tsunami deposit and the different sedimentologic units present in the estuary, magnetic data were processed by multivariate statistical analyses. Our numerical simulation show a large inundation of the estuary with flow depths varying from 0.5 to 6 m and run up of similar to 7 m. Magnetic data show a dominance of paramagnetic minerals (quartz) mixed with lesser amount of ferromagnetic minerals, namely titanomagnetite and titanohematite both of a detrital origin and reworked from the underlying units. Multivariate statistical analyses indicate a better connection between the tsunami-induced deposit and a mixture of Units C and D. All these results point to a scenario where the energy released by the tsunami wave was strong enough to overtop and erode important amount of sand from the littoral dune and mixed it with reworked materials from underlying layers at least 1 m in depth. The method tested here represents an original and promising tool to identify tsunami-induced deposits in similar embayed beach environments.

XAdES4J: a java library for XAdES signature services

As comunicações electrónicas são cada vez mais o meio de eleição para negócios entre entidades e para as relações entre os cidadãos e o Estado (e-government). Esta diversidade de transacções envolve, muitas vezes, informação sensível e com possível valor legal. Neste contexto, as assinaturas electrónicas são uma importante base de confiança, fornecendo garantias de integridade e autenticação entre os intervenientes. A produção de uma assinatura digital resulta não só no valor da assinatura propriamente dita, mas também num conjunto de informação adicional acerca da mesma, como o algoritmo de assinatura, o certificado de validação ou a hora e local de produção. Num cenário heterogéneo como o descrito anteriormente, torna-se necessária uma forma flexível e interoperável de descrever esse tipo de informação. A linguagem XML é uma forma adequada de representar uma assinatura neste contexto, não só pela sua natureza estruturada, mas principalmente por ser baseada em texto e ter suporte generalizado. A recomendação XML Signature Syntax and Processing (ou apenas XML Signature) foi o primeiro passo na representação de assinaturas em XML. Nela são definidas sintaxe e regras de processamento para criar, representar e validar assinaturas digitais. As assinaturas XML podem ser aplicadas a qualquer tipo de conteúdos digitais identificáveis por um URI, tanto no mesmo documento XML que a assinatura, como noutra qualquer localização. Além disso, a mesma assinatura XML pode englobar vários recursos, mesmo de tipos diferentes (texto livre, imagens, XML, etc.). À medida que as assinaturas electrónicas foram ganhando relevância tornou-se evidente que a especificação XML Signature não era suficiente, nomeadamente por não dar garantias de validade a longo prazo nem de não repudiação. Esta situação foi agravada pelo facto da especificação não cumprir os requisitos da directiva 1999/93/EC da União Europeia, onde é estabelecido um quadro legal para as assinaturas electrónicas a nível comunitário. No seguimento desta directiva da União Europeia foi desenvolvida a especificação XML Advanced Electronic Signatures que define formatos XML e regras de processamento para assinaturas electrónicas não repudiáveis e com validade verificável durante períodos de tempo extensos, em conformidade com a directiva. Esta especificação estende a recomendação XML Signature, definindo novos elementos que contêm informação adicional acerca da assinatura e dos recursos assinados (propriedades qualificadoras). A plataforma Java inclui, desde a versão 1.6, uma API de alto nível para serviços de assinaturas digitais em XML, de acordo com a recomendação XML Signature. Contudo, não existe suporte para assinaturas avançadas. Com este projecto pretende-se desenvolver uma biblioteca Java para a criação e validação de assinaturas XAdES, preenchendo assim a lacuna existente na plataforma. A biblioteca desenvolvida disponibiliza uma interface com alto nível de abstracção, não tendo o programador que lidar directamente com a estrutura XML da assinatura nem com os detalhes do conteúdo das propriedades qualificadoras. São definidos tipos que representam os principais conceitos da assinatura, nomeadamente as propriedades qualificadoras e os recursos assinados, sendo os aspectos estruturais resolvidos internamente. Neste trabalho, a informação que compõe uma assinatura XAdES é dividia em dois grupos: o primeiro é formado por características do signatário e da assinatura, tais como a chave e as propriedades qualificadoras da assinatura. O segundo grupo é composto pelos recursos assinados e as correspondentes propriedades qualificadoras. Quando um signatário produz várias assinaturas em determinado contexto, o primeiro grupo de características será semelhante entre elas. Definiu-se o conjunto invariante de características da assinatura e do signatário como perfil de assinatura. O conceito é estendido à verificação de assinaturas englobando, neste caso, a informação a usar nesse processo, como por exemplo os certificados raiz em que o verificador confia. Numa outra perspectiva, um perfil constitui uma configuração do serviço de assinatura correspondente. O desenho e implementação da biblioteca estão também baseados no conceito de fornecedor de serviços. Um fornecedor de serviços é uma entidade que disponibiliza determinada informação ou serviço necessários à produção e verificação de assinaturas, nomeadamente: selecção de chave/certificado de assinatura, validação de certificados, interacção com servidores de time-stamp e geração de XML. Em vez de depender directamente da informação em causa, um perfil — e, consequentemente, a operação correspondente — é configurado com fornecedores de serviços que são invocados quando necessário. Para cada tipo de fornecedor de serviços é definida um interface, podendo as correspondentes implementações ser configuradas de forma independente. A biblioteca inclui implementações de todos os fornecedores de serviços, sendo algumas delas usadas for omissão na produção e verificação de assinaturas. Uma vez que o foco do projecto é a especificação XAdES, o processamento e estrutura relativos ao formato básico são delegados internamente na biblioteca Apache XML Security, que disponibiliza uma implementação da recomendação XML Signature. Para validar o funcionamento da biblioteca, nomeadamente em termos de interoperabilidade, procede-se, entre outros, à verificação de um conjunto de assinaturas produzidas por Estados Membros da União Europeia, bem como por outra implementação da especificação XAdES.

Wavelength Selective a-SiC:H p-i-n/p-i-n Heterostructure for Fluorescent Proteins Detection

In this paper we present results on the optimization of multilayered a-SiC:H heterostructures that can be used as optical transducers for fluorescent proteins detection using the Fluorescence Resonance Energy Transfer approach. Double structures composed by pin based aSiC:H cells are analyzed. The color discrimination is achieved by ac photocurrent measurement under different externally applied bias. Experimental data on spectral response analysis, current-voltage characteristics and color and transmission rate discrimination are reported. An electrical model, supported by a numerical simulation gives insight into the device operation. Results show that the optimized a-SiC:H heterostructures act as voltage controlled optical filters in the visible spectrum. When the applied voltages are chosen appropriately those optical transducers can detect not only the selective excitation of specimen fluorophores, but also the subsequent weak acceptor fluorescent channel emission.

Field effect and light-assisted a-Si:H sensors for detection of ions in solution

In this paper we present an amorphous silicon device that can be used in two operation modes to measure the concentration of ions in solution. While crystalline devices present a higher sensitivity, their amorphous counterpart present a much lower fabrication cost, thus enabling the production of cheap disposable sensors for use, for example, in the food industry. The devices were fabricated on glass substrates by the PECVD technique in the top gate configuration, where the metallic gate is replaced by an electrolytic solution with an immersed Ag/AgCl reference electrode. Silicon nitride is used as gate dielectric enhancing the sensitivity and passivation layer used to avoid leakage and electrochemical reactions. In this article we report on the semiconductor unit, showing that the device can be operated in a light-assisted mode, where changes in the pH produce changes on the measured ac photocurrent. In alternative the device can be operated as a conventional ion selective field effect device where changes in the pH induce changes in the transistor's threshold voltage.

Modeling, control and simulation of full-power converter wind turbines equipped with permanent magnet synchronous generator

In this paper, two wind turbines equipped with a permanent magnet synchronous generator (PMSG) and respectively with a two-level or a multilevel converter are simulated in order to access the malfunction transient performance. Three different drive train mass models, respectively, one, two and three mass models, are considered in order to model the bending flexibility of the blades. Moreover, a fractional-order control strategy is studied comparatively to a classical integer-order control strategy. Computer simulations are carried out, and conclusions about the total harmonic distortion (THD) of the electric current injected into the electric grid are in favor of the fractional-order control strategy.

Power converter topologies for wind energy conversion systems: Integrated modeling, control strategy and performance simulation

This paper presents new integrated model for variable-speed wind energy conversion systems, considering a more accurate dynamic of the wind turbine, rotor, generator, power converter and filter. Pulse width modulation by space vector modulation associated with sliding mode is used for controlling the power converters. Also, power factor control is introduced at the output of the power converters. Comprehensive performance simulation studies are carried out with matrix, two-level and multilevel power converter topologies in order to adequately assert the system performance. Conclusions are duly drawn.

Protecção contra descargas atmosféricas: aplicação informática de identificação das vulnerabilidades das edificações e de apoio à concepção da protecção

A concepção de instalações eléctricas deve garantir condições de segurança para as pessoas e equipamentos. Para tal é exigida, quer por força de regulamentação ou de normalização, a instalação de dispositivos que garantam a detecção e a protecção contra os defeitos mais comuns nas instalações eléctricas como, por exemplo, as sobreintensidades e as sobretensões. Susceptíveis de criar sobretensões perigosas nas instalações eléctricas, as descargas atmosféricas podem ainda causar danos estruturais elevados, o que, em algumas actividades económicas, torna fundamental a implementação de medidas de protecção contra este fenómeno natural. A protecção contra descargas atmosféricas directas consiste em identificar as vulnerabilidades das estruturas e, nesses locais, implementar dispositivos de captura, direccionamento e escoamento da descarga atmosférica à terra, em condições de segurança. O presente trabalho, desenvolvido no âmbito da dissertação de Mestrado em Engenharia Electrotécnica, visa desenvolver e implementar uma ferramenta computacional, baseada em programas de desenho assistido por computador (CAD) de utilização corrente na área de projecto de arquitectura e de engenharia, que permita, no âmbito de normas internacionais, a análise e implementação de sistemas de protecção em edifícios contra descargas atmosféricas de uma forma rápida e expedita. Baseado num programa CAD 3D, que permite a modelização tridimensional das estruturas a proteger, a ferramenta desenvolvida tentará identificar as suas vulnerabilidades das estruturas às descargas atmosféricas directas, com o intuito de implementar as medidas de protecção mais adequadas do ponto de vista técnico económico. Prevê-se que a ferramenta resultante deste estudo, o Simulador do Modelo Electrogeométrico (SIMODEL), possibilite aos projectistas e particularmente aos alunos das unidades curriculares na área do projecto de instalações eléctricas da Área Departamental de Engenharia de Sistemas e Potencia e Automação (ADESPA) do ISEL, estudar e implementar sistemas de protecção contra descargas atmosféricas (SPDA) baseados na normalização internacional do CENELEC e da IEC, nomeadamente as normas da série 62305.

Análise do desempenho da tecnologia 4G LTE

O objectivo deste trabalho passa pelo desenvolvimento de uma ferramenta de simulação dinâmica de recursos rádio em LTE no sentido descendente, com recurso à Framework OMNeT++. A ferramenta desenvolvida permite realizar o planeamento das estações base, simulação e análise de resultados. São descritos os principais aspectos da tecnologia de acesso rádio, designadamente a arquitectura da rede, a codificação, definição dos recursos rádio, os ritmos de transmissão suportados ao nível de canal e o mecanismo de controlo de admissão. Foi definido o cenário de utilização de recursos rádio que inclui a definição de modelos de tráfego e de serviços orientados a pacotes e circuitos. Foi ainda considerado um cenário de referência para a verificação e validação do modelo de simulação. A simulação efectua-se ao nível de sistema, suportada por um modelo dinâmico, estocástico e orientado por eventos discretos de modo a contemplar os diferentes mecanismos característicos da tecnologia OFDMA. Os resultados obtidos permitem a análise de desempenho dos serviços, estações base e sistema ao nível do throughput médio da rede, throughput médio por eNodeB e throughput médio por móvel para além de permitir analisar o contributo de outros parâmetros designadamente, largura de banda, raio de cobertura, perfil dos serviços, esquema de modulação, entre outros. Dos resultados obtidos foi possível verificar que, considerando um cenário com estações base com raio de cobertura de 100 m obteve-se um throughput ao nível do utilizador final igual a 4.69494 Mbps, ou seja, 7 vezes superior quando comparado a estações base com raios de cobertura de 200m.

From unthinned continent to ocean: The deep structure of the West Iberia passive continental margin at 38 degrees N

The crustal and lithospheric mantle structure at the south segment of the west Iberian margin was investigated along a 370 km long seismic transect. The transect goes from unthinned continental crust onshore to oceanic crust, crossing the ocean-continent transition (OCT) zone. The wide-angle data set includes recordings from 6 OBSs and 2 inland seismic stations. Kinematic and dynamic modeling provided a 2D velocity model that proved to be consistent with the modeled free-air anomaly data. The interpretation of coincident multi-channel near-vertical and wide-angle reflection data sets allowed the identification of four main crustal domains: (i) continental (east of 9.4 degrees W); (ii) continental thinning (9.4 degrees W-9.7 degrees W): (iii) transitional (9.7 degrees W-similar to 10.5 degrees W); and (iv) oceanic (west of similar to 10.5 degrees W). In the continental domain the complete crustal section of slightly thinned continental crust is present. The upper (UCC, 5.1-6.0 km/s) and the lower continental crust (LCC, 6.9-7.2 km/s) are seismically reflective and have intermediate to low P-wave velocity gradients. The middle continental crust (MCC, 6.35-6.45 km/s) is generally unreflective with low velocity gradient. The main thinning of the continental crust occurs in the thinning domain by attenuation of the UCC and the LCC. Major thinning of the MCC starts to the west of the LCC pinchout point, where it rests directly upon the mantle. In the thinning domain the Moho slope is at least 13 degrees and the continental crust thickness decreases seaward from 22 to 11 km over a similar to 35 km distance, stretched by a factor of 1.5 to 3. In the oceanic domain a two-layer high-gradient igneous crust (5.3-6.0 km/s; 6.5-7.4 km/s) was modeled. The intra-crustal interface correlates with prominent mid-basement, 10-15 km long reflections in the multi-channel seismic profile. Strong secondary reflected PmP phases require a first order discontinuity at the Moho. The sedimentary cover can be as thick as 5 km and the igneous crustal thickness varies from 4 to 11 km in the west, where the profile reaches the Madeira-Tore Rise. In the transitional domain the crust has a complex structure that varies both horizontally and vertically. Beneath the continental slope it includes exhumed continental crust (6.15-6.45 km/s). Strong diffractions were modeled to originate at the lower interface of this layer. The western segment of this transitional domain is highly reflective at all levels, probably due to dykes and sills, according to the high apparent susceptibility and density modeled at this location. Sub-Moho mantle velocity is found to be 8.0 km/s, but velocities smaller than 8.0 km/s confined to short segments are not excluded by the data. Strong P-wave wide-angle reflections are modeled to originate at depth of 20 km within the lithospheric mantle, under the eastern segment of the oceanic domain, or even deeper at the transitional domain, suggesting a layered structure for the lithospheric mantle. Both interface depths and velocities of the continental section are in good agreement to the conjugate Newfoundland margin. A similar to 40 km wide OCT having a geophysical signature distinct from the OCT to the north favors a two pulse continental breakup.