Application of neural networks for pavement evaluation

As vias de comunicação são indispensáveis para o desenvolvimento de uma nação, económica e socialmente. Num mundo globalizado, onde tudo deve chegar ao seu destino no menor espaço de tempo, as vias de comunicação assumem um papel vital. Assim, torna-se essencial construir e manter uma rede de transportes eficiente. Apesar de não ser o método mais eficiente, o transporte rodoviário é muitas vezes o mais económico e possibilita o transporte porta-a-porta, sendo em muitos casos o único meio de transporte possível. Por estas razões, o modo rodoviário tem uma quota significativa no mercado dos transportes, seja de passageiros ou mercadorias, tornando-o extremamente importante na rede de transportes de um país. Os países europeus fizeram um grande investimento na criação de extensas redes de estradas, cobrindo quase todo o seu território. Neste momento, começa-se a atingir o ponto onde a principal preocu+ação das entidades gestoras de estradas deixa de ser a construção de novas vias, passando a focar-se na necessidade de manutenção e conservação das vias existentes. Os pavimentos rodoviários, como todas as outras construções, requerem manutenção de forma a garantir bons níveis de serviço com qualidade, conforto e segurança. Devido aos custos inerentes às operações de manutenção de pavimentos, estas devem rigorosamente e com base em critérios científicos bem definidos. Assim, pretende-se evitar intervenções desnecessárias, mas também impedir que os danos se tornem irreparáveis e economicamente prejudiciais, com repercussões na segurança dos utilizadores. Para se estimar a vida útil de um pavimento é essencial realizar primeiro a caracterização estrutural do mesmo. Para isso, torna-se necessário conhecer o tipo de estrutura de um pavimento, nomeadamente a espessura e o módulo de elasticidade constituintes. A utilização de métodos de ensaio não destrutivos é cada vez mais reconhecida como uma forma eficaz para obter informações sobre o comportamento estrutural de pavimentos. Para efectuar estes ensaios, existem vários equipamentos. No entanto, dois deles, o Deflectómetro de Impacto e o Radar de Prospecção, têm demonstrado ser particularmente eficientes para avaliação da capacidade de carga de um pavimento, sendo estes equipamentos utilizados no âmbito deste estudo. Assim, para realização de ensaios de carga em pavimentos, o equipamento Deflectómetro de Impacto tem sido utilizado com sucesso para medir as deflexões à superfície de um pavimento em pontos pré-determinados quando sujeito a uma carga normalizada de forma a simular o efeito da passagem da roda de um camião. Complementarmente, para a obtenção de informações contínuas sobre a estrutura de um pavimento, o equipamento Radar de Prospecção permite conhecer o número de camadas e as suas espessuras através da utilização de ondas electromagnéticas. Os dados proporcionam, quando usados em conjunto com a realização de sondagens à rotação e poços em alguns locais, permitem uma caracterização mais precisa da condição estrutural de um pavimento e o estabelecimento de modelos de resposta, no caso de pavimentos existentes. Por outro lado, o processamento dos dados obtidos durante os ensaios “in situ” revela-se uma tarefa morosa e complexa. Actualmente, utilizando as espessuras das camadas do pavimento, os módulos de elasticidade das camadas são calculados através da “retro-análise” da bacia de deflexões medida nos ensaios de carga. Este método é iterativo, sendo que um engenheiro experiente testa várias estruturas diferentes de pavimento, até se obter uma estrutura cuja resposta seja o mais próximo possível da obtida durante os ensaios “in Situ”. Esta tarefa revela-se muito dependente da experiência do engenheiro, uma vez que as estruturas de pavimento a serem testadas maioritariamente do seu raciocínio. Outra desvantagem deste método é o facto de apresentar soluções múltiplas, dado que diferentes estruturas podem apresentar modelos de resposta iguais. A solução aceite é, muitas vezes, a que se julga mais provável, baseando-se novamente no raciocínio e experiência do engenheiro. A solução para o problema da enorme quantidade de dados a processar e das múltiplas soluções possíveis poderá ser a utilização de Redes Neuronais Artificiais (RNA) para auxiliar esta tarefa. As redes neuronais são elementos computacionais virtuais, cujo funcionamento é inspirado na forma como os sistemas nervosos biológicos, como o cérebro, processam a informação. Estes elementos são compostos por uma série de camadas, que por sua vez são compostas por neurónios. Durante a transmissão da informação entre neurónios, esta é modificada pela aplicação de um coeficiente, denominado “peso”. As redes neuronais apresentam uma habilidade muito útil, uma vez que são capazes de mapear uma função sem conhecer a sua fórmula matemática. Esta habilidade é utilizada em vários campos científicos como o reconhecimento de padrões, classificação ou compactação de dados. De forma a possibilitar o uso desta característica, a rede deverá ser devidamente “treinada” antes, processo realizado através da introdução de dois conjuntos de dados: os valores de entrada e os valores de saída pretendidos. Através de um processo cíclico de propagação da informação através das ligações entre neurónios, as redes ajustam-se gradualmente, apresentando melhores resultados. Apesar de existirem vários tipos de redes, as que aparentam ser as mais aptas para esta tarefa são as redes de retro-propagação. Estas possuem uma característica importante, nomeadamente o treino denominado “treino supervisionado”. Devido a este método de treino, as redes funcionam dentro da gama de variação dos dados fornecidos para o “treino” e, consequentemente, os resultados calculados também se encontram dentro da mesma gama, impedindo o aparecimento de soluções matemáticas com impossibilidade prática. De forma a tornar esta tarefa ainda mais simples, foi desenvolvido um programa de computador, NNPav, utilizando as RNA como parte integrante do seu processo de cálculo. O objectivo é tornar o processo de “retro-análise” totalmente automático e prevenir erros induzidos pela falta de experiência do utilizador. De forma a expandir ainda mais as funcionalidades do programa, foi implementado um processo de cálculo que realiza uma estimativa da capacidade de carga e da vida útil restante do pavimento, recorrendo a dois critérios de ruína. Estes critérios são normalmente utilizados no dimensionamento de pavimentos, de forma a prevenir o fendilhamento por fadiga e as deformações permanentes. Desta forma, o programa criado permite a estimativa da vida útil restante de um pavimento de forma eficiente, directamente a partir das deflexões e espessuras das camadas, medidas nos ensaios “in situ”. Todos os passos da caracterização estrutural do pavimento são efectuados pelo NNPav, seja recorrendo à utilização de redes neuronais ou a processos de cálculo matemático, incluindo a correcção do módulo de elasticidade da camada de misturas betuminosas para a temperatura de projecto e considerando as características de tráfego e taxas de crescimento do mesmo. Os testes efectuados às redes neuronais revelaram que foram alcançados resultados satisfatórios. Os níveis de erros na utilização de redes neuronais são semelhantes aos obtidos usando modelos de camadas linear-elásticas, excepto para o cálculo da vida útil com base num dos critérios, onde os erros obtidos foram mais altos. No entanto, este processo revela-se bastante mais rápido e possibilita o processamento dos dados por pessoal com menos experiência. Ao mesmo tempo, foi assegurado que nos ficheiros de resultados é possível analisar todos os dados calculados pelo programa, em várias fases de processamento de forma a permitir a análise detalhada dos mesmos. A possibilidade de estimar a capacidade de carga e a vida útil restante de um pavimento, contempladas no programa desenvolvido, representam também ferramentas importantes. Basicamente, o NNPav permite uma análise estrutural completa de um pavimento, estimando a sua vida útil com base nos ensaios de campo realizados pelo Deflectómetro de Impacto e pelo Radar de Prospecção, num único passo. Complementarmente, foi ainda desenvolvido e implementado no NNPav um módulo destinado ao dimensionamento de pavimentos novos. Este módulo permite que, dado um conjunto de estruturas de pavimento possíveis, seja estimada a capacidade de carga e a vida útil daquele pavimento. Este facto permite a análise de uma grande quantidade de estruturas de pavimento, e a fácil comparação dos resultados no ficheiro exportado. Apesar dos resultados obtidos neste trabalho serem bastante satisfatórios, os desenvolvimentos futuros na aplicação de Redes Neuronais na avaliação de pavimentos são ainda mais promissores. Uma vez que este trabalho foi limitado a uma moldura temporal inerente a um trabalho académico, a possibilidade de melhorar ainda mais a resposta das RNA fica em aberto. Apesar dos vários testes realizados às redes, de forma a obter as arquitecturas que apresentassem melhores resultados, as arquitecturas possíveis são virtualmente ilimitadas e pode ser uma área a aprofundar. As funcionalidades implementadas no programa foram as possíveis, dentro da moldura temporal referida, mas existem muitas funcionalidades a serem adicinadas ou expandidas, aumentando a funcionalidade do programa e a sua produtividade. Uma vez que esta é uma ferramenta que pode ser aplicada ao nível de gestão de redes rodoviárias, seria necessário estudar e desenvolver redes similares de forma a avaliar outros tipos de estruturas de pavimentos. Como conclusão final, apesar dos vários aspectos que podem, e devem ser melhorados, o programa desenvolvido provou ser uma ferramenta bastante útil e eficiente na avaliação estrutural de pavimentos com base em métodos de ensaio não destrutivos.

A gestão do risco associado à negociação de energia eléctrica através de contratos bilaterais e mercado spot

Num mercado de electricidade competitivo onde existe um ambiente de incerteza, as empresas de geração adoptam estratégias que visam a maximização do lucro, e a minimização do risco. Neste contexto, é de extrema importância para desenvolver uma estratégia adequada de gestão de risco ter em conta as diferentes opções de negociação de energia num mercado liberalizado, de forma a suportar a tomada de decisões na gestão de risco. O presente trabalho apresenta um modelo que avalia a melhor estratégia de um produtor de energia eléctrica que comercializa num mercado competitivo, onde existem dois mercados possíveis para a transacção de energia: o mercado organizado (bolsa) e o mercado de contratos bilaterais. O produtor tenta maximizar seus lucros e minimizar os riscos correspondentes, seleccionando o melhor equilíbrio entre os dois mercados possíveis (bolsa e bilateral). O mercado de contratos bilaterais visa gerir adequadamente os riscos inerentes à operação de mercados no curto prazo (mercado organizado) e dar o vendedor / comprador uma capacidade real de escolher o fornecedor com que quer negociar. O modelo apresentado neste trabalho faz uma caracterização explícita do risco no que diz respeito ao agente de mercado na questão da sua atitude face ao risco, medido pelo Value at Risk (VaR), descrito neste trabalho por Lucro-em-Risco (PAR). O preço e os factores de risco de volume são caracterizados por um valor médio e um desvio padrão, e são modelizados por distribuições normais. Os resultados numéricos são obtidos utilizando a simulação de Monte Carlo implementado em Matlab, e que é aplicado a um produtor que mantém uma carteira diversificada de tecnologias de geração, para um horizonte temporal de um ano. Esta dissertação está organizada da seguinte forma: o capítulo 1, 2 e 3 descrevem o estado-da-arte relacionado com a gestão de risco na comercialização de energia eléctrica. O capítulo 4 descreve o modelo desenvolvido e implementado, onde é também apresentado um estudo de caso com uma aplicação do modelo para avaliar o risco de negociação de um produtor. No capítulo 5 são apresentadas as principais conclusões.

The risk-return trade-off in Europe: A temporal and cross-sectional analysis

This paper analyzes the risk-return trade-off in European equities considering both temporal and cross-sectional dimensions. In our analysis, we introduce not only the market portfolio but also 15 industry portfolios comprising the entire market. Several bivariate GARCH models are estimated to obtain the covariance matrix between excess market returns and the industrial portfolios and the existence of a risk-return trade-off is analyzed through a cross-sectional approach using the information in all portfolios. It is obtained evidence for a positive and significant risk-return trade-off in the European market. This conclusion is robust for different GARCH specifications and is even more evident after controlling for the main financial crisis during the sample period.

Ativação muscular na anca e joelho na variação do ângulo de Valgo durante a fase de apoio do salto vertical

Mestrado em Fisioterapia.

Temporal patterns of TV watching for Portuguese viewers

Audiometer systems provide enormous amounts of detailed TV watching data. Several relevant and interdependent factors may influence TV viewers' behavior. In this work we focus on the time factor and derive Temporal Patterns of TV watching, based on panel data. Clustering base attributes are originated from 1440 binary minute-related attributes, capturing the TV watching status (watch/not watch). Since there are around 2500 panel viewers a data reduction procedure is first performed. K-Means algorithm is used to obtain daily clusters of viewers. Weekly patterns are then derived which rely on daily patterns. The obtained solutions are tested for consistency and stability. Temporal TV watching patterns provide new insights concerning Portuguese TV viewers' behavior.

Ativação muscular na anca e joelho na variação do ângulo de valgo durante a fase de apoio do salto vertical

Introdução e objetivos – A contração muscular do quadricípete, isquiotibiais e rotadores externos apresenta um papel crucial no controlo da estabilidade articular dinâmica, nomeadamente no valgo de joelho no plano frontal. O objetivo deste estudo foi descrever a existência de relação entre a ativação muscular (medida pela recolha eletromiográfica do reto anterior, dos isquiotibiais e do grande glúteo) e a variação da angulação do joelho durante a fase de apoio do salto vertical no plano frontal (medida pela análise cinemática de vídeo) através de um estudo‑piloto. Metodologia – Trata‑se de um estudo descritivo correlacional com uma amostra de 220 saltos verticais (110 saltos correspondentes a cada um dos membros inferiores) realizados por 4 executantes (dois do género feminino e dois do género masculino com idade média de 28 anos ± 6,4). Resultados – Verificou‑se a existência de correlações significativas entre a ativação muscular do reto anterior na fase descendente do salto à direita e à esquerda e a tendência para um menor ou maior ângulo de valgo, respetivamente. O género influencia a dinâmica do joelho, verificando‑se que as mulheres apresentam estratégias de ativação diferentes dos homens. Conclusão – A diminuição da ativação muscular da anca parece influenciar os movimentos dinâmicos do joelho no plano frontal, enquadrando‑se nos resultados obtidos por outros autores. O material utilizado na recolha de dados, o sincronismo entre o trigger e o vídeo e o número reduzido de executantes que realizaram a amostra poderão constituir limitações ao estudo que se deverão considerar na realização de estudos futuros.

Pulmonary tuberculosis in Continental Portugal 2000-2010: temporal trends clustering as a tool for control evaluation

Clustering analysis is a useful tool to detect and monitor disease patterns and, consequently, to contribute for an effective population disease management. Portugal has the highest incidence of tuberculosis in the European Union (in 2012, 21.6 cases per 100.000 inhabitants), although it has been decreasing consistently. Two critical PTB (Pulmonary Tuberculosis) areas, metropolitan Oporto and metropolitan Lisbon regions, were previously identified through spatial and space-time clustering for PTB incidence rate and risk factors. Identifying clusters of temporal trends can further elucidate policy makers about municipalities showing a faster or a slower TB control improvement.

Water quality in lakes and reservoirs in China

Dissertation elaborated for the partial fulfilment of the requirements of the Master Degree in Civil Engineering in the Speciality Area of Hydarulics

Optimizing the renewable generation mix in the Portuguese power system based on temporal and spatial diversity

Renewable energy sources (RES) have unique characteristics that grant them preference in energy and environmental policies. However, considering that the renewable resources are barely controllable and sometimes unpredictable, some challenges are faced when integrating high shares of renewable sources in power systems. In order to mitigate this problem, this paper presents a decision-making methodology regarding renewable investments. The model computes the optimal renewable generation mix from different available technologies (hydro, wind and photovoltaic) that integrates a given share of renewable sources, minimizing residual demand variability, therefore stabilizing the thermal power generation. The model also includes a spatial optimization of wind farms in order to identify the best distribution of wind capacity. This methodology is applied to the Portuguese power system.

Optimizing the renewable generation mix in the portuguese power system based on temporal and spatial diversity

Renewable energy sources (RES) have unique characteristics that grant them preference in energy and environmental policies. However, considering that the renewable resources are barely controllable and sometimes unpredictable, some challenges are faced when integrating high shares of renewable sources in power systems. In order to mitigate this problem, this paper presents a decision-making methodology regarding renewable investments. The model computes the optimal renewable generation mix from different available technologies (hydro, wind and photovoltaic) that integrates a given share of renewable sources, minimizing residual demand variability, therefore stabilizing the thermal power generation. The model also includes a spatial optimization of wind farms in order to identify the best distribution of wind capacity. This methodology is applied to the Portuguese power system.

Paralisia do VI par craniano vs. Síndrome de Duane tipo 1

O VI par craniano, é responsável pela inervação do músculo recto externo. Uma lesão que afecta o VI par irá resultar numa limitação da abdução. A Síndrome de Duane, do tipo I, caracteriza-se por limitação da abdução unilateral, em que o olho afectado não passa da linha média, por retração do globo ocular e estreitamento da fenda palpebral, em adução. O diagnóstico diferencial é de extrema importância para se proceder a um prognóstico correcto e respectivo plano terapêutico. Objectivos: Esquematizar as diversas características motoras e sensoriais da paralisia do VI par craniano comparando-as com as da Síndrome de Duane Tipo I, designando os testes de ortóptica respectivos. Identificar os testes de diagnóstico diferencial entre as duas entidades e as suas características principais, nomeadamente os exames coordimétricos e o teste das ducções forçadas.

Transformador diferencial de variação linear: condicionamento de sinal e desmodulação síncrona

Dissertação para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Eletrotécnica Ramo de Automação e eletrónica Industrial