Semantic social network analysis

Mestrado em Engenharia Informática

Sistema de visão para percepção e navegação de um UAV Quadrotor

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Energy resource management in smart grids considering an Intensive use of electric vehicles

The introduction of electricity markets and integration of Distributed Generation (DG) have been influencing the power system’s structure change. Recently, the smart grid concept has been introduced, to guarantee a more efficient operation of the power system using the advantages of this new paradigm. Basically, a smart grid is a structure that integrates different players, considering constant communication between them to improve power system operation and management. One of the players revealing a big importance in this context is the Virtual Power Player (VPP). In the transportation sector the Electric Vehicle (EV) is arising as an alternative to conventional vehicles propel by fossil fuels. The power system can benefit from this massive introduction of EVs, taking advantage on EVs’ ability to connect to the electric network to charge, and on the future expectation of EVs ability to discharge to the network using the Vehicle-to-Grid (V2G) capacity. This thesis proposes alternative strategies to control these two EV modes with the objective of enhancing the management of the power system. Moreover, power system must ensure the trips of EVs that will be connected to the electric network. The EV user specifies a certain amount of energy that will be necessary to charge, in order to ensure the distance to travel. The introduction of EVs in the power system turns the Energy Resource Management (ERM) under a smart grid environment, into a complex problem that can take several minutes or hours to reach the optimal solution. Adequate optimization techniques are required to accommodate this kind of complexity while solving the ERM problem in a reasonable execution time. This thesis presents a tool that solves the ERM considering the intensive use of EVs in the smart grid context. The objective is to obtain the minimum cost of ERM considering: the operation cost of DG, the cost of the energy acquired to external suppliers, the EV users payments and remuneration and penalty costs. This tool is directed to VPPs that manage specific network areas, where a high penetration level of EVs is expected to be connected in these areas. The ERM is solved using two methodologies: the adaptation of a deterministic technique proposed in a previous work, and the adaptation of the Simulated Annealing (SA) technique. With the purpose of improving the SA performance for this case, three heuristics are additionally proposed, taking advantage on the particularities and specificities of an ERM with these characteristics. A set of case studies are presented in this thesis, considering a 32 bus distribution network and up to 3000 EVs. The first case study solves the scheduling without considering EVs, to be used as a reference case for comparisons with the proposed approaches. The second case study evaluates the complexity of the ERM with the integration of EVs. The third case study evaluates the performance of scheduling with different control modes for EVs. These control modes, combined with the proposed SA approach and with the developed heuristics, aim at improving the quality of the ERM, while reducing drastically its execution time. The proposed control modes are: uncoordinated charging, smart charging and V2G capability. The fourth and final case study presents the ERM approach applied to consecutive days.

Framework de controlo de acessos para Triple-stores com interface Sail API

Grande parte dos triples-stores são open source e desenvolvidos em Java, disponibilizando interfaces standards e privadas de acesso. A grande maioria destes sistemas não dispõe de mecanismos de controlo de acessos nativos, o que dificulta ou impossibilita a sua adopção em ambientes em que a segurança dos factos é importante (e.g. ambiente empresarial). Complementarmente observa-se que o modelo de controlo de acesso a triplos e em particular a triplos descritos por ontologias não está standardizado nem sequer estabilizado, havendo diversos modelos de descrição e algoritmos de avaliação de permissões de acesso. O trabalho desenvolvido nesta tese/dissertação propõe um modelo e interface de controlo de acesso que permite e facilite a sua adopção por diferentes triple-stores já existentes e a integração dos triples-stores com outros sistemas já existentes na organização. Complementarmente, a plataforma de controlo de acesso não impõe qualquer modelo ou algoritmo de avaliação de permissões, mas pelo contrário permite a adopção de modelos e algoritmos distintos em função das necessidades ou desejos. Finalmente demonstra-se a aplicabilidade e validade do modelo e interface propostos, através da sua implementação e adopção ao triple-store SwiftOWLIM já existente, que não dispõe de mecanismo de controlo de acessos nativo.

Extracção de regras de associação com itens raros e frequentes

Ao longo dos últimos anos, as regras de associação têm assumido um papel relevante na extracção de informação e de conhecimento em base de dados e vêm com isso auxiliar o processo de tomada de decisão. A maioria dos trabalhos de investigação desenvolvidos sobre regras de associação têm por base o modelo de suporte e confiança. Este modelo permite obter regras de associação que envolvem particularmente conjuntos de itens frequentes. Contudo, nos últimos anos, tem-se explorado conjuntos de itens que surgem com menor frequência, designados de regras de associação raras ou infrequentes. Muitas das regras com base nestes itens têm particular interesse para o utilizador. Actualmente a investigação sobre regras de associação procuram incidir na geração do maior número possível de regras com interesse aglomerando itens raros e frequentes. Assim, este estudo foca, inicialmente, uma pesquisa sobre os principais algoritmos de data mining que abordam as regras de associação. A finalidade deste trabalho é examinar as técnicas e algoritmos de extracção de regras de associação já existentes, verificar as principais vantagens e desvantagens dos algoritmos na extracção de regras de associação e, por fim, desenvolver um algoritmo cujo objectivo é gerar regras de associação que envolvem itens raros e frequentes.

Adaptive learning in agents behaviour: a framework for electricity markets simulation

Electricity markets are complex environments with very particular characteristics. A critical issue regarding these specific characteristics concerns the constant changes they are subject to. This is a result of the electricity markets’ restructuring, which was performed so that the competitiveness could be increased, but it also had exponential implications in the increase of the complexity and unpredictability in those markets scope. The constant growth in markets unpredictability resulted in an amplified need for market intervenient entities in foreseeing market behaviour. The need for understanding the market mechanisms and how the involved players’ interaction affects the outcomes of the markets, contributed to the growth of usage of simulation tools. Multi-agent based software is particularly well fitted to analyze dynamic and adaptive systems with complex interactions among its constituents, such as electricity markets. This dissertation presents ALBidS – Adaptive Learning strategic Bidding System, a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. This system is integrated with the MASCEM electricity market simulator, so that its advantage in supporting a market player can be tested using cases based on real markets’ data. ALBidS considers several different methodologies based on very distinct approaches, to provide alternative suggestions of which are the best actions for the supported player to perform. The approach chosen as the players’ actual action is selected by the employment of reinforcement learning algorithms, which for each different situation, simulation circumstances and context, decides which proposed action is the one with higher possibility of achieving the most success. Some of the considered approaches are supported by a mechanism that creates profiles of competitor players. These profiles are built accordingly to their observed past actions and reactions when faced with specific situations, such as success and failure. The system’s context awareness and simulation circumstances analysis, both in terms of results performance and execution time adaptation, are complementary mechanisms, which endow ALBidS with further adaptation and learning capabilities.

ECG denoising based on adaptive signal processing technique

An Electrocardiogram (ECG) monitoring system deals with several challenges related with noise sources. The main goal of this text was the study of Adaptive Signal Processing Algorithms for ECG noise reduction when applied to real signals. This document presents an adaptive ltering technique based on Least Mean Square (LMS) algorithm to remove the artefacts caused by electromyography (EMG) and power line noise into ECG signal. For this experiments it was used real noise signals, mainly to observe the di erence between real noise and simulated noise sources. It was obtained very good results due to the ability of noise removing that can be reached with this technique. A recolha de sinais electrocardiogr a cos (ECG) sofre de diversos problemas relacionados com ru dos. O objectivo deste trabalho foi o estudo de algoritmos adaptativos para processamento digital de sinal, para redu c~ao de ru do em sinais ECG reais. Este texto apresenta uma t ecnica de redu c~ao de ru do baseada no algoritmo Least Mean Square (LMS) para remo c~ao de ru dos causados quer pela actividade muscular (EMG) quer por ru dos causados pela rede de energia el ectrica. Para as experiencias foram utilizados ru dos reais, principalmente para aferir a diferen ca de performance do algoritmo entre os sinais reais e os simulados. Foram conseguidos bons resultados, essencialmente devido as excelentes caracter sticas que esta t ecnica tem para remover ru dos.

Sistema de recomendação e personalização de televisão

Com a expansão da Televisão Digital e a convergência entre os meios de difusão convencionais e a televisão sobre IP, o número de canais disponíveis tem aumentado de forma gradual colocando o espectador numa situação de difícil escolha quanto ao programa a visionar. Sobrecarregados com uma grande quantidade de programas e informação associada, muitos espectadores desistem sistematicamente de ver um programa e tendem a efectuar zapping entre diversos canais ou a assistir sempre aos mesmos programas ou canais. Diante deste problema de sobrecarga de informação, os sistemas de recomendação apresentam-se como uma solução. Nesta tese pretende estudar-se algumas das soluções existentes dos sistemas de recomendação de televisão e desenvolver uma aplicação que permita a recomendação de um conjunto de programas que representem potencial interesse ao espectador. São abordados os principais conceitos da área dos algoritmos de recomendação e apresentados alguns dos sistemas de recomendação de programas de televisão desenvolvidos até à data. Para realizar as recomendações foram desenvolvidos dois algoritmos baseados respectivamente em técnicas de filtragem colaborativa e de filtragem de conteúdo. Estes algoritmos permitem através do cálculo da similaridade entre itens ou utilizadores realizar a predição da classificação que um utilizador atribuiria a um determinado item (programa de televisão, filme, etc.). Desta forma é possível avaliar o nível de potencial interesse que o utilizador terá em relação ao respectivo item. Os conjuntos de dados que descrevem as características dos programas (título, género, actores, etc.) são armazenados de acordo com a norma TV-Anytime. Esta norma de descrição de conteúdo multimédia apresenta a vantagem de ser especificamente vocacionada para conteúdo audiovisual e está disponível livremente. O conjunto de recomendações obtidas é apresentado ao utilizador através da interacção com uma aplicação Web que permite a integração de todos os componentes do sistema. Para validação do trabalho foi considerado um dataset de teste designado de htrec2011-movielens-2k e cujo conteúdo corresponde a um conjunto de filmes classificados por diversos utilizadores num ambiente real. Este conjunto de filmes possui, para além da classificações atribuídas pelos utilizadores, um conjunto de dados que descrevem o género, directores, realizadores e país de origem. Para validação final do trabalho foram realizados diversos testes dos quais o mais relevante correspondeu à avaliação da distância entre predições e valores reais e cujo objectivo é classificar a capacidade dos algoritmos desenvolvidos preverem com precisão as classificações que os utilizadores atribuiriam aos itens analisados.

Simulação e controlo de veículos autónomos terrestres

A implementação e venda de robôs autónomos tem sido um sector que nos últimos anos tem adquirido cada vez mais quota no mercado, nomeadamente no sector militar, agrícola e da vigilância. Como tal, tem sido também de grande importância a capacidade de implementar e testar robôs por parte das entidades que os fabricam. Uma das formas que tem garantido o sucesso do desenvolvimento de robôs é a simulação prévia dos mesmos antes que estes passem a fase de produção. Sendo assim, o LSA como entidade de desenvolvimento de robôs autónomos, tem necessidade de adquirir um sistema que simule os robôs em desenvolvimento. O trabalho desta tese consiste na realização de um sistema que simule robôs autónomos terrestres de forma que se possa observar o comportamento da cinemática, dinânica e hardware dos robôs em ambiente 3D. Esta aplicação de simulação pode mais tarde ser utilizada pelo laboratório para testar missões, validar alterações de estrutura, sensores, etc. Para além disso, com recurso ao simulador Player/Stage/Gazebo testar o robô LINCE e implementar algoritmos de controlo para o mesmo. Os algoritmos de controlo implementados baseiam-se em primitivas de controlo básico para serem utilizadas pelo sistema de navegação e gerar trajectórias complexas. Os algoritmos desenvolvidos nesta tese baseiam-se nas equações cinemáticas do veículo estudado. Estes algoritmos depois de testados no simulador, poderão ser colocados no Hardware do robô. Desta forma consegue-se desenvolver algoritmos para determinado robô sem que este esteja operacional.

Desenvolvimento de um pedómetro para telemóvel

Esta tese descreve o desenvolvimento do hardware e do software de um sistema com a capacidade de reconhecer o número de passos que uma pessoa efectua durante uma actividade física. O sistema consiste num acelerómetro controlado por um microcontrolador, que comunica com um dispositivo móvel através de Bluetooth. De modo a realizar o sistema foi necessário analisar uma vasta bibliografia, para conhecer o estado da arte desta tecnologia, entender o princípio de funcionamento do protocolo Bluetooth e os conceitos biomecânicos por detrás da marcha humana. A proposta deste trabalho apresentava como elemento diferenciador do estado da arte o uso de um acelerómetro em conjunto com sensores de pressão. Com a conjugação destes sensores pretendia-se aumentar a precisão de um equipamento que normalmente não é reconhecido por essa característica. Contudo, a indisponibilidade dos sensores de pressão levou a que o sistema só fosse constituído pelo acelerómetro. Embora, o sistema foi projectado considerando que os sensores de pressão serão incluídos num futuro desenvolvimento. Neste trabalho foram desenvolvidos dois algoritmos para detectar os passos que uma pessoa executa, com pé onde é colocado o sensor, quando caminha ou corre. Num dos testes realizados o algoritmo da “aceleração composta” detectou 84% dos passos, enquanto o algoritmo da “aceleração simples”detectou 99%. A plataforma para a interface gráfica pretendia-se que fosse um telemóvel, contudo não foi possível obter um telemóvel que suporta-se o perfil SPP (Serial Port Profile), necessário para a comunicação com o módulo Bluetooth usado. A solução passou por usar como plataforma um computador portátil com Bluetooth, para o qual foi desenvolvido a aplicação “Pedómetro ISEP” em Visual Basic. O “Pedómetro ISEP” apresenta várias funcionalidades, entre elas destaca-se o cálculo da distância percorrida, da velocidade, e das calorias consumidas, bem como, o registo desses valores em tabelas e da possibilidade de desenhar os gráficos representativos do progresso do utilizador.

Detecção e seguimento de objectos em imagens termográficas: análise experimental de modelos de descrição

A instalação de sistemas de videovigilância, no interior ou exterior, em locais como aeroportos, centros comerciais, escritórios, edifícios estatais, bases militares ou casas privadas tem o intuito de auxiliar na tarefa de monitorização do local contra eventuais intrusos. Com estes sistemas é possível realizar a detecção e o seguimento das pessoas que se encontram no ambiente local, tornando a monitorização mais eficiente. Neste contexto, as imagens típicas (imagem natural e imagem infravermelha) são utilizadas para extrair informação dos objectos detectados e que irão ser seguidos. Contudo, as imagens convencionais são afectadas por condições ambientais adversas como o nível de luminosidade existente no local (luzes muito fortes ou escuridão total), a presença de chuva, de nevoeiro ou de fumo que dificultam a tarefa de monitorização das pessoas. Deste modo, tornou‐se necessário realizar estudos e apresentar soluções que aumentem a eficácia dos sistemas de videovigilância quando sujeitos a condições ambientais adversas, ou seja, em ambientes não controlados, sendo uma das soluções a utilização de imagens termográficas nos sistemas de videovigilância. Neste documento são apresentadas algumas das características das câmaras e imagens termográficas, assim como uma caracterização de cenários de vigilância. Em seguida, são apresentados resultados provenientes de um algoritmo que permite realizar a segmentação de pessoas utilizando imagens termográficas. O maior foco desta dissertação foi na análise dos modelos de descrição (Histograma de Cor, HOG, SIFT, SURF) para determinar o desempenho dos modelos em três casos: distinguir entre uma pessoa e um carro; distinguir entre duas pessoas distintas e determinar que é a mesma pessoa ao longo de uma sequência. De uma forma sucinta pretendeu‐se, com este estudo, contribuir para uma melhoria dos algoritmos de detecção e seguimento de objectos em sequências de vídeo de imagens termográficas. No final, através de uma análise dos resultados provenientes dos modelos de descrição, serão retiradas conclusões que servirão de indicação sobre qual o modelo que melhor permite discriminar entre objectos nas imagens termográficas.

Supporting intra-task parallelism in real-time multiprocessor systems

Os sistemas de tempo real modernos geram, cada vez mais, cargas computacionais pesadas e dinâmicas, começando-se a tornar pouco expectável que sejam implementados em sistemas uniprocessador. Na verdade, a mudança de sistemas com um único processador para sistemas multi- processador pode ser vista, tanto no domínio geral, como no de sistemas embebidos, como uma forma eficiente, em termos energéticos, de melhorar a performance das aplicações. Simultaneamente, a proliferação das plataformas multi-processador transformaram a programação paralela num tópico de elevado interesse, levando o paralelismo dinâmico a ganhar rapidamente popularidade como um modelo de programação. A ideia, por detrás deste modelo, é encorajar os programadores a exporem todas as oportunidades de paralelismo através da simples indicação de potenciais regiões paralelas dentro das aplicações. Todas estas anotações são encaradas pelo sistema unicamente como sugestões, podendo estas serem ignoradas e substituídas, por construtores sequenciais equivalentes, pela própria linguagem. Assim, o modo como a computação é na realidade subdividida, e mapeada nos vários processadores, é da responsabilidade do compilador e do sistema computacional subjacente. Ao retirar este fardo do programador, a complexidade da programação é consideravelmente reduzida, o que normalmente se traduz num aumento de produtividade. Todavia, se o mecanismo de escalonamento subjacente não for simples e rápido, de modo a manter o overhead geral em níveis reduzidos, os benefícios da geração de um paralelismo com uma granularidade tão fina serão meramente hipotéticos. Nesta perspetiva de escalonamento, os algoritmos que empregam uma política de workstealing são cada vez mais populares, com uma eficiência comprovada em termos de tempo, espaço e necessidades de comunicação. Contudo, estes algoritmos não contemplam restrições temporais, nem outra qualquer forma de atribuição de prioridades às tarefas, o que impossibilita que sejam diretamente aplicados a sistemas de tempo real. Além disso, são tradicionalmente implementados no runtime da linguagem, criando assim um sistema de escalonamento com dois níveis, onde a previsibilidade, essencial a um sistema de tempo real, não pode ser assegurada. Nesta tese, é descrita a forma como a abordagem de work-stealing pode ser resenhada para cumprir os requisitos de tempo real, mantendo, ao mesmo tempo, os seus princípios fundamentais que tão bons resultados têm demonstrado. Muito resumidamente, a única fila de gestão de processos convencional (deque) é substituída por uma fila de deques, ordenada de forma crescente por prioridade das tarefas. De seguida, aplicamos por cima o conhecido algoritmo de escalonamento dinâmico G-EDF, misturamos as regras de ambos, e assim nasce a nossa proposta: o algoritmo de escalonamento RTWS. Tirando partido da modularidade oferecida pelo escalonador do Linux, o RTWS é adicionado como uma nova classe de escalonamento, de forma a avaliar na prática se o algoritmo proposto é viável, ou seja, se garante a eficiência e escalonabilidade desejadas. Modificar o núcleo do Linux é uma tarefa complicada, devido à complexidade das suas funções internas e às fortes interdependências entre os vários subsistemas. Não obstante, um dos objetivos desta tese era ter a certeza que o RTWS é mais do que um conceito interessante. Assim, uma parte significativa deste documento é dedicada à discussão sobre a implementação do RTWS e à exposição de situações problemáticas, muitas delas não consideradas em teoria, como é o caso do desfasamento entre vários mecanismo de sincronização. Os resultados experimentais mostram que o RTWS, em comparação com outro trabalho prático de escalonamento dinâmico de tarefas com restrições temporais, reduz significativamente o overhead de escalonamento através de um controlo de migrações, e mudanças de contexto, eficiente e escalável (pelo menos até 8 CPUs), ao mesmo tempo que alcança um bom balanceamento dinâmico da carga do sistema, até mesmo de uma forma não custosa. Contudo, durante a avaliação realizada foi detetada uma falha na implementação do RTWS, pela forma como facilmente desiste de roubar trabalho, o que origina períodos de inatividade, no CPU em questão, quando a utilização geral do sistema é baixa. Embora o trabalho realizado se tenha focado em manter o custo de escalonamento baixo e em alcançar boa localidade dos dados, a escalonabilidade do sistema nunca foi negligenciada. Na verdade, o algoritmo de escalonamento proposto provou ser bastante robusto, não falhando qualquer meta temporal nas experiências realizadas. Portanto, podemos afirmar que alguma inversão de prioridades, causada pela sub-política de roubo BAS, não compromete os objetivos de escalonabilidade, e até ajuda a reduzir a contenção nas estruturas de dados. Mesmo assim, o RTWS também suporta uma sub-política de roubo determinística: PAS. A avaliação experimental, porém, não ajudou a ter uma noção clara do impacto de uma e de outra. No entanto, de uma maneira geral, podemos concluir que o RTWS é uma solução promissora para um escalonamento eficiente de tarefas paralelas com restrições temporais.

Exploração de dados de uma solução mobile wallet usando as técnicas de data mining

A descoberta de conhecimento em dados hoje em dia é um ponto forte para as empresas. Atualmente a CardMobili não dispõe de qualquer sistema de mineração de dados, sendo a existência deste uma mais-valia para as suas operações de marketing diárias, nomeadamente no lançamento de cupões a um grupo restrito de clientes com uma elevada probabilidade que os mesmos os utilizem. Para isso foi analisada a base de dados da aplicação tentando extrair o maior número de dados e aplicadas as transformações necessárias para posteriormente serem processados pelos algoritmos de mineração de dados. Durante a etapa de mineração de dados foram aplicadas as técnicas de associação e classificação, sendo que os melhores resultados foram obtidos com técnicas de associação. Desta maneira pretende-se que os resultados obtidos auxiliem o decisor na sua tomada de decisões.

Resposta contextual automática a mensagens electrónicas

A evolução tecnológica, associada às mudanças sociais a que temos assistido, nomeadamente nas últimas décadas, originou mudanças significativas na forma como os utentes interagem com as instituições, passando a privilegiar a utilização de meios electrónicos, tais como as mensagens de correio electrónico, em detrimento de formas mais tradicionais, como a carta e o telefone. Neste contexto, sendo o ISEP uma instituição de ensino superior que alberga milhares de alunos e recebe centenas de novos alunos todos os anos, necessita de ter condições para que possa responder de forma atempada às inúmeras mensagens de correio electrónico que recebe. Esta necessidade fez com que surgisse um projecto, de nome SiRAC, que servisse para auxiliar na resposta a essas mensagens. O SiRAC tem como objectivo responder a mensagens de correio electrónico de forma automática. De salientar que se admite não ser possível responder a todas as mensagens, privilegiando-se aquelas que são recorrentemente colocadas à Divisão Académica. Assim será possível encurtar o tempo de comunicação entre os diversos intervenientes, criando uma relação mais próxima entre o ISEP e o público que o contacta. O SiRAC analisa as mensagens e procura responder de forma automática sempre que o seu conteúdo possa ser classificado como fazendo parte de um conjunto de questões previamente identificadas pelos recursos humanos da Divisão Académica como recorrentes e para as quais já exista uma resposta tipo. As questões constantes da mensagem são identificadas através de palavras e expressões normalmente associadas aos diferentes tipos de questão. O envio da resposta pressupõe a identificação correcta dos tipos associados e de acordo com requisitos mínimos definidos, de forma a evitar enviar uma resposta errada a uma mensagem. A implementação do SiRAC permite a libertação de recursos humanos da Divisão Académica que anteriormente estavam afectas à resposta de mensagens para o desempenho de outras funções.

Six thinking hats for electricity markets simulation: adapting meeting tools to agent decision

In almost all industrialized countries, the energy sector has suffered a severe restructuring that originated a greater complexity in market players’ interactions. The complexity that these changes brought made way for the creation of decision support tools that facilitate the study and understanding of these markets. MASCEM – “Multiagent Simulator for Competitive Electricity Markets” arose in this context providing a framework for evaluating new rules, new behaviour, and new participants in deregulated electricity markets. MASCEM uses game theory, machine learning techniques, scenario analysis and optimisation techniques to model market agents and to provide them with decision-support. ALBidS is a multiagent system created to provide decision support to market negotiating players. Fully integrated with MASCEM it considers several different methodologies based on very distinct approaches. The Six Thinking Hats is a powerful technique used to look at decisions from different perspectives. This tool’s goal is to force the thinker to move outside his habitual thinking style. It was developed to be used mainly at meetings in order to “run better meetings, make faster decisions”. This dissertation presents a study about the applicability of the Six Thinking Hats technique in Decision Support Systems, particularly with the multiagent paradigm like the MASCEM simulator. As such this work’s proposal is of a new agent, a meta-learner based on STH technique that organizes several different ALBidS’ strategies and combines the distinct answers into a single one that, expectedly, out-performs any of them.