Projecto de avaliação de interfaces – PAI

Para obtenção do grau de Doutor pela Universidade de Vigo com menção internacional Departamento de Informática

Using a prioritized MAC protocol to execute the database operation join in networked embedded computer systems

Database query languages on relations (for example SQL) make it possible to join two relations. This operation is very common in desktop/server database systems but unfortunately query processing systems in networked embedded computer systems currently do not support this operation; specifically, the query processing systems TAG, TinyDB, Cougar do not support this. We show how a prioritized medium access control (MAC) protocol can be used to efficiently execute the database operation join for networked embedded computer systems where all computer nodes are in a single broadcast domain.

INbreast: Toward a Full-field Digital Mammographic Database

Rationale and Objectives Computer-aided detection and diagnosis (CAD) systems have been developed in the past two decades to assist radiologists in the detection and diagnosis of lesions seen on breast imaging exams, thus providing a second opinion. Mammographic databases play an important role in the development of algorithms aiming at the detection and diagnosis of mammary lesions. However, available databases often do not take into consideration all the requirements needed for research and study purposes. This article aims to present and detail a new mammographic database. Materials and Methods Images were acquired at a breast center located in a university hospital (Centro Hospitalar de S. João [CHSJ], Breast Centre, Porto) with the permission of the Portuguese National Committee of Data Protection and Hospital's Ethics Committee. MammoNovation Siemens full-field digital mammography, with a solid-state detector of amorphous selenium was used. Results The new database—INbreast—has a total of 115 cases (410 images) from which 90 cases are from women with both breasts affected (four images per case) and 25 cases are from mastectomy patients (two images per case). Several types of lesions (masses, calcifications, asymmetries, and distortions) were included. Accurate contours made by specialists are also provided in XML format. Conclusion The strengths of the actually presented database—INbreast—relies on the fact that it was built with full-field digital mammograms (in opposition to digitized mammograms), it presents a wide variability of cases, and is made publicly available together with precise annotations. We believe that this database can be a reference for future works centered or related to breast cancer imaging.

Hand gesture recognition system based in computer vision and machine learning : applications on human-machine interaction

Sendo uma forma natural de interação homem-máquina, o reconhecimento de gestos implica uma forte componente de investigação em áreas como a visão por computador e a aprendizagem computacional. O reconhecimento gestual é uma área com aplicações muito diversas, fornecendo aos utilizadores uma forma mais natural e mais simples de comunicar com sistemas baseados em computador, sem a necessidade de utilização de dispositivos extras. Assim, o objectivo principal da investigação na área de reconhecimento de gestos aplicada à interacção homemmáquina é o da criação de sistemas, que possam identificar gestos específicos e usálos para transmitir informações ou para controlar dispositivos. Para isso as interfaces baseados em visão para o reconhecimento de gestos, necessitam de detectar a mão de forma rápida e robusta e de serem capazes de efetuar o reconhecimento de gestos em tempo real. Hoje em dia, os sistemas de reconhecimento de gestos baseados em visão são capazes de trabalhar com soluções específicas, construídos para resolver um determinado problema e configurados para trabalhar de uma forma particular. Este projeto de investigação estudou e implementou soluções, suficientemente genéricas, com o recurso a algoritmos de aprendizagem computacional, permitindo a sua aplicação num conjunto alargado de sistemas de interface homem-máquina, para reconhecimento de gestos em tempo real. A solução proposta, Gesture Learning Module Architecture (GeLMA), permite de forma simples definir um conjunto de comandos que pode ser baseado em gestos estáticos e dinâmicos e que pode ser facilmente integrado e configurado para ser utilizado numa série de aplicações. É um sistema de baixo custo e fácil de treinar e usar, e uma vez que é construído unicamente com bibliotecas de código. As experiências realizadas permitiram mostrar que o sistema atingiu uma precisão de 99,2% em termos de reconhecimento de gestos estáticos e uma precisão média de 93,7% em termos de reconhecimento de gestos dinâmicos. Para validar a solução proposta, foram implementados dois sistemas completos. O primeiro é um sistema em tempo real capaz de ajudar um árbitro a arbitrar um jogo de futebol robótico. A solução proposta combina um sistema de reconhecimento de gestos baseada em visão com a definição de uma linguagem formal, o CommLang Referee, à qual demos a designação de Referee Command Language Interface System (ReCLIS). O sistema identifica os comandos baseados num conjunto de gestos estáticos e dinâmicos executados pelo árbitro, sendo este posteriormente enviado para um interface de computador que transmite a respectiva informação para os robôs. O segundo é um sistema em tempo real capaz de interpretar um subconjunto da Linguagem Gestual Portuguesa. As experiências demonstraram que o sistema foi capaz de reconhecer as vogais em tempo real de forma fiável. Embora a solução implementada apenas tenha sido treinada para reconhecer as cinco vogais, o sistema é facilmente extensível para reconhecer o resto do alfabeto. As experiências também permitiram mostrar que a base dos sistemas de interação baseados em visão pode ser a mesma para todas as aplicações e, deste modo facilitar a sua implementação. A solução proposta tem ainda a vantagem de ser suficientemente genérica e uma base sólida para o desenvolvimento de sistemas baseados em reconhecimento gestual que podem ser facilmente integrados com qualquer aplicação de interface homem-máquina. A linguagem formal de definição da interface pode ser redefinida e o sistema pode ser facilmente configurado e treinado com um conjunto de gestos diferentes de forma a serem integrados na solução final.

Using the Common Cartridge profile to enhance learning content interoperability

The concept of Learning Object (LO) is crucial for the standardization on eLearning. The latest LO standard from IMS Global Learning Consortium is the IMS Common Cartridge (IMS CC) that organizes and distributes digital learning content. By analyzing this new specification we considered two interoperability levels: content and communication. A common content format is the backbone of interoperability and is the basis for content exchange among eLearning systems. Communication is more than just exchanging content; it includes also accessing to specialized systems and services and reporting on content usage. This is particularly important when LOs are used for evaluation. In this paper we analyze the Common Cartridge profile based on the two interoperability levels we proposed. We detail its data model that comprises a set of derived schemata referenced on the CC schema and we explore the use of the IMS Learning Tools Interoperability (LTI) to allow remote tools and content to be integrated into a Learning Management System (LMS). In order to test the applicability of IMS CC for automatic evaluation we define a representation of programming exercises using this standard. This representation is intended to be the cornerstone of a network of eLearning systems where students can solve computer programming exercises and obtain feedback automatically. The CC learning object is automatically generated based on a XML dialect called PExIL that aims to consolidate all the data need to describe resources within the programming exercise life-cycle. Finally, we test the generated cartridge on the IMS CC online validator to verify its conformance with the IMS CC specification.

Fractional Dynamics of Computer Virus Propagation

We propose a fractional model for computer virus propagation. The model includes the interaction between computers and removable devices. We simulate numerically the model for distinct values of the order of the fractional derivative and for two sets of initial conditions adopted in the literature. We conclude that fractional order systems reveal richer dynamics than the classical integer order counterpart. Therefore, fractional dynamics leads to time responses with super-fast transients and super-slow evolutions towards the steady-state, effects not easily captured by the integer order models.

Estrutura a partir do Movimento em Sistemas Autónomos

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - Ramo de Sistemas Autónomos

Criador automático de aplicações nativas Android e iOS

Nos últimos anos tem-se verificado um acentuado aumento na utilização de dispositivos moveis a nível internacional, pelo que as aplicações desenvolvidas para este tipo específico de dispositivos, conhecidas por apps, tem vindo a ganhar uma enorme popularidade. São cada vez mais as empresas que procuram estar presentes nos mais diversos sistemas operativos móveis, com o objectivo de suportar e desenvolver o seu negócio, alargando o seu leque de possíveis consumidores. Neste sentido surgiram diversas ferramentas com a função de facilitar o desenvolvimento de aplicações móveis, denominadas frameworks multi-plataforma. Estas frameworks conduziram ao aparecimento de plataformas web, que permitem criar aplicações multi-plataforma sem ser obrigatório ter conhecimentos em programação. Assim, e a partir da análise de vários criadores online de aplicações móveis identificados e das diferentes estratégias de desenvolvimento de aplicações móveis existentes, foi proposta a implementação de uma plataforma web capaz de criar aplicações nativas Android e iOS, dois dos sistemas operativos mais utilizados na actualidade. Apos desenvolvida a plataforma web, designada MobileAppBuilder, foi avaliada a sua Qualidade e as aplicações criadas pela mesma, através do preenchimento de um questionário por parte de 10 indivíduos com formação em Engenharia Informática, resultando numa classificação geral de ”excelente”. De modo a analisar o desempenho das aplicações produzidas pela plataforma desenvolvida, foram realizados testes comparativos entre uma aplicação da MobileAppBuilder e duas homologas de dois dos criadores online estudados, nomeadamente Andromo e Como. Os resultados destes testes revelaram que a MobileAppBuilder gera aplicações menos pesadas, mais rápidas e mais eficientes em alguns aspetos, nomeadamente no arranque.

Using data mining techniques to support breast cancer diagnosis

More than ever, there is an increase of the number of decision support methods and computer aided diagnostic systems applied to various areas of medicine. In breast cancer research, many works have been done in order to reduce false-positives when used as a double reading method. In this study, we aimed to present a set of data mining techniques that were applied to approach a decision support system in the area of breast cancer diagnosis. This method is geared to assist clinical practice in identifying mammographic findings such as microcalcifications, masses and even normal tissues, in order to avoid misdiagnosis. In this work a reliable database was used, with 410 images from about 115 patients, containing previous reviews performed by radiologists as microcalcifications, masses and also normal tissue findings. Throughout this work, two feature extraction techniques were used: the gray level co-occurrence matrix and the gray level run length matrix. For classification purposes, we considered various scenarios according to different distinct patterns of injuries and several classifiers in order to distinguish the best performance in each case described. The many classifiers used were Naïve Bayes, Support Vector Machines, k-nearest Neighbors and Decision Trees (J48 and Random Forests). The results in distinguishing mammographic findings revealed great percentages of PPV and very good accuracy values. Furthermore, it also presented other related results of classification of breast density and BI-RADS® scale. The best predictive method found for all tested groups was the Random Forest classifier, and the best performance has been achieved through the distinction of microcalcifications. The conclusions based on the several tested scenarios represent a new perspective in breast cancer diagnosis using data mining techniques.

Metodologias e Ferramentas da Gestão da Manutenção e da Metrologia numa Unidade Hospitalar

A metrologia na saúde tem um elevado grau de importância no quotidiano hospitalar dado que muitas decisões são tomadas com base em medições. Além disso, a constante evolução tecnológica na área da saúde e o número crescente de parâmetros fisiológicos dos equipamentos médicos exige a constante preocupação com o controlo metrológico. Assim, o funcionamento eficiente destes poderá contribuir para a segurança, uma melhor e mais rápida recuperação do doente e, consequentemente, um aumento do tempo de vida do equipamento, o que por sua vez se reflete numa maior economia de custos. A otimização de protocolos de metrologia em saúde, a elaboração de planos de controlo para validação de equipamentos médicos-hospitalares, a sensibilização de profissionais de saúde para o controlo metrológico, assim como o conhecimento das aplicações informáticas da organização são essenciais para uma eficaz gestão da manutenção hospitalar. O Serviço de Instalações e Equipamentos do Centro Hospitalar do Tâmega e Sousa, trabalha no sentido de assegurar uma resposta rápida, otimizada e eficiente para satisfazer as necessidades hospitalares através da aplicação de metodologias e ferramentas da qualidade destinadas à metrologia em saúde. Assim, o objetivo principal deste trabalho é apresentar metodologias e ferramentas aplicadas no controlo de parâmetros de equipamentos médico-hospitalares tais como, dispositivos de infusão, monitores de sinais vitais, eletrocardiógrafos, cardiotocógrafos, desfibrilhadores, incubadoras, aparelhos de fototerapia, bem como, o processo de gestão da manutenção aplicado pelo Serviço de Instalações e Equipamentos. Neste sentido foi possível demonstrar que o controlo metrológico é de extrema importância para uma instituição hospitalar.

Elspot: Nord Pool Spot Integration in MASCEM Electricity Market Simulator

The energy sector in industrialized countries has been restructured in the last years, with the purpose of decreasing electricity prices through the increase in competition, and facilitating the integration of distributed energy resources. However, the restructuring process increased the complexity in market players' interactions and generated emerging problems and new issues to be addressed. In order to provide players with competitive advantage in the market, decision support tools that facilitate the study and understanding of these markets become extremely useful. In this context arises MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), a multi-agent based simulator that models real electricity markets. To reinforce MASCEM with the capability of recreating the electricity markets reality in the fullest possible extent, it is crucial to make it able to simulate as many market models and player types as possible. This paper presents a new negotiation model implemented in MASCEM based on the negotiation model used in day-ahead market (Elspot) of Nord Pool. This is a key module to study competitive electricity markets, as it presents well defined and distinct characteristics from the already implemented markets, and it is a reference electricity market in Europe (the one with the larger amount of traded power).

Particle Swarm Optimization of Electricity Market Negotiating Players Portfolio

Energy systems worldwide are complex and challenging environments. Multi-agent based simulation platforms are increasing at a high rate, as they show to be a good option to study many issues related to these systems, as well as the involved players at act in this domain. In this scope the authors’ research group has developed a multi-agent system: MASCEM (Multi- Agent System for Competitive Electricity Markets), which performs realistic simulations of the electricity markets. MASCEM is integrated with ALBidS (Adaptive Learning Strategic Bidding System) that works as a decision support system for market players. The ALBidS system allows MASCEM market negotiating players to take the best possible advantages from each market context. However, it is still necessary to adequately optimize the players’ portfolio investment. For this purpose, this paper proposes a market portfolio optimization method, based on particle swarm optimization, which provides the best investment profile for a market player, considering different market opportunities (bilateral negotiation, market sessions, and operation in different markets) and the negotiation context such as the peak and off-peak periods of the day, the type of day (business day, weekend, holiday, etc.) and most important, the renewable based distributed generation forecast. The proposed approach is tested and validated using real electricity markets data from the Iberian operator – MIBEL.

Planeamento de uma estrada utilizando CCS Candy - Caso de estudo

O tema desta dissertação foi escolhido tendo em consideração a crescente necessidade de planeamento de empreitadas de construção de estradas, sendo um dos objetivos desta dissertação o de oferecer uma visão global do processo de planeamento da construção de uma estrada, focado apenas no fator tempo, recorrendo a ferramentas informáticas e utilizando um caso de estudo de uma estrada real e já construída. Inicialmente, faz-se uma breve descrição dos métodos de planeamento mais aplicados em planeamentos de projetos, bem como dos softwares a utilizar neste trabalho. De seguida, descreve-se o caso de estudo, indicando as suas características principais. Partindo-se deste caso real, com base no estudo do Projeto de Execução, determinam-se as atividades, as suas relações e dependências, definem-se equipas e frentes de trabalho e determinam-se os respetivos rendimentos. Após a obtenção dos rendimentos de todas as atividades, elabora-se o planeamento da estrada, focado apenas no fator tempo, recorrendo ao diagrama de Gantt e ao diagrama espaço-tempo, utilizando para isso softwares de referência no mercado, o Microsoft Project e o CCS Candy. Por fim, são apresentadas algumas das principais diferenças entre as duas ferramentas informáticas aplicadas, as conclusões gerais, assim como uma proposta de desenvolvimento futuro.

Brokerage Platform for Media Content Recommendation

Near real time media content personalisation is nowadays a major challenge involving media content sources, distributors and viewers. This paper describes an approach to seamless recommendation, negotiation and transaction of personalised media content. It adopts an integrated view of the problem by proposing, on the business-to-business (B2B) side, a brokerage platform to negotiate the media items on behalf of the media content distributors and sources, providing viewers, on the business-to-consumer (B2C) side, with a personalised electronic programme guide (EPG) containing the set of recommended items after negotiation. In this setup, when a viewer connects, the distributor looks up and invites sources to negotiate the contents of the viewer personal EPG. The proposed multi-agent brokerage platform is structured in four layers, modelling the registration, service agreement, partner lookup, invitation as well as item recommendation, negotiation and transaction stages of the B2B processes. The recommendation service is a rule-based switch hybrid filter, including six collaborative and two content-based filters. The rule-based system selects, at runtime, the filter(s) to apply as well as the final set of recommendations to present. The filter selection is based on the data available, ranging from the history of items watched to the ratings and/or tags assigned to the items by the viewer. Additionally, this module implements (i) a novel item stereotype to represent newly arrived items, (ii) a standard user stereotype for new users, (iii) a novel passive user tag cloud stereotype for socially passive users, and (iv) a new content-based filter named the collinearity and proximity similarity (CPS). At the end of the paper, we present off-line results and a case study describing how the recommendation service works. The proposed system provides, to our knowledge, an excellent holistic solution to the problem of recommending multimedia contents.