Sistema de controlo de um veículo autónomo terrestre

A crescente necessidade imposta pela gama de aplicações existentes, torna o estudo dos veículos autónomos terrestres um objecto de grande interesse na investigação. A utilização de robots móveis autónomos originou quer um incremento de eficiência e eficácia em inúmeras aplicações como permite a intervenção humana em contextos de elevado risco ou inacessibilidade. Aplicações de monitorização e segurança constituem um foco de utilização deste tipo de sistemas quer pela automatização de procedimentos quer pelos ganhos de eficiência (desde a eficiência de soluções multi-veículo à recolha e detecção de informação). Neste contexto, esta dissertação endereça o problema de concepção, o desenvolvimento e a implementação de um veículo autónomo terrestre, com ênfase na perspectiva de controlo. Este projecto surge pois no âmbito do desenvolvimento de um novo veículo terrestre no Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP). É efectuado um levantamento de requisitos do sistema tendo por base a caracterização de aplicações de monitorização, transporte e vigilância em cenários exteriores pouco estruturados. Um estado da arte em veículos autónomos terrestres é apresentado bem como conceitos e tecnologias relevantes para o controlo deste tipo de sistemas. O problema de controlo de locomoção é abordado tendo em particular atenção o controlo de motores DC brushless. Apresenta-se o projecto do sistema de controlo do veículo, desde o controlo de tracção e direcção, ao sistema computacional de bordo responsável pelo controlo e supervisão da missão. A solução adoptada para a implementação mecânica da estrutura do veículo consiste numa plataforma de veículo todo terreno (motociclo 4X4) disponível comercialmente. O projecto e implementação do sistema de controlo de direcção para o mesmo é apresentado quer sob o ponto de vista da solução electromecânica, quer pelo subsistema de hardware de controlo embebido e respectivo software. Tendo em vista o controlo de tracção são apresentadas duas soluções. Uma passando pelo estudo e desenvolvimento de um sistema de raiz capaz de controlar motores BLDC de elevada potência, a segunda passando pela utilização de uma solução através de um controlador externo. A gestão energética do sistema é abordada através do projecto e implementação de um sistema de controlo e distribuição de energia específico. A implementação do veículo foi alcançada nas suas vertentes mecânica, de hardware e software, envolvendo a integração dos subsistemas projectados especialmente bem como a implementação do sistema computacional de bordo. São apresentados resultados de validação do controlo de locomoção básico quer em simulação quer descritos os testes e validações efectuados no veículo real. No presente trabalho, são também tiradas algumas conclusões sobre o desenvolvimento do sistema e sua implementação bem como perspectivada a sua evolução futura no contexto de missões coordenadas de múltiplos veículos robóticos.

Seguimento de plataformas móveis

Este relatório apresenta o trabalho realizado no âmbito da unidade curricular de Tese/Dissertação do Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores - área de especialização de Telecomunicações. Pretende-se desenvolver um sistema distribuído de seguimento, no exterior, de plataformas móveis equipadas com receptores de baixo custo. O sistema deve, em tempo útil, realizar a aquisição, descodificação e tratamento dos dados emiti- dos pelo Global Navigation Satellite System (GNSS), das observações efectuadas pelo receptor e da informação proveniente do European Geostationary Navigation Overlay System (EGNOS). O objectivo é determinar, a partir deste conjunto de informação e para cada plataforma ligada, a posição em modo absoluto, as correcções diferenciais e, finalmente, a posição em modo diferencial. Optou-se por receber as correcções diferenciais de área alargada do EGNOS através da Internet, permitindo, assim, que receptores sem capacidade de receber directamente informação do EGNOS possam também usufruir desta fonte de informação complementar. As correcções diferenciais a aplicar às observações de cada receptor são geradas através do conceito de estacão de referência virtual - Virtual Reference Station (VRS) - a partir da posição aproximada do receptor e das correcções de área alargada provenientes do EGNOS. A determinação da posição em modo diferencial das plataformas móveis é efectuada segundo o conceito de Inverted Di®erential Global Navigation Satellite System (IDGNSS) e utilizando uma arquitectura do tipo Cliente-Servidor. Por último, os resultados, que são armazenados numa base de dados, são disponibilizados ao utilizador através de uma aplicação Web. O utilizador pode, assim, efectuar o seguimento de qualquer plataforma móvel ligada ao sistema a partir de qualquer dispositivo com navegador e acesso à Internet.

Analysis of polycyclic aromatic hydrocarbons in atmospheric particulate samples by microwaveassisted extraction and liquid chromatography

A methodology based on microwave-assisted extraction (MAE) and LC with fluorescence detection (FLD) was investigated for the efficient determination of 15 polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) regarded as priority pollutants by the US Environmental Protection Agency and dibenzo(a,l)pyrene in atmospheric particulate samples. PAHs were successfully extracted from real outdoor particulate matter (PM) samples with recoveries ranging from 81.4±8.8 to 112.0±1.1%, for all the compounds except for naphthalene (62.3±18.0%) and anthracene (67.3±5.7%), under the optimum MAE conditions (30.0 mL of ACN for 20 min at 110ºC). No clean-up steps were necessary prior to LC analysis. LOQs ranging from 0.0054 ng/m3 for benzo( a)anthracene to 0.089 ng/m3 for naphthalene were reached. The validated MAE methodology was applied to the determination of PAHs from a set of real world PM samples collected in Oporto (north of Portugal). The sum of particulate-bound PAHs in outdoor PM ranged from 2.5 and 28 ng/m3.

Polycyclic aromatic hydrocarbons in gas and particulate phases of indoor environments influenced by tobacco smoke: levels, phase distributions, and health risks

As polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) have a negative impact on human health due to their mutagenic and/or carcinogenic properties, the objective of this work was to study the influence of tobacco smoke on levels and phase distribution of PAHs and to evaluate the associated health risks. The air samples were collected at two homes; 18 PAHs (the 16 PAHs considered by U.S. EPA as priority pollutants, dibenzo[a,l]pyrene and benzo[j]fluoranthene) were determined in gas phase and associated with thoracic (PM10) and respirable (PM2.5) particles. At home influenced by tobacco smoke the total concentrations of 18 PAHs in air ranged from 28.3 to 106 ngm 3 (mean of 66.7 25.4 ngm 3),∑PAHs being 95% higher than at the non-smoking one where the values ranged from 17.9 to 62.0 ngm 3 (mean of 34.5 16.5 ngm 3). On average 74% and 78% of ∑PAHs were present in gas phase at the smoking and non-smoking homes, respectively, demonstrating that adequate assessment of PAHs in air requires evaluation of PAHs in both gas and particulate phases. When influenced by tobacco smoke the health risks values were 3.5e3.6 times higher due to the exposure of PM10. The values of lifetime lung cancer risks were 4.1 10 3 and 1.7 10 3 for the smoking and nonsmoking homes, considerably exceeding the health-based guideline level at both homes also due to the contribution of outdoor traffic emissions. The results showed that evaluation of benzo[a]pyrene alone would probably underestimate the carcinogenic potential of the studied PAH mixtures; in total ten carcinogenic PAHs represented 36% and 32% of the gaseous ∑PAHs and in particulate phase they accounted for 75% and 71% of ∑PAHs at the smoking and non-smoking homes, respectively.

Caracterização molecular da resistência a antimicrobianos em Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado isoladas em cães e estudo da partilha de clones bacterianos entre animais de companhia e coabitantes humanos

A pressão seletiva originada pelo uso excessivo de antimicrobianos na medicina humana e veterinária tem contribuído para a emergência de estirpes bacterianas multirresistentes, sendo os estudos mais escassos relativamente à sua presença nos animais de companhia. Porque os animais e os seus proprietários partilham o mesmo espaço habitacional, apresentando comportamentos de contacto próximo, existe uma hipótese elevada de transferência microbiana inter-espécie. Ante esta possibilidade é importante escrutinar o papel dos animais de companhia enquanto reservatórios de estirpes e de genes de resistência, bem como a sua envolvência na disseminação de estirpes bacterianas multirresistentes. Importa também, investigar o papel das superfícies e objetos domésticos partilhados por ambos, como potenciadores deste fenómeno. O objetivo deste trabalho foi, identificar o filogrupo e fazer a caracterização molecular dos genes que conferem resistência aos β-lactâmicos e às quinolonas, em quarenta isolados de Escherichia coli produtoras de β-lactamases de espectro alargado (ESBL), obtidas em zaragatoas fecais de cães consultados no Hospital Veterinário do ICBAS-UP. Complementarmente pretendeu-se inferir sobre a partilha de clones de Escherichia coli e Enterococcus spp. com elevadas resistências, em cinco agregados familiares (humanos e seus animais de companhia) assim como avaliar a potencial disseminação de estirpes multirresistentes no ambiente doméstico. Previamente foram recolhidas zaragatoas de fezes, pelo e mucosa oral dos animais e em alguns casos, dos seus proprietários, e ainda do ambiente doméstico. As zaragatoas foram processadas e as estirpes isoladas com base em meios seletivos. Foram realizados testes de suscetibilidade antimicrobiana de modo a estabelecer o fenótipo de resistência de cada isolado. O DNA foi extraído por varias metodologias e técnicas de PCR foram utilizadas para caracterização de filogrupos (Escherichia coli) e identificação da espécie (Enterococcus spp.). A avaliação da proximidade filogenética entre isolados foi efetuada por ERIC PCR e PFGE. No conjunto de quarenta isolados produtores de ESBL e/ou resistentes a quinolonas verificou-se que 47,5% pertenciam ao filogrupo A, havendo uma menor prevalência do filogrupo D (25,0%), B1 (17,5%), e B2 (10,0%).A frequência de resistência nestes isolados é factualmente elevada, sendo reveladora de uma elevada pressão seletiva. Com exceção de dois isolados, os fenótipos foram justificados pela presença de β-lactamases. A frequência da presença de genes foi: 47% blaTEM, 34% blaSHV, 24% blaOXA , 18% blaCTX-M-15, 8% blaCTX-M-2, 3% blaCTX-M-9. Nos isolados resistentes às quinolonas verificou-se maioritariamente a presença de mutações nos genes cromossomais gyrA e parC, e em alguns casos a presença de um determinante de resistência mediado por plasmídeo – qnrS. Nos cinco “agregados familiares” (humanos e animais) estudados foi observada uma partilha frequente de clones de E. coli e Enterococcus faecalis com múltiplas resistências, isolados em fezes e mucosa oral de cães e gatos e fezes e mãos dos respetivos proprietários, evidenciando-se assim uma possível transferência direta entre coabitantes (agregados A, C, D, E). Ficou também comprovado com percentagens de similaridade genotípica superiores a 94% que essa disseminação também ocorre para o ambiente doméstico, envolvendo objetos dos animais e de uso comum (agregados A, E). Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um uso prudente dos antimicrobianos, pois elevados padrões de resistências terão um impacto não só na qualidade de vida dos animais mas também na saúde humana. Adicionalmente importa sensibilizar os proprietários para a necessidade de uma maior vigilância relativamente às formas de interação com os animais, bem como para a adoção de medidas higiénicas cautelares após essa mesma interação.

Evaluation of a real time DGPS data server

The goal of the this paper is to show that the DGPS data Internet service we designed and developed provides campus-wide real time access to Differential GPS (DGPS) data and, thus, supports precise outdoor navigation. First we describe the developed distributed system in terms of architecture (a three tier client/server application), services provided (real time DGPS data transportation from remote DGPS sources and campus wide data dissemination) and transmission modes implemented (raw and frame mode over TCP and UDP). Then we present and discuss the results obtained and, finally, we draw some conclusions.

Estudo de uma instalação de climatização adiabática

Esta dissertação teve como objetivo o estudo de uma central de climatização adiabática, que tem como finalidade controlar a temperatura e a humidade de um salão com equipamentos de torcedura e de bobinagem, pertencente à Continental - ITA. Foi realizado um levantamento de dados relativamente à temperatura e humidade interior e exterior do referido salão. Verificou-se que estes parâmetros não estavam dentro dos valores ótimos desejados, 26 ± 1˚C e 50 ± 5%, e por isso foi necessário estimar as necessidades nominais de arrefecimento. Este valor foi determinado a partir do Regulamento das Características de Comportamento Térmico dos Edifícios (RCCTE), obtendo-se o valor de 79 kWh/m2.˚C. No sentido de avaliar se as centrais de climatização instaladas no salão em estudo satisfaziam estas necessidades, calcularam-se as suas capacidades de arrefecimento obtendo-se um valor máximo de 64 kWh/m2.˚C. Paralelamente a este estudo, foi calculada a eficiência de humidificação para cada central nos meses de março e setembro. Os valores obtidos foram oscilantes obtendo-se um valor máximo de 100% em setembro. Este fato deve-se à temperatura exterior neste mês ser mais alta e, por consequência, a eficiência de humidificação da central é maior, pois a quantidade de água que o ar pode conter na sua composição é também mais elevada. Com o objetivo de colmatar a diferença entre as necessidades nominais de arrefecimento e a capacidade de arrefecimento das centrais, foram analisadas algumas soluções que, a serem implementadas, poderiam ajudar na poupança energética. Uma dessas soluções era a substituição do sistema atual de humidificação por um sistema mais eficiente de alta pressão. Com o estudo económico deste investimento obteve-se um período de retorno de dois anos. Foram ainda apresentados mais dois investimentos onde foi alterado o sistema de controlo automático existente, obtendo-se para um, dois anos de período de retorno e para o outro três anos e meio.

A Distributed System for the Dissemination of DGPS Data through the Internet

In this paper we describe a low cost distributed system intended to increase the positioning accuracy of outdoor navigation systems based on the Global Positioning System (GPS). Since the accuracy of absolute GPS positioning is insufficient for many outdoor navigation tasks, another GPS based methodology – the Differential GPS (DGPS) – was developed in the nineties. The differential or relative positioning approach is based on the calculation and dissemination of the range errors of the received GPS satellites. GPS/DGPS receivers correlate the broadcasted GPS data with the DGPS corrections, granting users increased accuracy. DGPS data can be disseminated using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to provide mobile platforms within our campus with DGPS data for precise outdoor navigation. To achieve this objective, we designed and implemented a three-tier client/server distributed system that, first, establishes Internet links with remote DGPS sources and, then, performs campus-wide dissemination of the obtained data. The Internet links are established between data servers connected to remote DGPS sources and the client, which is the data input module of the campus-wide DGPS data provider. The campus DGPS data provider allows the establishment of both Intranet and wireless links within the campus. This distributed system is expected to provide adequate support for accurate outdoor navigation tasks.

Real Time Internet DGPS Service

The accuracy of the Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS) measurements is insufficient for many outdoor navigation tasks. As a result, in the late nineties, a new methodology – the Differential GPS (DGPS) – was developed. The differential approach is based on the calculation and dissemination of the range errors of the GPS satellites received. GPS/DGPS receivers correlate the broadcasted GPS data with the DGPS corrections, granting users increased accuracy. DGPS data can be disseminated using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to provide mobile platforms within our campus with DGPS data for precise outdoor navigation. To achieve this objective, we designed and implemented a three-tier client/server distributed system that establishes Internet links with remote DGPS sources and performs campus-wide dissemination of the obtained data. The Internet links are established between data servers connected to remote DGPS sources and the client, which is the data input module of the campus-wide DGPS data provider. The campus DGPS data provider allows the establishment of both Intranet and wireless links within the campus. This distributed system is expected to provide adequate support for accurate (submetric) outdoor navigation tasks.

Implementation of a Campus wide DGPS Data Server

Although the Navigation Satellite Timing and Ranging (NAVSTAR) Global Positioning System (GPS) is, de facto, the standard positioning system used in outdoor navigation, it does not provide, per se, all the features required to perform many outdoor navigational tasks. The accuracy of the GPS measurements is the most critical issue. The quest for higher position readings accuracy led to the development, in the late nineties, of the Differential Global Positioning System (DGPS). The differential GPS method detects the range errors of the GPS satellites received and broadcasts them. The DGPS/GPS receivers correlate the DGPS data with the GPS satellite data they are receiving, granting users increased accuracy. DGPS data is broadcasted using terrestrial radio beacons, satellites and, more recently, the Internet. Our goal is to have access, within the ISEP campus, to DGPS correction data. To achieve this objective we designed and implemented a distributed system composed of two main modules which are interconnected: a distributed application responsible for the establishment of the data link over the Internet between the remote DGPS stations and the campus, and the campus-wide DGPS data server application. The DGPS data Internet link is provided by a two-tier client/server distributed application where the server-side is connected to the DGPS station and the client-side is located at the campus. The second unit, the campus DGPS data server application, diffuses DGPS data received at the campus via the Intranet and via a wireless data link. The wireless broadcast is intended for DGPS/GPS portable receivers equipped with an air interface and the Intranet link is provided for DGPS/GPS receivers with just a RS232 DGPS data interface. While the DGPS data Internet link servers receive the DGPS data from the DGPS base stations and forward it to the DGPS data Internet link client, the DGPS data Internet link client outputs the received DGPS data to the campus DGPS data server application. The distributed system is expected to provide adequate support for accurate (sub-metric) outdoor campus navigation tasks. This paper describes in detail the overall distributed application.

Levels and risks of particulate-bound PAHs in indoor air influenced by tobacco smoke: a field measurement

Considering tobacco smoke as one of the most health-relevant indoor sources, the aim of this work was to further understand its negative impacts on human health. The specific objectives of this work were to evaluate the levels of particulate-bound PAHs in smoking and non-smoking homes and to assess the risks associated with inhalation exposure to these compounds. The developed work concerned the application of the toxicity equivalency factors approach (including the estimation of the lifetime lung cancer risks, WHO) and the methodology established by USEPA (considering three different age categories) to 18 PAHs detected in inhalable (PM10) and fine (PM2.5) particles at two homes. The total concentrations of 18 PAHs (ΣPAHs) was 17.1 and 16.6 ng m−3 in PM10 and PM2.5 at smoking home and 7.60 and 7.16 ng m−3 in PM10 and PM2.5 at non-smoking one. Compounds with five and six rings composed the majority of the particulate PAHs content (i.e., 73 and 78 % of ΣPAHs at the smoking and non-smoking home, respectively). Target carcinogenic risks exceeded USEPA health-based guideline at smoking home for 2 different age categories. Estimated values of lifetime lung cancer risks largely exceeded (68–200 times) the health-based guideline levels at both homes thus demonstrating that long-term exposure to PAHs at the respective levels would eventually cause risk of developing cancer. The high determined values of cancer risks in the absence of smoking were probably caused by contribution of PAHs from outdoor sources.

Ultrafine Particles in Ambient Air of an Urban Area: Dose Implications for Elderly

Due to their detrimental effects on human health, the scientific interest in ultrafine particles (UFP) has been increasing, but available information is far from comprehensive. Compared to the remaining population, the elderly are potentially highly susceptible to the effects of outdoor air pollution. Thus, this study aimed to (1) determine the levels of outdoor pollutants in an urban area with emphasis on UFP concentrations and (2) estimate the respective dose rates of exposure for elderly populations. UFP were continuously measured over 3 weeks at 3 sites in north Portugal: 2 urban (U1 and U2) and 1 rural used as reference (R1). Meteorological parameters and outdoor pollutants including particulate matter (PM10), ozone (O3), nitric oxide (NO), and nitrogen dioxide (NO2) were also measured. The dose rates of inhalation exposure to UFP were estimated for three different elderly age categories: 64–70, 71–80, and >81 years. Over the sampling period levels of PM10, O3 and NO2 were in compliance with European legislation. Mean UFP were 1.7 × 104 and 1.2 × 104 particles/cm3 at U1 and U2, respectively, whereas at rural site levels were 20–70% lower (mean of 1 ×104 particles/cm3). Vehicular traffic and local emissions were the predominant identified sources of UFP at urban sites. In addition, results of correlation analysis showed that UFP were meteorologically dependent. Exposure dose rates were 1.2- to 1.4-fold higher at urban than reference sites with the highest levels noted for adults at 71–80 yr, attributed mainly to higher inhalation rates.

Assessment of ultrafine particles in Portuguese preschools: levels and exposure doses

The aim of this work was to assess ultrafine particles (UFP) number concentrations in different microenvironments of Portuguese preschools and to estimate the respective exposure doses of UFP for 3–5-year-old children (in comparison with adults). UFP were sampled both indoors and outdoors in two urban (US1, US2) and one rural (RS1) preschool located in north of Portugal for 31 days. Total levels of indoor UFP were significantly higher at the urban preschools (mean of 1.82x104 and 1.32x104 particles/cm3 at US1 an US2, respectively) than at the rural one (1.15x104 particles/cm3). Canteens were the indoor microenvironment with the highest UFP (mean of 5.17x104, 3.28x104, and 4.09x104 particles/cm3 at US1, US2, and RS1), whereas the lowest concentrations were observed in classrooms (9.31x103, 11.3x103, and 7.14x103 particles/cm3 at US1, US2, and RS1). Mean indoor/outdoor ratios (I/O) of UFP at three preschools were lower than 1 (0.54–0.93), indicating that outdoor emissions significantly contributed to UFP indoors. Significant correlations were obtained between temperature, wind speed, relative humidity, solar radiation, and ambient UFP number concentrations. The estimated exposure doses were higher in children attending urban preschools; 3–5-year-old children were exposed to 4–6 times higher UFP doses than adults with similar daily schedules.

Radioactivity levels of 238U and 232Th decay series and related dose rates in the surroundings of a coal power plant using high resolution g-spectrometry

Gamma radiations measurements were carried out in the vicinity of a coal-fired power plant located in the southwest coastline of Portugal. Two different gamma detectors were used to assess the environmental radiation within a circular area of 20 km centred in the coal plant: a scintillometer (SPP2 NF, Saphymo) and a high purity germanium detector (HPGe, Canberra). Fifty urban and suburban measurements locations were established within the defined area and two measurements campaigns were carried out. The results of the total gamma radiation ranged from 20.83 to 98.33 counts per second (c.p.s.) for both measurement campaigns and outdoor doses rates ranged from 77.65 to 366.51 Gy/h. Natural emitting nuclides from the U-238 and Th-232 decay series were identified as well as the natural emitting nuclide K-40. The radionuclide concentration from the uranium and thorium series determined by gamma spectrometry ranged from 0.93 to 73.68 Bq/kg, while for K-40 the concentration ranged from 84.14 to 904.38 Bq/kg. The obtained results were used primarily to define the variability in measured environmental radiation and to determine the coal plant’s influence in the measured radiation levels. The highest values were measured at two locations near the power plant and at locations between the distance of 6 and 20 km away from the stacks, mainly in the prevailing wind direction. The results showed an increase or at least an influence from the coal-fired plant operations, both qualitatively and quantitatively.

Radioactivity studies in Porto urban area: gamma radiation of Paranhos sector

A set of radiation measurements were carried out in several public and private institutions. These were selected with basis on the people affluence and passage to these sites. These measurements were registration formed either indoor, outdoor or underground and were compiled in three Case Studies. Radiation doses measurements were also made, surface and underground locations, and compiled in other two Case Studies. There were sampled, at the same time, humidity, temperature, atmospheric pressure and relevant construction materials at sampling locations. They were collected and registration formed to analyse if there is any relation or contribution for the measured value in each specific place. Geostatistical models were used to elaborate maps of the results both for radiation values and for doses. Preliminary relations were established among the measured parameters.