Arquitecturas e ferramentas para gestão de redes e sistemas: estudo de um caso

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Arquitecturas, Sistemas e Redes

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.

Satisfação de agentes afectivos no processo de tomada de decisão em grupo

Um dos factores mais determinantes para o sucesso de uma organização é a qualidade das decisões tomadas. Para que as decisões tomadas sejam melhores e potenciem a competitividade das organizações, sistemas como os Sistemas de Apoio à Tomada de Decisão em Grupo (SADG) têm sido fortemente desenvolvidos e estudados nas últimas décadas. Cada vez mais, estes sistemas são populados com um maior número de dados, com o objectivo de serem mais assertivos. Considera-se que com determinados dados seja possível que o sistema possa aferir a satisfação dos participantes com as decisões tomadas, tendencialmente de forma automática. Hoje em dia, as análises de satisfação com as decisões não contemplam na sua maioria factores imprescindíveis, como os emocionais e de personalidade, sendo que os modelos existentes tendem a ser incompletos. Nesta dissertação propõe-se uma metodologia que permite a um SADG aferir a satisfação do participante com a decisão, considerando aspectos como a personalidade, as emoções e as expectativas. A metodologia desenvolvida foi implementada num SADG (ArgEmotionsAgents) com uma arquitectura multiagente, composto por agentes que reflectem participantes reais e que estão modelados com a sua personalidade. De acordo com a sua personalidade, esses agentes trocam argumentos persuasivos de forma a obterem uma decisão consensual. No processo de troca de argumentos os agentes geram emoções que afectam o seu humor. A implementação da metodologia no ArgEmotionsAgents permite que, no final de uma reunião, seja possível aferir a satisfação dos agentes participantes com a decisão final e com o processo que levou à tomada de decisão. De forma a validar a metodologia proposta bem como a implementação que foi desenvolvida, foram realizadas quatro experiências em diferentes cenários. Numa primeira experiência, foi aferida a satisfação dos quatro agentes participantes. Nas experiências seguintes, um dos agentes participantes foi usado como referência e foram alteradas configurações (expectativas, personalidade e reavaliação das alternativas) para perceber de que forma os vários factores afectam a satisfação. Com o estudo concluiu-se que todos os factores considerados no modelo afectam a satisfação. A forma como a satisfação é afectada por cada um dos factores vai ao encontro da lógica apresentada no estado da arte. Os resultados de satisfação aferidos pelo modelo são congruentes.

Sistema pericial para suporte à decisão na alocação de recursos de emergência

O panorama atual da emergência e socorro de primeira linha em Portugal, carateriza-se por uma grande aposta ao longo dos últimos anos num incremento contínuo da qualidade e da eficiência que estes serviços prestam às populações locais. Com vista à prossecução do objetivo de melhoria contínua dos serviços, foram realizados ao longo dos últimos anos investimentos avultados ao nível dos recursos técnicos e ao nível da contratação e formação de recursos humanos altamente qualificados. Atualmente as instituições que prestam socorro e emergência de primeira linha estão bem dotadas ao nível físico e ao nível humano dos recursos necessários para fazerem face aos mais diversos tipos de ocorrências. Contudo, ao nível dos sistemas de informação de apoio à emergência e socorro de primeira linha, verifica-se uma inadequação (e por vezes inexistência) de sistemas informáticos capazes de suportar convenientemente o atual contexto de exigência e complexidade da emergência e socorro. Foi feita ao longo dos últimos anos, uma forte aposta na melhoria dos recursos físicos e dos recursos humanos encarregues da resposta àsemergência de primeira linha, mas descurou-se a área da gestão e análise da informação sobre as ocorrências, assim como, o delinear de possíveis estratégias de prevenção que uma análise sistematizada da informação sobre as ocorrências possibilita. Nas instituições de emergência e socorro de primeira linha em Portugal (bombeiros, proteção civil municipal, PSP, GNR, polícia municipal), prevalecem ainda hoje os sistemas informáticos apenas para o registo das ocorrências à posteriori e a total inexistência de sistemas de registo de informação e de apoio à decisão na alocação de recursos que operem em tempo real. A generalidade dos sistemas informáticos atualmente existentes nas instituições são unicamente de sistemas de backoffice, que não aproveitam a todas as potencialidades da informação operacional neles armazenada. Verificou-se também, que a geo-localização por via informática dos recursos físicos e de pontos de interesse relevantes em situações críticas é inexistente a este nível. Neste contexto, consideramos ser possível e importante alinhar o nível dos sistemas informáticos das instituições encarregues da emergência e socorro de primeira linha, com o nível dos recursos físicos e humanos que já dispõem atualmente. Dado que a emergência e socorro de primeira linha é um domínio claramente elegível para a aplicação de tecnologias provenientes dos domínios da inteligência artificial (nomeadamente sistemas periciais para apoio à decisão) e da geo-localização, decidimos no âmbito desta tese desenvolver um sistema informático capaz de colmatar muitas das lacunas por nós identificadas ao nível dos sistemas informáticos destas instituições. Pretendemos colocar as suas plataformas informáticas num nível similar ao dos seus recursos físicos e humanos. Assim, foram por nós identificadas duas áreas chave onde a implementação de sistemas informáticos adequados às reais necessidades das instituições podem ter um impacto muito proporcionar uma melhor gestão e otimização dos recursos físicos e humanos. As duas áreas chave por nós identificadas são o suporte à decisão na alocação dos recursos físicos e a geolocalização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse. Procurando fornecer uma resposta válida e adequada a estas duas necessidades prementes, foi desenvolvido no âmbito desta tese o sistema CRITICAL DECISIONS. O sistema CRITICAL DECISIONS incorpora um conjunto de funcionalidades típicas de um sistema pericial, para o apoio na decisão de alocação de recursos físicos às ocorrências. A inferência automática dos recursos físicos, assenta num conjunto de regra de inferência armazenadas numa base de conhecimento, em constante crescimento e atualização, com base nas respostas bem sucedidas a ocorrências passadas. Para suprimir as carências aos nível da geo-localização dos recursos físicos, das ocorrências e dos pontos de interesse, o sistema CRITICAL DECISIONS incorpora também um conjunto de funcionalidades de geo-localização. Estas permitem a geo-localização de todos os recursos físicos da instituição, a geo-localização dos locais e as áreas das várias ocorrências, assim como, dos vários tipos de pontos de interesse. O sistema CRITICAL DECISIONS visa ainda suprimir um conjunto de outras carências por nós identificadas, ao nível da gestão documental (planos de emergência, plantas dos edifícios) , da comunicação, da partilha de informação entre as instituições de socorro e emergência locais, da contabilização dos tempos de serviço, entre outros. O sistema CRITICAL DECISIONS é o culminar de um esforço colaborativo e contínuo com várias instituições, responsáveis pela emergência e socorro de primeira linha a nível local. Esperamos com o sistema CRITICAL DECISIONS, dotar estas instituições de uma plataforma informática atual, inovadora, evolutiva, com baixos custos de implementação e de operação, capaz de proporcionar melhorias contínuas e significativas ao nível da qualidade da resposta às ocorrências, das capacidades de prevenção e de uma melhor otimização de todos os tipos de recursos que têm ao dispor.

Application-specific modified particle swarm optimization for energy resource scheduling considering vehicle-to-grid

This paper presents a modified Particle Swarm Optimization (PSO) methodology to solve the problem of energy resources management with high penetration of distributed generation and Electric Vehicles (EVs) with gridable capability (V2G). The objective of the day-ahead scheduling problem in this work is to minimize operation costs, namely energy costs, regarding he management of these resources in the smart grid context. The modifications applied to the PSO aimed to improve its adequacy to solve the mentioned problem. The proposed Application Specific Modified Particle Swarm Optimization (ASMPSO) includes an intelligent mechanism to adjust velocity limits during the search process, as well as self-parameterization of PSO parameters making it more user-independent. It presents better robustness and convergence characteristics compared with the tested PSO variants as well as better constraint handling. This enables its use for addressing real world large-scale problems in much shorter times than the deterministic methods, providing system operators with adequate decision support and achieving efficient resource scheduling, even when a significant number of alternative scenarios should be considered. The paper includes two realistic case studies with different penetration of gridable vehicles (1000 and 2000). The proposed methodology is about 2600 times faster than Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) reference technique, reducing the time required from 25 h to 36 s for the scenario with 2000 vehicles, with about one percent of difference in the objective function cost value.

Data mining languages for business intelligence

Doctoral Thesis in Information Systems and Technologies Area of Engineering and Manag ement Information Systems

Dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica para uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios

Este documento apresenta o trabalho desenvolvido no âmbito da disciplina de “Dissertação/Projeto/Estágio”, do 2º ano do Mestrado em Energias Sustentáveis. O crescente consumo energético das sociedades desenvolvidas e emergentes, associado ao consequente aumento dos custos de energia e dos danos ambientais resultantes, promove o desenvolvimento de novas formas de produção de energia, as quais têm como prioridade a sua obtenção ao menor custo possível e com reduzidos impactos ambientais. De modo a poupar os recursos naturais e reduzir a emissão com gases de efeito de estufa, é necessária a diminuição do consumo de energia produzida a partir de combustíveis fósseis. Assim, devem ser criadas alternativas para um futuro sustentável, onde as fontes renováveis de energia assumam um papel fundamental. Neste sentido, a produção de energia elétrica, através de sistemas solares fotovoltaicos, surge como uma das soluções. A presente dissertação tem como principal objetivo a realização do dimensionamento de uma central de miniprodução fotovoltaica, com ligação à rede elétrica, em uma exploração agrícola direcionada à indústria de laticínios, e o seu respetivo estudo de viabilidade económica. A exploração agrícola, que serve de objeto de estudo, está localizada na Ilha Graciosa, Açores, sendo a potência máxima a injetar na Rede Elétrica de Serviço Público, pela central de miniprodução, de 10 kW. Para o dimensionamento foi utilizado um software apropriado e reconhecido na área da produção de energia elétrica através de sistemas fotovoltaicos – o PVsyst –, compreendendo as seguintes etapas: a) definição das caraterísticas do local e do projeto; b) seleção dos módulos fotovoltaicos; c) seleção do inversor; d) definição da potência de ligação à rede elétrica da unidade de miniprodução. Posteriormente, foram estudadas diferentes hipóteses de sistemas fotovoltaicos, que se distinguem na opção de estrutura de fixação utilizada: dois sistemas fixos e dois com eixo incorporado. No estudo de viabilidade económica foram realizadas duas análises distintas a cada um dos sistemas fotovoltaicos considerados no dimensionamento, nomeadamente: uma análise em regime remuneratório bonificado e uma análise em regime remuneratório geral. Os resultados obtidos nos indicadores económicos do estudo de viabilidade económica realizado, serviram de apoio à decisão pelo sistema fotovoltaico mais favorável ao investimento. Conclui-se que o sistema fotovoltaico com inclinação adicional é a opção mais vantajosa em ambos os regimes remuneratórios analisados. Comprova-se, assim, que o sistema fotovoltaico com maior valor de produção de energia elétrica anual, que corresponde ao sistema fotovoltaico de dois eixos, não é a opção com maior rentabilidade em termos económicos, isto porque a remuneração proveniente da sua produção excedente não é suficiente para colmatar o valor do investimento mais acentuado de modo a obter indicadores económicos mais favoráveis, que os do sistema fotovoltaico com inclinação adicional. De acordo com o estudo de viabilidade económica efetuado independentemente do sistema fotovoltaico que seja adotado, é recuperado o investimento realizado, sendo a remuneração efetiva superior à que foi exigida. Assim, mesmo tendo em consideração o risco associado, comprova-se que todos os sistemas fotovoltaicos, em qualquer dos regimes remuneratórios, correspondem a investimentos rentáveis.

Metodologia multicritério na seleção de sistemas de informação na gestão da cadeia de abastecimento

Os sistemas de informação empresariais têm vindo nos últimos anos a afirmar- se como ferramentas essenciais no mercado cada vez mais competitivo em que as empresas se encontram. Pretende-se com este trabalho aplicar uma metodologia de apoio à tomada de decisão baseada num modelo decisão multicritério que permite a avaliação e seleção de um sistema de informação (SI) num determinado contexto. Para atingir esse objetivo foi utilizado o estudo de caso na empresa Proef, SGSP. Foi então realizada uma revisão bibliográfica sobre a gestão da cadeia de abastecimento, logística e teoria da decisão para dar suporte a todo o trabalho prático. Posteriormente foi aplicada a metodologia Multicritério para Apoio à seleção de SI – MMASSI/TI com base nos processos existentes na organização. Com recurso à aplicação informática foi obtido o sistema de informação mais adequado ao contexto de decisão, sendo este resultado avaliado através de uma análise de sensibilidade e robustez. Desta dissertação surgiram limitações e também recomendações futuras.

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

Electricity markets are complex environments, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. MASCEM (Multi-Agent System for Competitive Electricity Markets) is a multi-agent electricity market simulator that models market players and simulates their operation in the market. Market players are entities with specific characteristics and objectives, making their decisions and interacting with other players. This paper presents a methodology to provide decision support to electricity market negotiating players. This model allows integrating different strategic approaches for electricity market negotiations, and choosing the most appropriate one at each time, for each different negotiation context. This methodology is integrated in ALBidS (Adaptive Learning strategic Bidding System) – a multiagent system that provides decision support to MASCEM's negotiating agents so that they can properly achieve their goals. ALBidS uses artificial intelligence methodologies and data analysis algorithms to provide effective adaptive learning capabilities to such negotiating entities. The main contribution is provided by a methodology that combines several distinct strategies to build actions proposals, so that the best can be chosen at each time, depending on the context and simulation circumstances. The choosing process includes reinforcement learning algorithms, a mechanism for negotiating contexts analysis, a mechanism for the management of the efficiency/effectiveness balance of the system, and a mechanism for competitor players' profiles definition.

Híper-heurísticas com aprendizagem

A otimização nos sistemas de suporte à decisão atuais assume um carácter fortemente interdisciplinar relacionando-se com a necessidade de integração de diferentes técnicas e paradigmas na resolução de problemas reais complexos, sendo que a computação de soluções ótimas em muitos destes problemas é intratável. Os métodos de pesquisa heurística são conhecidos por permitir obter bons resultados num intervalo temporal aceitável. Muitas vezes, necessitam que a parametrização seja ajustada de forma a permitir obter bons resultados. Neste sentido, as estratégias de aprendizagem podem incrementar o desempenho de um sistema, dotando-o com a capacidade de aprendizagem, por exemplo, qual a técnica de otimização mais adequada para a resolução de uma classe particular de problemas, ou qual a parametrização mais adequada de um dado algoritmo num determinado cenário. Alguns dos métodos de otimização mais usados para a resolução de problemas do mundo real resultaram da adaptação de ideias de várias áreas de investigação, principalmente com inspiração na natureza - Meta-heurísticas. O processo de seleção de uma Meta-heurística para a resolução de um dado problema é em si um problema de otimização. As Híper-heurísticas surgem neste contexto como metodologias eficientes para selecionar ou gerar heurísticas (ou Meta-heurísticas) na resolução de problemas de otimização NP-difícil. Nesta dissertação pretende-se dar uma contribuição para o problema de seleção de Metaheurísticas respetiva parametrização. Neste sentido é descrita a especificação de uma Híperheurística para a seleção de técnicas baseadas na natureza, na resolução do problema de escalonamento de tarefas em sistemas de fabrico, com base em experiência anterior. O módulo de Híper-heurística desenvolvido utiliza um algoritmo de aprendizagem por reforço (QLearning), que permite dotar o sistema da capacidade de seleção automática da Metaheurística a usar no processo de otimização, assim como a respetiva parametrização. Finalmente, procede-se à realização de testes computacionais para avaliar a influência da Híper- Heurística no desempenho do sistema de escalonamento AutoDynAgents. Como conclusão genérica, é possível afirmar que, dos resultados obtidos é possível concluir existir vantagem significativa no desempenho do sistema quando introduzida a Híper-heurística baseada em QLearning.

Estudo sobre Reabilitação Interior de Reservatórios para Água Potável

No presente relatório é apresentado um estudo, realizado na forma de estágio curricular, na empresa Águas do Douro e Paiva, S.A., doravante AdDP, entre 31 de Janeiro e 31 de Julho de 2014, sobre reabilitação interior de reservatórios para água potável. Inicialmente é feito um enquadramento ao tema, com uma abordagem às características genéricas dos reservatórios de água potável e às principais patologias que se verificam no interior desses reservatórios. De seguida, são detalhadas as principais técnicas de reabilitação interior existentes, de acordo com o tipo de patologias encontradas. Como complemento a esse estudo, são apresentados os principais fornecedores e os produtos mais utilizados em cada fase da reabilitação, de acordo com a pesquisa realizada e com as reuniões presenciadas. Por fim, são ainda apresentadas, as principais considerações a ter em conta na lavagem e desinfeção de reservatórios. Atendendo à problemática em causa, foi desenvolvida uma ficha técnica para cada reservatório que, além da sistematização das características principais, tem o objetivo de registar todas as intervenções de reabilitação ou de conservação que possam ocorrer no mesmo. Para tal, foi feito um acompanhamento dos problemas e intervenções verificadas, e surgiu, ainda, a oportunidade de acompanhar o processo de lançamento a concurso das obras de reabilitação que surgiram dessa caracterização. Por fim, foi explorada a componente de gestão patrimonial de infraestruturas, com o desenvolvimento de uma matriz de risco qualitativa, específica para aplicação aos reservatórios da AdDP, com o objetivo de constituir uma ferramenta de apoio à decisão e planeamento das intervenções de reabilitação interior. Embora fora do contexto da reabilitação interior de reservatórios, é de assinalar a importante experiência proporcionada no acompanhamento da obra de alargamento do sistema multimunicipal de abastecimento de água ao concelho de Amarante, que incluiu a instalação de conduta e construção de duas estações elevatórias.

Metalearner based on Dynamic Neural Network for Strategic Bidding in electricity Markets

The restructuring of electricity markets, conducted to increase the competition in this sector, and decrease the electricity prices, brought with it an enormous increase in the complexity of the considered mechanisms. The electricity market became a complex and unpredictable environment, involving a large number of different entities, playing in a dynamic scene to obtain the best advantages and profits. Software tools became, therefore, essential to provide simulation and decision support capabilities, in order to potentiate the involved players’ actions. This paper presents the development of a metalearner, applied to the decision support of electricity markets’ negotiation entities. The proposed metalearner executes a dynamic artificial neural network to create its own output, taking advantage on several learning algorithms implemented in ALBidS, an adaptive learning system that provides decision support to electricity markets’ players. The proposed metalearner considers different weights for each strategy, depending on its individual quality of performance. The results of the proposed method are studied and analyzed in scenarios based on real electricity markets’ data, using MASCEM - a multi-agent electricity market simulator that simulates market players’ operation in the market.

Application-Specific Modified Particle Swarm Optimization for energy resource scheduling considering vehicle-to-grid

This paper presents a modified Particle Swarm Optimization (PSO) methodology to solve the problem of energy resources management with high penetration of distributed generation and Electric Vehicles (EVs) with gridable capability (V2G). The objective of the day-ahead scheduling problem in this work is to minimize operation costs, namely energy costs, regarding the management of these resources in the smart grid context. The modifications applied to the PSO aimed to improve its adequacy to solve the mentioned problem. The proposed Application Specific Modified Particle Swarm Optimization (ASMPSO) includes an intelligent mechanism to adjust velocity limits during the search process, as well as self-parameterization of PSO parameters making it more user-independent. It presents better robustness and convergence characteristics compared with the tested PSO variants as well as better constraint handling. This enables its use for addressing real world large-scale problems in much shorter times than the deterministic methods, providing system operators with adequate decision support and achieving efficient resource scheduling, even when a significant number of alternative scenarios should be considered. The paper includes two realistic case studies with different penetration of gridable vehicles (1000 and 2000). The proposed methodology is about 2600 times faster than Mixed-Integer Non-Linear Programming (MINLP) reference technique, reducing the time required from 25 h to 36 s for the scenario with 2000 vehicles, with about one percent of difference in the objective function cost value.

Apoio à gestão na tomada de decisão na ATAHCA: um estudo de caso

A informação assume, hoje em dia, uma importância crescente. Desde a sua constituição, as organizações produzem diariamente informação que alimenta o seu sistema de informação organizacional. Este, passa por um ciclo de vida que abrange processos relacionados com o seu planeamento e desenvolvimento, sem o qual não seria possível tomar decisões e dar resposta às solicitações do meio envolvente, devido ao enorme volume de dados a processar pelas organizações. Com este estágio pretende-se abordar a importância da informação na gestão do património da associação ATAHCA – Associação de Desenvolvimento das Terras Altas do Homem, Cávado e Ave, onde se incluem edifícios, mobiliário, obras de arte, máquinas, utensílios, ferramentas, meios de transporte e documentos. Assim, o objetivo deste trabalho consiste em desenvolver um sistema de apoio à tomada de decisão baseado na inventariação de todo o património. A criação de um manual de procedimentos é essencial para garantir o correto manuseamento do sistema e servirá de contributo à gestão eficaz da informação. O sistema de informação a desenvolver será um modelo de apoio à decisão que permita fazer a gestão do inventário/património, mas também que possibilite a quantificação e o valor patrimonial do mesmo. Pretende-se, ainda, discutir e analisar o contributo da gestão da informação no apoio à tomada de decisão assertiva e rentável para a organização.

Negotiation context analysis in electricity markets

Contextualization is critical in every decision making process. Adequate responses to problems depend not only on the variables with direct influence on the outcomes, but also on a correct contextualization of the problem regarding the surrounding environment. Electricity markets are dynamic environments with increasing complexity, potentiated by the last decades' restructuring process. Dealing with the growing complexity and competitiveness in this sector brought the need for using decision support tools. A solid example is MASCEM (Multi-Agent Simulator of Competitive Electricity Markets), whose players' decisions are supported by another multiagent system – ALBidS (Adaptive Learning strategic Bidding System). ALBidS uses artificial intelligence techniques to endow market players with adaptive learning capabilities that allow them to achieve the best possible results in market negotiations. This paper studies the influence of context awareness in the decision making process of agents acting in electricity markets. A context analysis mechanism is proposed, considering important characteristics of each negotiation period, so that negotiating agents can adapt their acting strategies to different contexts. The main conclusion is that context-dependant responses improve the decision making process. Suiting actions to different contexts allows adapting the behaviour of negotiating entities to different circumstances, resulting in profitable outcomes.