Scalable data acquisition for densely instrumented cyber-physical systems

Consider the problem of designing an algorithm for acquiring sensor readings. Consider specifically the problem of obtaining an approximate representation of sensor readings where (i) sensor readings originate from different sensor nodes, (ii) the number of sensor nodes is very large, (iii) all sensor nodes are deployed in a small area (dense network) and (iv) all sensor nodes communicate over a communication medium where at most one node can transmit at a time (a single broadcast domain). We present an efficient algorithm for this problem, and our novel algorithm has two desired properties: (i) it obtains an interpolation based on all sensor readings and (ii) it is scalable, that is, its time-complexity is independent of the number of sensor nodes. Achieving these two properties is possible thanks to the close interlinking of the information processing algorithm, the communication system and a model of the physical world.

Intelligent energy resources management in the context of smart grids

Smart grids are envisaged as infrastructures able to accommodate all centralized and distributed energy resources (DER), including intensive use of renewable and distributed generation (DG), storage, demand response (DR), and also electric vehicles (EV), from which plug-in vehicles, i.e. gridable vehicles, are especially relevant. Moreover, smart grids must accommodate a large number of diverse types or players in the context of a competitive business environment. Smart grids should also provide the required means to efficiently manage all these resources what is especially important in order to make the better possible use of renewable based power generation, namely to minimize wind curtailment. An integrated approach, considering all the available energy resources, including demand response and storage, is crucial to attain these goals. This paper proposes a methodology for energy resource management that considers several Virtual Power Players (VPPs) managing a network with high penetration of distributed generation, demand response, storage units and network reconfiguration. The resources are controlled through a flexible SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) system that can be accessed by the evolved entities (VPPs) under contracted use conditions. A case study evidences the advantages of the proposed methodology to support a Virtual Power Player (VPP) managing the energy resources that it can access in an incident situation.

Avaliação da integridade estrutural de uma prótese cimentada por emissão acústica

Mestrado em Engenharia Electrotécnica e de Computadores

Comparative study between two distinct methods for attenuation correction and the use of no-attenuation correction for the assessment of relative uptake of 99mTc-DMSA on pediatric patients

Introduction: Although relative uptake values aren’t the most important objective of a 99mTc-DMSA scan, they are important quantitative information. In most of the dynamic renal scintigraphies attenuation correction is essential if one wants to obtain a reliable result of the quantification process. Although in DMSA scans the absent of significant background and the lesser attenuation in pediatric patients, makes that this attenuation correction techniques are actually not applied. The geometric mean is the most common method, but that includes the acquisition of an anterior (extra) projection, which it is not acquired by a large number of NM departments. This method and the attenuation factors proposed by Tonnesen will be correlated with the absence of attenuation correction procedures. Material and Methods: Images from 20 individuals (aged 3 years +/- 2) were used and the two attenuation correction methods applied. The mean time of acquisition (time post DMSA administration) was 3.5 hours +/- 0.8h. Results: The absence of attenuation correction showed a good correlation with both attenuation methods (r=0.73 +/- 0.11) and the mean difference verified on the uptake values between the different methods were 4 +/- 3. The correlation was higher when the age was lower. The attenuation correction methods correlation was higher between them two than with the “no attenuation correction” method (r=0.82 +/- 0.8), and the mean differences of the uptake values were 2 +/- 2. Conclusion: The decision of not doing any kind of attenuation correction method can be justified by the minor differences verified on the relative kidney uptake values. Nevertheless, if it is recognized that there is a need for an accurate value of the relative kidney uptake, then an attenuation correction method should be used. Attenuation correction factors proposed by Tonnesen can be easily implemented and so become a practical and easy to implement alternative, namely when the anterior projection - needed for the geometric mean methodology – is not acquired.

Controlo difuso de um AGV

Neste trabalho pretende-se introduzir os conceitos associados à lógica difusa no controlo de sistemas, neste caso na área da robótica autónoma, onde é feito um enquadramento da utilização de controladores difusos na mesma. Foi desenvolvido de raiz um AGV (Autonomous Guided Vehicle) de modo a se implementar o controlador difuso, e testar o desempenho do mesmo. Uma vez que se pretende de futuro realizar melhorias e/ou evoluções optou-se por um sistema modular em que cada módulo é responsável por uma determinada tarefa. Neste trabalho existem três módulos que são responsáveis pelo controlo de velocidade, pela aquisição dos dados dos sensores e, por último, pelo controlador difuso do sistema. Após a implementação do controlador difuso, procedeu-se a testes para validar o sistema onde foram recolhidos e registados os dados provenientes dos sensores durante o funcionamento normal do robô. Este dados permitiram uma melhor análise do desempenho do robô. Verifica-se que a lógica difusa permite obter uma maior suavidade na transição de decisões, e que com o aumento do número de regras é possível tornar o sistema ainda mais suave. Deste modo, verifica-se que a lógica difusa é uma ferramenta útil e funcional para o controlo de aplicações. Como desvantagem surge a quantidade de dados associados à implementação, tais como, os universos de discurso, as funções de pertença e as regras. Ao se aumentar o número de regras de controlo do sistema existe também um aumento das funções de pertença consideradas para cada variável linguística; este facto leva a um aumento da memória necessária e da complexidade na implementação pela quantidade de dados que têm de ser tratados. A maior dificuldade no projecto de um controlador difuso encontra-se na definição das variáveis linguísticas através dos seus universos de discurso e das suas funções de pertença, pois a definição destes pode não ser a mais adequada ao contexto de controlo e torna-se necessário efectuar testes e, consequentemente, modificações à definição das funções de pertença para melhorar o desempenho do sistema. Todos os aspectos referidos são endereçados no desenvolvimento do AGV e os respectivos resultados são apresentados e analisados.

Sistema pericial para o estudo de composição de betões

O betão é o material de construção feito pelo Homem mais utilizado no mundo. A sua composição é um processo complexo que exige um conhecimento teórico sólido e muita experiência prática, pelo que poucas pessoas estão habilitadas para o fazer e são muito requisitadas. No entanto não existe muita oferta actual de software que contemple alguns dos aspectos importantes da composição do betão, nomeadamente para o contexto europeu. Nesse sentido, foi desenvolvido um sistema de apoio à decisão chamado Betacomp, baseado num sistema pericial, para realizar estudos de composição de betão. Este contempla as normas legais portuguesas e europeias, e a partir da especificação do betão apresenta toda a informação necessária para se produzir um ensaio de betão. A aquisição do conhecimento necessário ao sistema contou com a colaboração de um especialista com longa e comprovada experiência na área da formulação e produção do betão, tendo sido construída uma base de conhecimento baseada em regras de produção no formato drl (Drools Rule Language). O desenvolvimento foi realizado na plataforma Drools.net, em C# e VB.net. O Betacomp suporta os tipos de betão mais comuns, assim como adições e adjuvantes, sendo aplicável numa grande parte dos cenários de obra. Tem a funcionalidade de fornecer explicações sobre as suas decisões ao utilizador, auxiliando a perceber as conclusões atingidas e simultaneamente pode funcionar como uma ferramenta pedagógica. A sua abordagem é bastante pragmática e de certo modo inovadora, tendo em conta parâmetros novos, que habitualmente não são considerados neste tipo de software. Um deles é o nível do controlo de qualidade do produtor de betão, sendo feito um ajuste de compensação à resistência do betão a cumprir, proporcional à qualidade do produtor. No caso dos produtores de betão, permite que indiquem os constituintes que já possuem para os poderem aproveitar (caso não haja impedimentos técnicos) , uma prática muito comum e que permitirá eventualmente uma aceitação maior da aplicação, dado que reflecte a forma habitual de agir nos produtores.

D. João de Magalhães e Avelar e a Fundação da Real Biblioteca Pública Municipal do Porto (1833)

D. João de Magalhães e Avelar (1754-1833) formou aquela que, ao tempo, era a maior biblioteca privada portuguesa. Com cerca de 36000 volumes, foi elogiada por personalidades nacionais e estrangeiras, por aliar à quantidade de volumes inúmeros e valiosíssimos manuscritos. Formada ao longo dos séculos XVIII e XIX, durante mais de 30 anos, originou, em 1833, o primeiro núcleo da actual Biblioteca Pública Municipal do Porto. Numa época em que possuir livros era sinónimo de prestígio social mas num período em que quase não havia tradição de bibliotecas públicas no nosso país, contrariamente ao que acontecia noutras realidades, a livraria privada de Avelar formou, com outras, a Real Biblioteca Pública da Cidade do Porto. Em 1833, aquando do primeiro aniversário da entrada do exército liberal no Porto, por decreto, criou-se a biblioteca portuense. Estabelecida na casa que servia de Hospício dos Religiosos de Santo António do Val da Piedade, à praça da Cordoaria, tinha como objectivo satisfazer a utilidade pública, estando aberta todos os dias, excepto domingos e feriados. Propriedade da cidade do Porto, ficava sujeita à administração da Câmara que se obrigava à sua guarda, manutenção, conservação, bem como à constante aquisição de espólio. Como veremos, tratou-se de um processo conflituoso mas o Porto obtinha, definitivamente, a sua biblioteca pública.

The roman conquered by delay: reducing the number of preemptions using sleep states

Sleep-states are emerging as a first-class design choice in energy minimization. A side effect of this is that the release behavior of the system is affected and subsequently the preemption relations between tasks. In a first step we have investigated how the behavior in terms of number of preemptions of tasks in the system is changed at runtime, using an existing procrastination approach, which utilizes sleepstates for energy savings purposes. Our solution resulted in substantial savings of preemptions and we expect from even higher yields for alternative energy saving algorithms. This work is intended to form the base of future research, which aims to bound the number of preemptions at analysis time and subsequently how this may be employed in the analysis to reduced the amount of system utilization, which is reserved to account for the preemption delay.

Estimating the number of nodes in wireless sensor networks

We propose an efficient algorithm to estimate the number of live computer nodes in a network. This algorithm is fully distributed, and has a time-complexity which is independent of the number of computer nodes. The algorithm is designed to take advantage of a medium access control (MAC) protocol which is prioritized; that is, if two or more messages on different nodes contend for the medium, then the node contending with the highest priority will win, and all nodes will know the priority of the winner.

Some reflections on acquisition, processing and analysis of statistical data in forest soils

Beyond the classical statistical approaches (determination of basic statistics, regression analysis, ANOVA, etc.) a new set of applications of different statistical techniques has increasingly gained relevance in the analysis, processing and interpretation of data concerning the characteristics of forest soils. This is possible to be seen in some of the recent publications in the context of Multivariate Statistics. These new methods require additional care that is not always included or refered in some approaches. In the particular case of geostatistical data applications it is necessary, besides to geo-reference all the data acquisition, to collect the samples in regular grids and in sufficient quantity so that the variograms can reflect the spatial distribution of soil properties in a representative manner. In the case of the great majority of Multivariate Statistics techniques (Principal Component Analysis, Correspondence Analysis, Cluster Analysis, etc.) despite the fact they do not require in most cases the assumption of normal distribution, they however need a proper and rigorous strategy for its utilization. In this work, some reflections about these methodologies and, in particular, about the main constraints that often occur during the information collecting process and about the various linking possibilities of these different techniques will be presented. At the end, illustrations of some particular cases of the applications of these statistical methods will also be presented.

Acquisition and data analysis related to changes in some forest soils properties after prescribed fire action

Controlled fires in forest areas are frequently used in most Mediterranean countries as a preventive technique to avoid severe wildfires in summer season. In Portugal, this forest management method of fuel mass availability is also used and has shown to be beneficial as annual statistical reports confirm that the decrease of wildfires occurrence have a direct relationship with the controlled fire practice. However prescribed fire can have serious side effects in some forest soil properties. This work shows the changes that occurred in some forest soils properties after a prescribed fire action. The experiments were carried out in soil cover over a natural site of Andaluzitic schist, in Gramelas, Caminha, Portugal, that had not been burn for four years. The composed soil samples were collected from five plots at three different layers (0-3cm, 3-6cm and 6-18cm) during a three-year monitoring period after the prescribed burning. Principal Component Analysis was used to reach the presented conclusions.

Adherend thickness effect on the tensile fracture toughness of a structural adhesive using an optical data acquisition method

Adhesive bonding is nowadays a serious candidate to replace methods such as fastening or riveting, because of attractive mechanical properties. As a result, adhesives are being increasingly used in industries such as the automotive, aerospace and construction. Thus, it is highly important to predict the strength of bonded joints to assess the feasibility of joining during the fabrication process of components (e.g. due to complex geometries) or for repairing purposes. This work studies the tensile behaviour of adhesive joints between aluminium adherends considering different values of adherend thickness (h) and the double-cantilever beam (DCB) test. The experimental work consists of the definition of the tensile fracture toughness (GIC) for the different joint configurations. A conventional fracture characterization method was used, together with a J-integral approach, that take into account the plasticity effects occurring in the adhesive layer. An optical measurement method is used for the evaluation of crack tip opening and adherends rotation at the crack tip during the test, supported by a Matlab® sub-routine for the automated extraction of these quantities. As output of this work, a comparative evaluation between bonded systems with different values of adherend thickness is carried out and complete fracture data is provided in tension for the subsequent strength prediction of joints with identical conditions.

Virtual Communities of Practice: Design and Development of Support Platforms and Participation Fostering

Mestrado em Engenharia Informática - Área de Especialização em Sistemas Gráficos e Multimédia

Análise de Desempenho e Recomendação para Soluções IVR

Mestrado em Engenharia Informática, Área de Especialização em Tecnologias do Conhecimento e da Decisão