An efficient numerical scheme for solving multi-dimensional fractional optimal control problems with a quadratic performance index

The shifted Legendre orthogonal polynomials are used for the numerical solution of a new formulation for the multi-dimensional fractional optimal control problem (M-DFOCP) with a quadratic performance index. The fractional derivatives are described in the Caputo sense. The Lagrange multiplier method for the constrained extremum and the operational matrix of fractional integrals are used together with the help of the properties of the shifted Legendre orthonormal polynomials. The method reduces the M-DFOCP to a simpler problem that consists of solving a system of algebraic equations. For confirming the efficiency and accuracy of the proposed scheme, some test problems are implemented with their approximate solutions.

Energy efficient scheduling for cluster-tree wireless sensor networks with time-bounded data flows: application to IEEE 802.15.4/ZigBee

Cluster scheduling and collision avoidance are crucial issues in large-scale cluster-tree Wireless Sensor Networks (WSNs). The paper presents a methodology that provides a Time Division Cluster Scheduling (TDCS) mechanism based on the cyclic extension of RCPS/TC (Resource Constrained Project Scheduling with Temporal Constraints) problem for a cluster-tree WSN, assuming bounded communication errors. The objective is to meet all end-to-end deadlines of a predefined set of time-bounded data flows while minimizing the energy consumption of the nodes by setting the TDCS period as long as possible. Sinceeach cluster is active only once during the period, the end-to-end delay of a given flow may span over several periods when there are the flows with opposite direction. The scheduling tool enables system designers to efficiently configure all required parameters of the IEEE 802.15.4/ZigBee beaconenabled cluster-tree WSNs in the network design time. The performance evaluation of thescheduling tool shows that the problems with dozens of nodes can be solved while using optimal solvers.

Using remote labs to serve different teacher's needs a case study with VISIR and RemotElectLab

Remote Laboratories are an emergent technological and pedagogical tool at all education levels, and their widespread use is an important part of their own improvement and evolution. This paper describes several issues encountered on laboratorial classes, on higher education courses, when using remote laboratories based on PXI systems, either using the VISIR system or an alternate in-house solution. Three main issues are presented and explained, all reported by teachers that gave support to students use of remote laboratories. The first issue deals with the need to allow students to select the actual place where an ammeter is to be inserted on electric circuits, even incorrectly, therefore emulating real world difficulties. The second one deals with problems with timing when several measurements are required at short intervals, as in the discharge cycle of a capacitor. And the last issue deals with the use of a multimeter in DC mode when reading AC values, a use that collides with the lab settings. All scenarios are presented and discussed including the solution found for each case. The conclusion derived from the described work is that the remote laboratories area is an expanding field, where practical use leads to improvement and evolution of the available solutions, requiring a strict cooperation and information sharing between all actors, i.e. developers, teachers and students.

Implementation of an IoT-based Sensor Network Integrating IoT-based Sensor Networks with Large-Scale Message Distribution

As technology advances not only do new standards and programming styles appear but also some of the previously established ones gain relevance. In a new Internet paradigm where interconnection between small devices is key to the development of new businesses and scientific advancement there is the need to find simple solutions that anyone can implement in order to allow ideas to become more than that, ideas. Open-source software is still alive and well, especially in the area of the Internet of Things. This opens windows for many low capital entrepreneurs to experiment with their ideas and actually develop prototypes, which can help identify problems with a project or shine light on possible new features and interactions. As programming becomes more and more popular between people of fields not related to software there is the need for guidance in developing something other than basic algorithms, which is where this thesis comes in: A comprehensive document explaining the challenges and available choices of developing a sensor data and message delivery system, which scales well and implements the delivery of critical messages. Modularity and extensibility were also given much importance, making this an affordable tool for anyone that wants to build a sensor network of the kind.

Diagnóstico ambiental de uma queijaria e proposta de melhorias

O presente trabalho tem como objectivo o diagnóstico ambiental da empresa Lacticinios do Paiva, S.A, a avaliação da água do processo e da ETARI e o estudo da fermentação do soro de queijo com o intuito de produção de bioetanol. No diagnóstico ambiental da empresa, observou-se que 18.227.731 litros de leite usados anualmente geram 5.031 ton/ano de queijo, 7.204 ton/ano de soro de queijo, 74.201 m3/ano de efluente liquido, 14 ton/ano de plástico e 20 ton/ano de cartão. Os principais problemas com necessidade de optimização são a recuperação de água das lavagens, avaliação da produção de biogás no digestor anaeróbio, recuperação do volume de leite que é desperdiçado na produção de queijo fresco de longa duração, avaliação da eficiência energética da empresa, valorização das natas e do soro de queijo. Decidiu-se neste trabalho avaliar a possibilidade de reciclagem das águas de lavagem, avaliar o funcionamento da ETARI face à legislação existente e estudar a possibilidade de valorização do soro de queijo. Na avaliação das águas de processo das lavagens para posterior reciclagem, verifica-se que relativamente ao pH e aos sólidos suspensos não existe problema, podendo encarar-se a hipótese de reciclagem directa. No entanto, no que respeita à carga orgânica das águas de lavagem do sistema de ultrafiltração do queijo fresco de longa duração, constata-se que esta não poderia ser utilizada novamente, uma vez que apresenta valores elevados de CQO. Para a sua reutilização, será necessário remover a CQO, hipótese que se estudou com resultados positivos. Verificou-se que, um tratamento por adsorção em carvão activado precedido de microfiltração, reduz a CQO de forma significativa permitindo admitir a hipótese de reciclagem da água, nomeadamente para as 1ª e 3ª águas de lavagem. As outras águas teriam necessidade de mais tempo de contacto com o carvão activado. No sentido de avaliar o funcionamento da ETARI, foram analisadas várias correntes da mesma, em particular a do efluente final, no que respeita a parâmetros como: pH, Sólidos Suspensos Totais, Carência Química de Oxigénio, Carência Bioquímica de Oxigénio, Turvação, Nitratos, Fósforo Total, Azoto Kjeldalh, Azoto Amoniacal e Cloretos. Observou-se que os valores para o efluente final da ETARI são os seguintes: pH compreendido entre [7,21 – 8,69], SST entre [65,3 – 3110] mg/L, CQO entre [92,5 – 711,5] mg/L, CBO5 entre [58 – 161] mg/L, NO3- entre [10,8 – 106,7] mg/L, fósforo total entre [8,3 – 64,3] mg/L, turvação entre [67,7 – 733,3] FTU e cloretos entre [459,9 – 619,81] mg/L; pode-se dizer que os parâmetros analisados se encontram quase sempre dentro da gama de valores impostos pela Câmara Municipal de Lamego pelo que o efluente pode ser lançado no Colector Municipal de Cambres. Relativamente à fermentação alcoólica do soro de queijo, verifica-se que a levedura Kluyveromyces Marxianus consegue degradar praticamente todo o açúcar presente no permeado produzindo assim uma quantidade razoável de etanol. Quando se utilizou a levedura Saccharomyces Cerevisiae, a produção de etanol foi muito reduzida, como esperado, dado que esta levedura apresenta dificuldades na metabolização da lactose. Constatou-se assim que a melhor levedura para a fermentação do permeado do soro de queijo é a Kluyveromyces Marxianus, estimando-se em 150 mg a produção de etanol por L de soro.

Adapting remote labs to learning scenarios: case studies using VISIR and RemotElectLab

Remote laboratories are an emergent technological and pedagogical tool at all education levels, and their widespread use is an important part of their own improvement and evolution. This paper describes several issues encountered on laboratorial classes, on higher education courses, when using remote laboratories based on PXI systems, either using the VISIR system or an alternate in-house solution. Three main issues are presented and explained, all reported by teachers, that gave support to students' use of remote laboratories. The first issue deals with the need to allow students to select the actual place where an ammeter is to be inserted on electric circuits, even incorrectly, therefore emulating real-world difficulties. The second one deals with problems with timing when several measurements are required at short intervals, as in the discharge cycle of a capacitor. In addition, the last issue deals with the use of a multimeter in dc mode when reading ac values, a use that collides with the lab settings. All scenarios are presented and discussed, including the solution found for each case. The conclusion derived from the described work is that the remote laboratories area is an expanding field, where practical use leads to improvement and evolution of the available solutions, requiring a strict cooperation and information-sharing between all actors, i.e., developers, teachers, and students.

Classificação e previsão de cardiotocogramas usando algoritmos baseados em redes neuronais

Mestrado em Computação e Instrumentação Médica

Environmental taxes in a public Stackelberg leader duopoly

We study whether privatization of a public firm improves (or deteriorates) the environment in a mixed Stackelberg duopoly with the public firm as the leader. We assume that each firm can prevent pollution by undertaking abatement measures. We get that, since in the mixed market the industry output is higher than in the private market, the abatement levels are also higher in the mixed market, and, thus, environmental tax rate in the mixed duopoly is higher than that in the privatized duopoly. Furthermore, the environment is more damaged in the mixed than in the private market. The overall effect on the social welfare is that it will becomes higher in the private than in the mixed market.

Efeito hipotensivo de uma sessão de exercício aeróbio em idosos hipertensos

Introdução: As doenças cardiovasculares, entre elas, a hipertensão arterial constituem um dos problemas de saúde de maior prevalência, principalmente na população idosa. Alguns estudos têm apontado o exercício físico aeróbio como uma medida não farmacológica, eficaz, para a prevenção/controlo da hipertensão arterial. Objetivo: Este estudo avaliou o efeito agudo hipotensivo de uma sessão isolada de exercício físico aeróbio num grupo de idosos hipertensos. Metodologia: A amostra foi composta por 20 idosos, de ambos os géneros, hipertensos, pertencentes a três centros de convívio distintos. Os indivíduos foram divididos aleatoriamente em dois grupos, o grupo que fez a sessão de exercício (n=10, idade 81,2 ± 4,71 anos) e o grupo de controlo (n=10, idade 81,2 ± 3,12 anos). O grupo de exercício participou numa sessão de exercício físico aeróbio que teve 35 minutos de duração, sendo constituída por 5 minutos de aquecimento seguidos por duas frações de marcha a uma intensidade de 40-60% da frequência cardíaca (FC) de reserva, cada uma delas com a duração de 10 minutos, separadas por um intervalo de recuperação de 5 minutos, terminando com 5 minutos de retorno à calma. O grupo controlo permaneceu 35 minutos em repouso sentado. Todos indivíduos foram sujeitos à avaliação da pressão arterial (PA) e FC, antes, no intervalo, no término, 20 e 40 minutos após a sessão de exercício/35 minutos de repouso. Resultados: Observou-se que no grupo que fez o exercício físico a PA sistólica medida aos 40 minutos (123,04 ± 23,07 mmHg) após a sessão de exercício foi significativamente inferior aos restantes momentos de avaliação, incluindo o valor observado em repouso (135,57 ± 19,43 mmHg). A PA diastólica medida também aos 40 minutos (61,94 ± 7,49 mmHg) após a sessão foi inferior à obtida ao intervalo da sessão (72,40 ± 8,51 mmHg). A FC foi significativamente superior ao intervalo e no término da sessão comparativamente a todos os outros momentos de avaliação. Quanto ao grupo controlo não se verificaram diferenças significativas em nenhum dos parâmetros avaliados. Conclusão: Uma sessão isolada de exercício aeróbio de curta promove a ocorrência do fenómeno hipotensão pós-exercício em idosos hipertensos.

Decentralized Target Tracking based on Multi-Robot Cooperative Triangulation

Target tracking with bearing-only sensors is a challenging problem when the target moves dynamically in complex scenarios. Besides the partial observability of such sensors, they have limited field of views, occlusions can occur, etc. In those cases, cooperative approaches with multiple tracking robots are interesting, but the different sources of uncertain information need to be considered appropriately in order to achieve better estimates. Even though there exist probabilistic filters that can estimate the position of a target dealing with incertainties, bearing-only measurements bring usually additional problems with initialization and data association. In this paper, we propose a multi-robot triangulation method with a dynamic baseline that can triangulate bearing-only measurements in a probabilistic manner to produce 3D observations. This method is combined with a decentralized stochastic filter and used to tackle those initialization and data association issues. The approach is validated with simulations and field experiments where a team of aerial and ground robots with cameras track a dynamic target.

Estrutura de financiamento das empresas start-up

Atualmente, o contexto de atuação das empresas tem sido cada vez mais desafiante dado o binómio de competitividade e crise financeira. Desta forma, a exploração de novas soluções e identificação de lacunas ou desequilíbrios no mercado torna-se imperial para o desenvolvimento das novas entidades. É com base nesta premissa que emerge o conceito de Start-Up, sendo o seu propósito o desenvolvimento de novos produtos e modelos de negócios inovadores. Como resultado, estas empresas tornam-se num elemento revitalizador do tecido económico dos países em que estão inseridas. De forma a possibilitar a potenciação das atividades desenvolvidas por estas entidades é crucial a identificação das diversas fontes de recursos financeiros e as consequentes contrapartidas exigidas. No entanto, dado o seu caráter inovador obviamente que vários são os riscos lhes estão associados, pelo que estas empresas deparam-se com mais dificuldades no momento de acesso aos recursos financeiros que pretendem. Desta forma, a presente dissertação analisa as tendências de financiamento das Start-Up tendo como motivação o facto desta temática ainda não se encontrar devidamente explorada e dado o desconhecimento desta realidade em Portugal. Neste sentido, e aliando a problemática existente com a motivação para a concretização da presente dissertação foram realizados um conjunto de inquéritos os quais foram aliados com o desenvolvimento de modelos empíricos multivariados aplicados aos dados seccionais e em painel. Os resultados alcançados com a investigação empírica permitiram concluir a influência de um conjunto de variáveis bem como justificar a orientação e estrutura de financiamento das Start-Up portuguesas. Das variáveis investigadas de ressalvar a influência significativa da Dimensão da Empresa, Estrutura de Ativos e Forma Legal no financiamento das Start-Up nacionais.

Scalable and interference aware wi-fi mesh networks using cots devices

A crescente tendencia no acesso móvel tem sido potenciada pela tecnologia IEEE 802.11. Contudo, estas redes têm alcance rádio limitado. Para a extensão da sua cobertura é possível recorrer a redes emalhadas sem fios baseadas na tecnologia IEEE 802.11, com vantagem do ponto de vista do custo e da flexibilidade de instalação, face a soluções cabladas. Redes emalhadas sem fios constituídas por nós com apenas uma interface têm escalabilidade reduzida. A principal razão dessa limitação deve-se ao uso do mecanismo de acesso ao meio partilhado Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) em topologias multi-hop. Especificamente, o CSMA/CA não evita o problema do nó escondido levando ao aumento do número de colisões e correspondente degradação de desempenho com impacto direto no throughput e na latência. Com a redução da tecnologia rádio torna-se viável a utilização de múltiplos rádios por nó, sem com isso aumentar significativamente o custo da solução final de comunicações. A utilização de mais do que um rádio por nó de comuniações permite superar os problemas de desempenho inerentes ás redes formadas por nós com apenas um rádio. O objetivo desta tese, passa por desenvolver uma nova solução para redes emalhadas multi-cana, duar-radio, utilizando para isso novos mecanismos que complementam os mecanismos definidos no IEEE 802.11 para o estabelecimento de um Basic Service Set (BSS). A solução é baseada na solução WiFIX, um protocolo de routing para redes emalhadas de interface única e reutiliza os mecanismos já implementados nas redes IEEE 802.11 para difundir métricas que permitam à rede escalar de forma eficaz minimizando o impacto na performance. A rede multi-hop é formada por nós equipados com duas interfaces, organizados numa topologia hierárquica sobre múltiplas relações Access Point (AP) – Station (STA). Os resultados experimentais obtidos mostram a eficácia e o bom desempenho da solução proposta face à solução WiFIX original.