Avaliação do desempenho de classificadores neurais para aplicações em sensoriamento remoto

Atualmente, pesquisadores das mais diversas áreas, tais como: Geologia, Física, Cartografia, Oceanografia, entre outras, utilizam imagens de satélite como uma fonte valiosa para a extração de informações sobre a superfície terrestre. Muitas vezes, a análise (classificação) destas imagens é realizada por métodos tradicionais sejam eles supervisionados (como o Método de Máxima Verossimilhança Gaussiana) ou nãosupervisionados (como o Método de Seleção pelo Pico do Histograma). Entretanto, pode-se utilizar as Redes Neurais Artificiais como uma alternativa para o aumento da acurácia em classificações digitais. Neste trabalho, utilizou-se imagens multi-espectrais do satélite LANDSAT 5-TM para a identificação de espécies vegetais (Mata Nativa, Eucalyptus e Acácia) em uma região próxima aos municípios de General Câmara, Santo Amaro e Taquari, no Estado do Rio Grande do Sul, Brasil. Comparou-se qualitativamente e quantitativamente os resultados obtidos pelo método de Máxima Verossimilhança Gaussiana e por uma Rede Neural Artificial Multinível com BackPropagation na classificação da área de estudo. Para tanto, parte desta área foi mapeada através de uma verificação de campo e com o auxílio de classificadores nãosupervisionados (Kohonen, que é uma Rede Neural, e o método de Seleção pelo Pico do Histograma). Com isto, foi possível coletar dois conjuntos de amostras, sendo que um deles foi utilizado para o treinamento dos métodos e o outro (conjunto de reconhecimento) serviu para a avaliação das classificações obtidas. Após o treinamento, parte da área de estudo foi classificada por ambos os métodos. Em seguida, os resultados obtidos foram avaliados através do uso de Tabelas de Contingência, considerando um nível de significância de 5%. Por fim, na maior parte dos testes realizados, a Rede Neural Artificial Multinível com BackPropagation apresentou valores de acurácia superiores ao Método de Máxima Verossimilhança Gaussiana. Assim, com este trabalho observou-se que não há diferença significativa de classificação para as espécies vegetais, ao nível de 5%, para a área de estudo considerada, na época de aquisição da imagem, para o conjunto de reconhecimento.

Ferramenta de apoio ao teste de aplicações java baseada em reflexão computacional

A atividade de teste constitui uma fase de grande importância no processo de desenvolvimento de software, tendo como objetivo garantir um alto grau de confiabilidade nos produtos desenvolvidos. O paradigma da Orientação a Objetos (OO) surgiu com o objetivo de melhorar a qualidade bem como a produtividade no desenvolvimento de aplicações. Entretanto, apesar do aumento constante de aceitação do paradigma OO pela indústria de software, a presença de algumas de suas características torna a atividade de teste de programas neste paradigma mais complexa do que o teste de sistemas tradicionais. Entre estas características cita-se a herança, o encapsulamento, o polimorfismo e a ligação dinâmica [EIS 97] [PRE 95] [UNG 97]. Algumas técnicas estão sendo implementadas para auxiliarem a atividade de teste através do uso da tecnologia de reflexão computacional [HER 99]. Estas técnicas permitem a realização de análises de aspectos dinâmicos dos programas, sem a necessidade de instrumentar o código-fonte das aplicações que estão sendo monitoradas. Com o objetivo de auxiliar o processo de teste de programas orientados a objetos, este trabalho aborda o desenvolvimento de uma ferramenta, a qual automatiza parcialmente o teste de programas escritos em Java. A ferramenta evidencia o teste de estados fazendo uso da tecnologia de reflexão computacional. Através da especificação de asserções, feitas pelo usuário da ferramenta, na forma de invariantes de classe, pré e pós-condições de métodos, é possível verificar a integridade dos estados dos objetos durante a execução do programa em teste. A ferramenta possibilita também, armazenar a seqüência de métodos chamados pelos objetos da aplicação em teste, tornando possível ao testador, visualizar o histórico das interações entre os objetos criados no nível-base.

A dinâmica de uma família de aplicações unidimensionais

Resumo não disponível.

Aplicações do método dos elementos discretos em estruturas de concreto

A ciência moderna apresentou significativo avanço a partir do desenvolvimento da análise diferencial. A transformação de equações diferenciais de alta ordem em sistemas de equações algébricas foi possível através do desenvolvimento de métodos numéricos, constituindo este, outro grande avanço. Dentro desses pode-se destacar os métodos de diferenças finitas, dos elementos finitos, dos elementos discretos e mais recentemente, os elementos de contorno. Neste trabalho, faz-se uma contribuição ao desenvolvimento do Método dos Elementos Discretos para aplicações na Mecânica do Contínuo, na Mecânica da Fratura, assim como na determinação do dano em elementos estruturais submetidos a cargas. Neste método, a discretização espacial no modelo se realiza mediante um conjunto de massas ligadas entre se por forças materializadas como um arranjo de barras de treliça com rigidez equivalente ao contínuo que se quer representar, e mediante um esquema de integração explícita, se realiza a integração das equações de movimento no tempo. Verifica-se a validade e a capacidade do método em predizer o efeito de tamanho em elementos de concreto e concreto armado, obtendo-se uma excelente correlação com ensaios encontrados na literatura técnica, além de importantes conclusões a respeito da aplicação de cargas estáticas e dinâmicas, tanto em padrões de fissuração ou ruptura, quanto aos valores limites de resistência dos materiais ou cargas aplicadas, dando-se importância na geração aleatória das propriedades dos materiais mediante o uso do Método de Representação Espectral.

Inspeção de aplicações Java através da identificação de padrões de projeto

Para reutilização, manutenção e refatoração, projetistas de sistemas de software, freqüentemente, precisam examinar o código fonte da aplicação para entender os detalhes dos sistemas desenvolvidos. As aplicações orientadas a objetos em geral, tornam-se coleções nebulosas de classes e implementações de métodos. Sem dúvida a habilidade de entender sistemas de software é largamente aumentada visualizando-se esses produtos em níveis mais altos de abstração. Os padrões de projeto demonstram um alto índice de abstração e são considerados uma ferramenta efetiva para o entendimento de sistemas de software orientados a objetos. Aplicações orientadas a objetos visualizadas como um sistema de interação de padrões requerem a descoberta, identificação e classificação de grupos de classes relacionadas. Estas visualizações podem representar qualquer padrão conhecido ou agrupamentos que executam uma tarefa abstrata e necessariamente não são uma solução de padrão conhecida. Os padrões de projeto descrevem, portanto, microarquiteturas que resolvem problemas arquitetônicos em sistemas de software orientados a objetos. É importante identificar estas microarquiteturas durante a fase de manutenção de aplicações orientadas a objetos. Faz-se necessário salientar que estas microarquiteturas aparecem freqüentemente distorcidas na aplicação fonte. O objeto deste trabalho é demonstrar a viabilidade de construir uma ferramenta para descobrir a utilização de padrões de projeto em aplicações Java. Assim, esta tese examina as características de alguns padrões, determinando a natureza do que faz um padrão ser detectável por intermédio de meios automatizados, e propõe algumas regras pelas quais um conjunto de padrões possa ser identificado. As regras são baseadas nos relacionamentos entre classes e objetos mediante observação dos modelos estático e dinâmico. Este trabalho também documenta o desenvolvimento do protótipo da ferramenta de inspeção, que tem por objetivo aplicar os processos de engenharia reversa e reflexão computacional sobre código Java, utilizando as informações adquiridas para detectar padrões de projeto. Finalmente, esta tese demonstra a utilização dessa ferramenta em um exemplo pequeno de aplicação Java e forma a base para trabalhos adicionais que investiguem a existência de diferentes padrões de projeto em sistemas de software construídos em Java.

Estratégia de migração de aplicações legadas visuais (tipo WIMP) para o ambiente Web

O sucesso da Internet como plataforma de distribuição de sistemas de informação encoraja organizações a disponibilizar serviços presentes em seus sistemas legados nesse ambiente. Uma parte desses sistemas foi desenvolvida na fase inicial do desenvolvimento das aplicações cliente/servidor para banco de dados, usando ambientes visuais com interfaces gráficas tipo WIMP, implementadas sob o paradigma procedimental/estruturado, baseado em objetos e eventos. Como conseqüência, produziu-se sistemas legados difíceis de manter, evoluir e adaptar a novas tecnologias e arquiteturas, pois os projetos desenvolvidos não seguiam, na maioria das vezes, os bons preceitos e práticas modernas defendidas na Engenharia de Software. O objetivo deste trabalho é propor uma metodologia para migrar sistemas legados com as características citadas acima para a plataforma Web. O processo de migração proposto destaca duas estratégias: a elaboração de modelos de classes conceituais da aplicação e o tratamento dado à interface do usuário, para serem utilizados na reconstrução de uma nova aplicação. O processo é baseado em técnicas e métodos de engenharia reversa, que visa obter abstrações por meio de análise estática e dinâmica da aplicação. Na análise dinâmica, destaca-se o mecanismo para recuperar aspectos dos requisitos funcionais do sistema legado e representá-los na ferramenta denominada UC/Re (Use Case para Reengenharia). Todos os artefatos gerados durante o processo podem ser armazenados em um repositório, representando os metamodelos construídos na metodologia. Para delimitar e exemplificar o processo, escolheu-se como domínio de linguagem de programação do software legado, o ambiente Delphi (sob a linguagem Object Pascal). É proposto também um ambiente CASE, no qual é descrito o funcionamento de um protótipo que automatiza grande parte das funcionalidades discutidas nas etapas do processo. Algumas ferramentas desenvolvidas por terceiros são empregadas na redocumentação do sistema legado e na elaboração dos modelos UML do novo sistema. Um estudo de caso, apresentando uma funcionalidade específica de um sistema desenvolvido em Delphi, no paradigma procedimental, é usado para demonstrar o protótipo e serve de exemplo para a validação do processo. Como resultado do processo usando o protótipo, obtém-se o modelo de classes conceituais da nova aplicação no formato XMI (formato padrão para exportação de modelos UML), e gabaritos de páginas em HTML, representando os componentes visuais da interface original na plataforma Web.

Gerenciamento distribuído e flexível de protocolos de alto nível, serviços e aplicações em redes de computadores

As redes de computadores experimentam um grande crescimento não apenas em tamanho, mas também no número de serviços oferecidos e no número de protocolos de alto nível e aplicações que são executados sobre elas. Boa parte desses software (ex.: ICQ e Napster), em geral, não está diretamente ligada a aplicações críticas, mas o seu uso não controlado pode degradar o desempenho da rede. Para que se possa medir o impacto dos mesmos sobre a infra-estrutura, mecanismos de gerência ligados à contabilização e caracterização de tráfego são desejáveis. Por outro lado, alguns protocolos, serviços e aplicações (ex. servidores DNS e Web) suportam aplicações e precisam ser monitorados e gerenciados com maior atenção. Para essa classe de software de rede, a simples contabilização e caracterização de tráfego não é suficiente; tarefas de gerência como teste de serviços, detecção e manipulação de falhas, medição de desempenho e detecção de intrusão são importantes para garantir alta disponibilidade e eficiência da rede e aplicações. As ferramentas existentes para essa finalidade são, entre aspectos, (a) não integradas (necessidade de uma ferramenta para monitorar cada aplicação), (b) centralizadas (não oferecem suporte à distribuição de tarefas de gerenciamento) e (c) pouco flexíveis (dificuldade em gerenciar novos protocolos, serviços e aplicações). Nesse contexto, a tese propõe uma arquitetura, centrada na monitoração passiva em temporal do tráfego de rede, para gerenciamento distribuído de protocolos de alto nível, serviços e aplicações em rede. Baseada da MIB (Management Information Base) Script do IETF (Internet Engineering Task Force), a arquitetura Trace oferece mecanismos para a delegação de tarefas de gerenciamento a gerentes intermediários, que interagem com agentes de monitoração e agentes de ação para executá-las. A tese propõe também PTSL (Protocol Trace Specification Language), uma linguagem gráfica/textual criada para permitir que gerentes de rede especificam as interações de protocolos (traços) que lhes interessam monitorar. As especificações são usadas pelso gerentes intermediários para programar os agentes de monitoração. Uma vez programadas, esses agentes passam a monitorar a ocorrência dos traços.As informações obtidas são analisadas pelos agentes intermediários, que podem requisitar de ação a execução de procedimentos (ex: scripts Perl), possibilitando a automação de diversas tarefas de gerenciamento. A arquitetura proposta é validada por um protótipo: a plataforma de gerenciamento Trace.

Uma Metodologia para o desenvolvimento de aplicações de visão computacional utilizando um projeto conjunto de hardware e software

As tarefas de visão computacional incentivam uma significativa parte da pesquisa em todas as áreas científicas e industriais, entre as quais, cita-se a área voltada para o desenvolvimento de arquiteturas de computadores. A visão computacional é considerada um dos problemas mais desafiadores para a computação de alto desempenho, pois esta requer um grande desempenho, bem como um alto grau de flexibilidade. A flexibilidade é necessária pois a visão computacional abrange aplicações em que há diferentes tarefas a serem realizadas com diferentes necessidades de desempenho. Esta flexibilidade é particularmente importante em sistemas destinados a atuar como ambientes experimentais para novas técnicas de processamento visual ou para a prototipação de novas aplicações. Computação configurável tem demonstrado, por meio de exemplos implementados pela comunidade científica, fornecer uma boa relação entre alto desempenho e flexibilidade necessária para a implementação de diferentes técnicas utilizadas na área de visão computacional. Contudo, poucos esforços de pesquisa têm sido realizados na concepção de sistemas completos visando a solução de um problema de visão computacional, incluindo ambos os requisitos de software e de hardware. O principal objetivo deste trabalho é mostrar que as técnicas e tecnologias disponíveis na área de computação configurável podem ser empregadas para a concepção de um sistema capaz de implementar um grande número de aplicações da área de visão computacional na pesquisa e no ambiente industrial. Entretanto, não é escopo deste trabalho implementar um sistema de computação que seja suficiente para abordar os requerimentos necessários para todas as aplicações em visão computacional, mas os métodos aqui introduzidos podem ser utilizados como uma base geral de implementação de várias tarefas de visão computacional. Este trabalho utiliza ambientes que permitem implementações conjuntas de hardware e software, pois os mesmos facilitam a validação das técnicas aqui apresentadas, por meio da implementação de um estudo de caso, sendo parte deste estudo de caso implementado em software e outra parte em hardware.

O método de Perron : aplicações e extensões

Nesta dissertação apresentamos e desenvolvemos o Método de Perron, fazendo uma aplicação ao ploblema de Dirichlet para a equação das superfícies de curvatura média constante em R3. Apresentamos também uma extensão deste método dentro de EDP's e, por fim, obtemos uma extensão geométrica que se aplica a superfícies ao invés de gráficos. Comentamos a aplicação deste método geométrico á existência de superfícies mínimas tendo como bordo duas curvas convexas em planos paralelos do R3.

Dinâmica de gases rarefeitos e transferência radiativa : aplicações em geometria cilíndrica

Neste trabalho são investigados problemas formulados em geometria cilíndrica na área da dinâmica de gases rarefeitos bem como na área de transferência radiativa. Com relação á dinâmica de gases rarefeitos, primeiramente são abordadas duas formas diferenciadas de se avaliar numericamente as funções de Chapmann-Enskog e de Burnett, necessárias na composição de soluções gerais nessa geometria. Em seguida é apresentada a derivação de uma equação integral baseada no modelo BGK para descrever o fluxo de um gás rarefeito em um tubo cilíndrico. Problemas relacionados á transferência radiativa, incluindo o caso não-linear acoplado radiação-condução, são solucionados com a aplicação de uma versão reformulada do método de ordenadas discretas, sendo que resultados numéricos relevantes a estes problemas são também apresentados.

Estudo da utilização do protocolo PROFIBUS para aplicações com grande número de estações escravas

Neste trabalho são descritas a arquitetura e as propriedades características do protocolo PROFIBUS, nome dado a um entre os diversos protocolos existentes na área industrial. Utilizando uma versão do protocolo PROFIBUS desenvolvida no Laboratório de Instrumentação Eletro-Eletrônica da Universidade Federal do Rio Grande do Sul foi implementada uma rede composta por uma estação mestre e até 96 estações escravas. A fim de analisar o Tempo de Ciclo de Mensagem e o Tempo de Reação do Sistema foram realizados diversos testes, variando a taxa de comunicação utilizada, o tamanho dos quadros de comunicação e a quantidade de estações escravas que compunham a rede. No final foi feita uma comparação entre os valores práticos obtidos e valores calculados a partir de fórmulas teóricas. Os valores práticos obtidos possibilitam determinar a viabilidade da utilização desta rede em diversas aplicações reais.

Proposta de um modelo gráfico e navegacional básico para interfaces de aplicações educacionais baseado em validação experimental

O desenvolvimento de projetos de interfaces gráficas está apoiado em guias de recomendações. Estes guias apresentam regras genéricas aos projetos de Interfaces Homem Computador–IHC. Entretanto, aplicações particulares, como as educacionais, não encontram regras específicas que atendam as necessidades do usuário-alvo. Ainda, a análise comparativa entre guias disponíveis aponta contradições entre as recomendações genéricas com aquelas específicas aplicadas a um determinado ambiente. A necessidade de um modelo de referência para a construção de interfaces gráficas amigáveis ao usuário e a escassez e contradições de recomendações específicas às aplicações educacionais motivaram o trabalho de pesquisa prática junto aos usuáriosalvo. Para a identificação das recomendações sobre aspectos gráficos básicos e elementos de navegação necessários a uma efetiva interação com interfaces dedicadas a aplicações educacionais, foi desenvolvido um instrumento de pesquisa que permitiu a investigação das preferências relativas aos aspectos pesquisados junto ao público-alvo. Os dados coletados foram tratados estatisticamente e os resultados obtidos contrariam tanto critérios adotados em interfaces de sistemas de ensino disponíveis na Internet como algumas recomendações sobre os mesmos disponíveis na literatura. Os resultados obtidos apontam, também, para a preferência dos usuários por elementos de navegação que não são referidos nos guias de recomendações consultados. A análise dos resultados possibilitou a geração de um modelo básico que recomenda preferências sobre aspectos gráficos básicos, como aplicação de cores em fontes e fundos de tela, tipologia de fontes para textos e paginação, e também, sobre componentes de navegação, como posicionamento e preferência por tipo de recurso de navegação. O modelo proposto está fundamentado nas recomendações de Nielsen [NIE 00], o qual recomenda que as necessidades dos usuários na interatividade com a interface sejam identificadas junto a estes usuários. As recomendações apresentadas neste trabalho foram utilizadas, inicialmente, nos ambientes educacionais desenvolvidos dentro dos projetos Tapejara [TAP 00] e LaVia [LAV 00].

Um método para abordar todo o ciclo de desenvolvimento de aplicações tempo real

Neste trabalho apresenta-se um método de desenvolvimento integrado baseado no paradigma de orientação a objetos, que visa abordar todo o ciclo de desenvolvimento de uma aplicação tempo real. Na fase de especificação o método proposto baseia-se no uso de restrições temporais padronizadas pelo perfil da UML-TR, sendo que uma alternativa de mapeamento destas restrições para o nível de programação é apresentada. Este mapeamento serve para guiar a fase de projeto, onde utilizou-se como alvo a interface de programação orientada a objetos denominada TAFT-API, a qual foi projetada para atuar junto ao ambiente de execução desenvolvido no âmbito desta tese. Esta API é baseada na especificação padronizada para o Java-TR. Este trabalho também discute o ambiente de execução para aplicações tempo real desenvolvido. Este ambiente faz uso da política de escalonamento tolerante a falhas denominada TAFT (Time-Aware Fault- Tolerant). O presente trabalho apresenta uma estratégia eficiente para a implementação dos conceitos presentes no escalonador TAFT, que garante o atendimento a todos os deadlines mesmo em situações de sobrecarga transiente. A estratégia elaborada combina algoritmos baseados no Earliest Deadline, sendo que um escalonador de dois níveis é utilizado para suportar o escalonamento combinado das entidades envolvidas. Adicionalmente, também se apresenta uma alternativa de validação dos requisitos temporais especificados. Esta alternativa sugere o uso de uma ferramenta que permite uma análise qualitativa dos dados a partir de informações obtidas através de monitoração da aplicação. Um estudo de caso baseado em uma aplicação real é usado para demonstrar o uso da metodologia proposta.

Abstrações para uma linguagem de programação visando aplicações móveis em um ambiente de Pervasive Computing

Computação Móvel é um termo genérico, ainda em definição, ao redor do qual se delineia um espectro de cenários possíveis, desde a Computação Pessoal, com o uso de computadores de mão, até a visão futurista da Computação Ubíqua. O foco do projeto ISAM (Infra-estrutura de Suporte às Aplicações Móveis Distribuída), em desenvolvimento no II/UFRGS, é a Pervasive Computing. Esta desenha um cenário onde o usuário é livre para se deslocar mantendo o acesso aos recursos da rede e ao seu ambiente computacional, todo tempo em qualquer lugar. Esse novo cenário apresenta muitos desafios para o projeto e execução de aplicações. Nesse escopo, esta tese aprofunda a discussão sobre questões relativas à adaptação ao contexto em um ambiente pervasivo sob a ótica de uma Linguagem de Programação, e define uma linguagem chamada ISAMadapt. A definição da linguagem ISAMadapt baseia-se em quatro abstrações: contexto, adaptadores, políticas e comandos de adaptação. Essas abstrações foram concretizadas em duas visões: (1) em tempo de programação, através de comandos da linguagem e arquivos de configuração, descritos com o auxílio do Ambiente de Desenvolvimento de Aplicações; (2) em tempo de execução, através de serviços e APIs fornecidos pelos componentes que integram o ambiente de execução pervasiva (ISAMpe). Deste, os principais componentes que implementam a semântica de execução da aplicação ISAMadapt são: o serviço de reconhecimento de contexto, ISAMcontextService, e a máquina de execução da adaptação dinâmica, ISAMadaptEngine.As principais contribuições desta tese são: (a) primeira linguagem para a codificação de aplicações pervasivas; (b) sintaxe e semântica de comandos para expressar sensibilidade ao contexto pervasivo; (c) fonte para o desenvolvimento de uma metodologia de projeto de aplicações pervasivas; (d) projeto ISAM e o projeto contextS (www.inf.ufrgs.br/~isam) que fornecem suporte para o ciclo de vida das aplicações, desde o desenvolvimento até a execução de aplicações pervasivas.