Utilização de uma ferramenta independente do domínio para diagnóstico do comportamento do aluno em atividades de ensino a distância

A evolução da Informática na Educação exige ambientes de ensino capazes de se adaptarem ao contexto de acordo com as características individuais do aluno, permitindo interatividade, e que gerem um diagnóstico do comportamento desse aluno. Com base nestes argumentos, o objetivo deste trabalho é propor um sistema de diagnóstico independente do domínio, capaz de analisar o comportamento do aluno em cursos de Ensino a Distância. O professor organiza o material em estruturas de tarefas TÆMS (uma linguagem independente do domínio para descrição de planos de resolução de tarefas), gerando uma biblioteca de planos que deverão ser executados pelo aluno. As informações referentes à navegação do aluno pelo material são gravadas em um log. O processo de diagnóstico ocorre através do confronto entre as informações do log e os planos gerados pelo professor (esta comparação é baseada em um modelo causal geral que pode ser utilizado para diagnosticar diferenças entre quaisquer estruturas TÆMS). Se forem detectadas divergências no processo de diagnóstico, o sistema gerará um arquivo texto contendo os sintomas detectados e as possíveis causas para que estes tenham ocorrido.

Uma metodologia unificada no domínio tempo para sistemas concentrados, discretos e distribuídos

A resposta impulso é utilizada como ferramenta padrão no estudo direto de sistemas concentrados, discretos e distribuídos de ordem arbitrária. Esta abordagem leva ao desenvolvimento de uma plataforma unificada para a obtenção de respostas dinâmicas. Em particular, as respostas forçadas dos sistemas são decompostas na soma de uma resposta permanente e de uma resposta livre induzida pelos valores iniciais da resposta permanente. A teoria desenvolve-se de maneira geral e direta para sistemas de n-ésima ordem, introduzindo-se a base dinâmica gerada pela resposta impulso na forma padrão e normalizada, sem utilizar-se a formulação de estado, através da qual reduz-se um sistema de ordem superior para um sistema de primeira ordem. Considerou-se sistemas de primeira ordem a fim de acompanhar-se os muitos resultados apresentados na literatura através da formulação de espaço de estado. Os métodos para o cálculo da resposta impulso foram classificados em espectrais, não espectrais e numéricos. A ênfase é dada aos métodos não espectrais, pois a resposta impulso admite uma fórmula fechada que requer o uso de três equações características do tipo algébrica, diferencial e em diferenças Realizou-se simulações numéricas onde foram apresentados modelos vibratórios clássicos e não clássicos. Os sistemas considerados foram sistemas do tipo concentrado, discreto e distribuído. Os resultados da decomposição da resposta dinâmica de sistemas concentrados diante de cargas harmônicas e não harmônicas foram apresentados em detalhe. A decomposição para o caso discreto foi desenvolvida utilizando-se os esquemas de integração numérica de Adams-Basforth, Strömer e Numerov. Para sistemas distribuídos, foi considerado o modelo de Euler-Bernoulli com força axial, sujeito a entradas oscilatórias com amplitude triangular, pulso e harmônica. As soluções permanentes foram calculadas com o uso da função de Green espacial. A resposta impulso foi aproximada com o uso do método espectral.

Particionamento de domínio e balanceamento de carga no modelo HIDRA

A paralelização de aplicaçõpes envolvendo a solução de problemas definidos sob o escopo da Dinâmica dos Fluidos Computacional normalmente é obtida via paralelismo de dados, onde o domínio da aplicação é dividido entre os diversos processadores, bem como a manutenção do balancecamento durante a execução é um problema complexo e diversas heurísticas têm sido desenvolvidas. Aplicações onde a simulação é dividida em diversas fases sobre partes diferentes do domínio acrescentam uma dificuldade maior ao particionamento, ao se buscar a distirbuição equlibrada das cargas em todas as fases. este trabalho descreve a implementação de mecanismos de particionamento e balanceamento de carga em problemas multi-fase sobre clusters de PCs. Inicialmente é apresentada a aplicação desenvolvida, um modelo de circulação e transporte de susbtâncias sobre corpos hídricos 2D e 3 D, que pode ser utilizado para modelar qualquer corpo hídrico a partir da descrição de sua geometria, batimetria e condições de contorno. Todo o desenvolvimento e testes do modelo foi feito utilizando como caso de estudo o domínio do Lago Guaíba, em Porto Alegre. Após, são descritas as principais heurísticas de particionamento de domínio de aplicações multi-fase em clusters, bem como mecanismos para balanceamento de carga para este tipo de aplicação. Ao final, é apresentada a solução proposta e desenvolvida, bem como os resultados obtidos com a mesma.

A mineração na porção média da Planície Costeira do Rio Grande do Sul : estratégia para a gestão sob um enfoque de gerenciamento costeiro integrado

A porção média da Planície Costeira do Rio Grande do Sul constitui-se numa região crítica em termos de planejamento de uso devido a uma estreita conjunção de fatores de ordem econômica, ambiental, social e histórico-cultural, estabelecida, em princípio, pela presença de um importante complexo estuarinolagunar. Nessa área, bem como no restante da zona costeira do Brasil, as diretrizes para o uso sustentável dos recursos naturais estão materializadas em leis e programas governamentais, dos quais o Plano Nacional de Gerenciamento Costeiro representa a linha mestra para as ações nos três níveis de governo. A exploração de recursos minerais nessa região é uma atividade antiga, relativamente de pouca expressão no contexto estadual, mas de grande significado social, econômico e cultural em nível regional, sustentando a demanda de vários municípios da região. Caracteriza-se principalmente pela exploração de areia e argila para uso na construção civil e para aterro, apresentando ainda potencialidade alta para exploração de turfa e minerais pesados. Com o objetivo de contribuir para a solução dos conflitos gerados por um modelo de exploração mineral ainda inconsistente com as demandas atuais de conservação e desenvolvimento, realizou-se uma análise ambiental integrada da área dos entornos do estuário da Laguna dos Patos, compreendendo os municípios de Pelotas, Rio Grande e São José do Norte. A análise considerou os marcos legais e institucionais, as características diferenciadas do meio físico-natural, os processos econômicos, sociais e culturais, as características da atividade de mineração na região e suas repercussões e interações no sistema ambiental como um todo. As informações disponíveis permitiram a geração de um banco de dados no Sistema de Informações Geográficas IDRISI 32®, na escala 1: 100.000, o qual forneceu a base para a análise interpretativa. Utilizando técnicas de geoprocessamento obteve-se uma síntese dos diagnósticos realizados através da definição, mapeamento e descrição de 19 unidades de planejamento, denominadas unidades geoambientais, posteriormente detalhadas em 108 unidades físico-naturais. A síntese de uma grande quantidade de dados, espacializada na forma de um mapa digital, auxiliou a definição dos critérios para elaboração de um mapa de vulnerabilidade ambiental relativa para a região. Este, aliado ao plano de informação que contém todas as áreas com restrição legal de uso, possibilitou o mapeamento das áreas mais críticas para gestão ambiental. Adicionalmente, considerando a potencialidade de recursos minerais para uso na construção civil e para aterro, os critérios que determinam a maior ou menor atratividade econômica para a sua exploração e as áreas mais críticas em termos de gestão ambiental, elaborou-se um mapa prescritivo que indica as áreas que devem ser consideradas prioritárias para um gerenciamento preventivo. Finalmente, a análise ambiental integrada permitiu a elaboração de um modelo de um plano de gestão para o setor, onde é apresentada uma estrutura seqüencial e ordenada do plano, exemplificada, em cada passo, com as informações disponíveis.

A morfodinâmica praial como subsídio ao gerenciamento costeiro : o caso da Praia de Fora - Parque Estadual de Itapuã, RS

O Parque Estadual de Itapuã é considerado a última área representativa dos ecossistemas originais da região metropolitana de Porto Alegre, sendo que nos últimos 11 anos somente foi permitida a entrada de pesquisadores em suas dependências. Após este longo período em que esteve fechado, o Parque voltará a receber turistas no início de 2002, sendo que os principais destinos serão as praias. Dentre as oito praias existentes na área, somente três serão abertas à visitação, sendo a Praia de Fora a maior delas e a única voltada para a Lagoa dos Patos. Com objetivo de fornecer subsídios para o gerenciamento da Praia de Fora, efetuou-se a análise de uma série de parâmetros morfodinâmicos consagrados na literatura mundial, aprimorando o nível de conhecimento desta praia e suas relações com a Lagoa dos Patos. Para tanto, utilizou-se os modelos de praias de Banco Único e de Bancos Múltiplos da chamada Escola Australiana com a aplicação dos seguintes parâmetros: Parâmetro Adimensional Omega (Ù), Omega Teórico (Ùterorico), Parâmetro de Banco (B), Declividade da Face de Praia (Tang ß) e Parâmetro Dimensionador de Surfe (surf scaling parameter). Outros modelos utilizados foram o Perfil de Equilíbrio de DEAN (1973), o modelo de Transporte Longitudinal dos sedimentos da zona de surfe, (SPM, 1984), o Limite Externo e Limite Interno (Profundidade de Fechamento) e o modelo de Sentido Preferencial de Transporte Perpendicular (SUNAMURA & TAKEDA, 1984). Além destes, optou-se por realizar uma análise temporal da variação da linha de praia da Praia de Fora no período entre 1978 e 2001. Os resultados obtidos indicam um ambiente com uma grande variação energética anual, sendo que a largura da face praial apresentou variações de até 16 m e a declividade de 2,8° a 11.3°. A análise dos parâmetros morfodinâmicos indicou uma praia com grande alternância de estágios morfodinâmicos, que reflete a presença de uma zona de transporte de sedimentos muito intenso por ação de ondas até a profundidade de 0,90 m, uma zona de transporte significativo entre 0,90 e 5 m e uma zona de transporte incipiente para as profundidades maiores que 6 m. O transporte no sentido longitudinal, apresenta uma bidirecionalidade com uma pequena resultante para SE e em sentido transversal apresenta uma maior incidência de transporte da zona de surfe para a antepraia, caracterizando setores erosivos na Praia de Fora. Estes setores erosivos foram detectados em 58% da extensão da Praia de Fora com uma taxa média de 3,75 m por ano. Já em 14% da extensão da praia foi observado acresção e em 28% da praia não houve variação significativa da posição da linha de praia. As taxas médias de deposição chegaram a 1,75 m por ano. A sistematização de todos os resultados permitiu a elaboração de subsídios para o gerenciamento da Praia de Fora. São eles: análise dos riscos para a segurança de banhistas na praia, manejo de dunas, restrições a explotação de areia de fundo nas adjacências da Praia de Fora e delimitação submersa do Parque de Itapuã junto à cota batimétrica dos –6m. Esta delimitação aumentaria em aproximadamente 10.920 hectares ou 196 %, a área atual de preservação do Parque de Itapuã.

Um processo auto-documentável de geração de ontologias de domínio para dados semi-estruturados

Dados são disponibilizados através dos mais distintos meios e com os mais variados níveis de estruturação. Em um nível baixo de estruturação tem-se arquivos binários e no outro extremo tem-se bancos de dados com uma estrutura extremamente rígida. Entre estes dois extremos estão os dados semi-estruturados que possuem variados graus de estruturação com os quais não estão rigidamente comprometidos. Na categoria dos dados semiestruturados tem-se exemplos como o HTML, o XML e o SGML. O uso de informações contidas nas mais diversas fontes de dados que por sua vez possuem os mais diversos níveis de estruturação só será efetivo se esta informação puder ser manejada de uma forma integrada e através de algum tipo de esquema. O objetivo desta dissertação é fornecer um processo para construção de uma ontologia de domínio que haja como esquema representativo de diferentes conjuntos de informação. Estes conjuntos de informações podem variar de dados semi-estruturados a dados estruturados e devem referir-se a um mesmo domínio do conhecimento. Esta proposta permite que qualquer modelo que possa ser transformado no modelo comum de integração possa ser utilizado com entrada para o processo de integração. A ontologia de domínio resultante do processo de integração é um modelo semântico que representa o consenso obtido através da integração de diversas fontes de forma ascendente (bottom-up), binária, incremental, semi-automática e auto-documentável. Diz-se que o processo é ascendente porque integra o modelo que representa a fonte de interesse sobre a ontologia, é binário porque trabalha com dois esquemas a cada integração o que facilita o processo de documentação das integrações realizadas, é incremental porque cada novo esquema de interesse é integrado sobre a ontologia vigente naquele momento, é semiautomático porque considera a intervenção do usuário durante o processo e finalmente é autodocumentável porque durante o processo, toda integração de pares de conceitos semanticamente equivalentes é registrada. O fato de auto-documentar-se é a principal característica do processo proposto e seu principal diferencial com relação a outras propostas de integração. O processo de mapeamento utiliza, dos esquemas de entrada, toda a informação presente ou que possa ser inferida. Informações como se o conceito é léxico ou não, se é raiz e os símbolos que permitem deduzir cardinalidades são consideradas. No processo de integração são consideradas práticas consagradas de integração de esquemas de BDs, na identificação de relacionamentos entre objetos dos esquemas, para geração do esquema integrado e para resolução de conflitos. As principais contribuições desta dissertação são (i) a proposta de um metamodelo capaz de manter o resultado dos mapeamentos e das integrações realizadas e (ii) a especificação de um processo auto-documentável que de sustentação a auditoria do processo de integração.

Resolução de sistemas de equações lineares através de métodos de decomposição de domínio

A paralelização de métodos de resolução de sistemas de equações lineares e não lineares é uma atividade que tem concentrado várias pesquisas nos últimos anos. Isto porque, os sistemas de equações estão presentes em diversos problemas da computação cientí ca, especialmente naqueles que empregam equações diferenciais parciais (EDPs) que modelam fenômenos físicos, e que precisam ser discretizadas para serem tratadas computacionalmente. O processo de discretização resulta em sistemas de equações que necessitam ser resolvidos a cada passo de tempo. Em geral, esses sistemas têm como características a esparsidade e um grande número de incógnitas. Devido ao porte desses sistemas é necessária uma grande quantidade de memória e velocidade de processamento, sendo adequado o uso de computação de alto desempenho na obtenção da solução dos mesmos. Dentro desse contexto, é feito neste trabalho um estudo sobre o uso de métodos de decomposição de domínio na resolução de sistemas de equações em paralelo. Esses métodos baseiam-se no particionamento do domínio computacional em subdomínios, de modo que a solução global do problema é obtida pela combinação apropriada das soluções de cada subdomínio. Uma vez que diferentes subdomínios podem ser tratados independentemente, tais métodos são atrativos para ambientes paralelos. Mais especi camente, foram implementados e analisados neste trabalho, três diferentes métodos de decomposição de domínio. Dois desses com sobreposição entre os subdomínios, e um sem sobreposição. Dentre os métodos com sobreposição foram estudados os métodos aditivo de Schwarz e multiplicativo de Schwarz. Já dentre os métodos sem sobreposição optou-se pelo método do complemento de Schur. Todas as implementações foram desenvolvidas para serem executadas em clusters de PCs multiprocessados e estão incorporadas ao modelo HIDRA, que é um modelo computacional paralelo multifísica desenvolvido no Grupo de Matemática da Computação e Processamento de Alto Desempenho (GMCPAD) para a simulação do escoamento e do transporte de substâncias em corpos de águas.

O perfil constitucional das contribuições de intervenção no domínio econômico

Este trabalho dedica-se a identificar o perfil constitucional das contribuições de intervenção no domínio econômico, espécie tributária que ganhou relevo no cenário nacional nos últimos anos. Na primeira parte, serão analisadas as contribuições enquanto gênero, destacando-se a sua natureza e o regime jurídico, os parâmetros e os critérios que devem ser utilizados para o controle da validade da norma impositiva tributária, além da definição dos sujeitos passivos, materialidade, destino e finalidade. Uma classificação será apresentada ao final. A segunda parte será dedicada às contribuições interventivas enquanto espécie, sendo destacados o regime jurídico a ser observado e as finalidades que autorizam a instituição do tributo. São apresentados os pressupostos para a intervenção do Estado na economia, as modalidades existentes de contribuições de intervenção no domínio econômico e algumas questões relevantes, das quais podem-se destacar a imunidade, a cumulatividade, as agências regulamentadoras e a vinculação de receitas.

Análise de ecossistemas aquáticos através do método input-output : estudo de caso lagoa Itapeva (sistema lagunar costeiro do Rio Grande do Sul)

A enorme complexidade dos sistemas ecológicos tem sido uma grande barreira para a compreensão e o gerenciamento da problemática ambiental. Neste sentido a modelagem matemática é uma valiosa ferramenta, devido a sua capacidade de organizar as informações disponíveis sobre estes sistemas e de fazer previsões a seu respeito para diferentes condições. Desta forma a análise de sistemas naturais vem sendo abordada de diferentes maneiras, sendo que nas últimas décadas a teoria de ecossistemas expandiu-se e ramos específicos, que permitem seguir e predizer a evolução de ecossistemas, foram formulados. Um destes enfoques, conhecido como análise do fluxo de insumo-produto, pode ser utilizado para explicar o funcionamento e estrutura dos subsistemas de um ecossistema através da descrição dos fluxos de matéria ou energia. A análise do fluxo de insumo-produto pode ser representada através de dois modelos: o modelo determinístico ou o modelo estocástico, tendo sua origem em estudos de caso com o objetivo de analisar a econômica norte-americana, sendo uma extensão prática da teoria clássica de interdependência geral. Este trabalho faz uma abordagem sintética da evolução desta análise, avaliando dados teóricos e principalmente dados referentes à Lagoa Itapeva. A análise de input-output (determinística e estocástica) com o propósito de obter informações no que diz respeito aos fluxos (matéria e energia), é bastante simples; sendo que os modelos determinísticos se prestam melhor para traçar um panorama global e para obter projeções para as variáveis já os modelos estocásticos são mais complexos, mas provêem uma descrição mais acurada. Na Lagoa Itapeva os processos determinísticos demonstraram um baixo índice de ciclagem do carbono entre os três compartimentos em estudo e o fluxo preferencial na normalização corresponde ao compartimento dos produtores primários, isto decorre de não existir loop nos compartimentos em estudo e também não existir fluxos em dois sentidos. Em relação à avaliação estocástica foram observadas uma baixa relação no sentido espacial superfície-meio-fundo da lagoa, e uma boa distribuição espacial norte-centro-sul. Quanto à distribuição temporal, foi constatada uma baixa concordância entre os dados analisados e os dados reais quanto das análises realizadas em intervalos de tempo pequeno (horas) e uma boa concordância nas medidas feitas quando o intervalo foi significativo (meses). Também em relação à Lagoa Itapeva, foi verificado nas análises estocásticas, utilizando-se operadores espaciais, que como a dinâmica biológica nem sempre é linear, os organismos não podem acompanhar imediatamente e perfeitamente as mudanças do ambiente, resultando em tempos de residência de matéria significativamente baixo. Além da análise dos fluxos ligados a este ecossistema lagunar, foram desenvolvidas técnicas de correção e adaptação de dados referentes à amostragem ocorrida na Lagoa durante um ano de campanha. Assim, propõe-se uma nova perspectiva no uso desta metodologia de forma simples e de fácil manipulação matemática.

Integração semi-Lagrangeana num modelo oceano-atmosfera e ajuste geostrófico no domínio tempo

Este trabalho visa o uso da função de Green de valor inicial no ajuste geostrófico e do método Semi-Lagrangeano na integração de um modelo acoplado oceano-atmosfera descrito pelas equações de águas rasas. O ajuste geostrófico é considerado atravées de perturbações na pressão e do vento. No caso de sistemas sem rotação, é discutida a relação da equação hidrostática com ondas longas não-dispersivas. Com rotação, a conservação da vorticidade potencial permite escolher a elevação correspondente a um estado de equilíbrio geostrófico. O sistema de equações de águas rasas é desacoplado em equações de Klein-Gordon com valores iniciais e termos não-homogêneos acoplados. A resposta dinâmica formada pela resposta transiente e a resposta forçada é obtida para uma perturbação inicial da elevação. A ação do vento como forçante nas equações de momento 2D, através do transporte de Eckman, conduz a uma equação de águas rasas forçada. Uma decomposição da resposta forçada é realizada com uma resposta permanente, que satisfaz a equação de Helmholtz , e com o uso da base dinâmica gerada pela resposta impulso. Um modelo hidrodinâmico 3D introduzido por Casulli e governado por equações não-lineares de águas rasas é integrado na vertical para a obtenção de um modelo 2D. Com isto, as condições de contorno devido a tensão do vento e a fricção devido a topografia do fundo, transformam-se em forçantes do modelo. O modelo foi integrado com um método semi-implícito em diferenças finitas, utilizando-se o método Semi-Lagrangeano para a parte advectiva. Simulações simbólicas foram realizadas para o ajuste geostrófico devido a perturbações de duração infinita e finita para a elevação e para o efeito da tensão do vento. Foram realizadas simulações numéricas para variadas geometrias, em particular a Baia de Guanabara e a Lagoa do Patos.