Monitorização ambiental em espaços florestais com rede de sensores sem fios

O objectivo deste projecto é desenvolver um sistema de monitorização florestal recorrendo às Redes de Sensores sem Fios. Para a monitorização florestal foi desenvolvido um protótipo cuja função é obter periodicamente os valores de temperatura, humidade, luminosidade, tensão nas baterias e a indicação do nível de sinal de rádio frequência recebido (RSSI- Received Signal Strength Indicator). O equipamento referido foi instalado num ambiente exterior, com características semelhantes à de interesse de modo a permitir avaliar os efeitos do ambiente no desempenho da rede. O funcionamento das Redes de Sensores sem Fios, baseadas no protocolo ZigBee, foi estudado e depois aplicado para transmitir os valores obtidos. Os dados referidos percorrem a rede ZigBee até alcançar a estação base, que tem como função processar, manipular, armazenar numa base de dados e disponibilizar os dados em tempo real através de uma página de Internet. Como os dados são armazenados é sempre possível efectuar uma consulta à base de dados para realização de estudos e estatísticas. Tendo em conta a capacidade limitada dos sistemas de armazenamento de energia utilizados em ambientes exteriores, foi desenvolvido um algoritmo que permite comutar os dispositivos na rede ZigBee de router para end-device e vice-versa, de modo a diminuir o consumo de energia e aumentar o tempo de vida da rede. Este algoritmo foi testado numa situação em que os nós sensores estão colocados em linha, existindo um único salto entre os mesmos.

Sistema de Comunicações para as Ilhas Desertas

Esta dissertação tem como principal objectivo, propor um sistema de comunicações para as Ilhas Desertas que vise atender às necessidades expostas pelo PNM - Parque Natural da Madeira. Localizadas a 22 milhas marítimas do Funchal, as ilhas Desertas não dispõem de cobertura da rede móvel GSM - Global Standard for Mobile, nem de qualquer outra infra-estrutura de comunicações que permita a comunicação entre os vigilantes e a estação de serviço - doca. Esta falta de comunicação torna-se mais problemática aquando da realização de acções de fiscalização e vigilância, já que em caso de acidente não será possível pedir auxílio. Dada esta realidade propomos a criação de uma rede de rádio móvel terrestre para as Ilhas Desertas, com a instalação de vários repetidores UHF no topo das ilhas. O projecto desta rede será fundamentado com a realização de um estudo de cobertura para as três ilhas que incluirá a avaliação e análise de vários modelos de propagação. Esta análise é realizada com recurso a duas ferramentas de software, Radio-Mobile e DifractionLoss, tendo este último sido desenvolvido no âmbito desta dissertação. De forma a melhorar a cobertura da rede GSM na estação de serviço do PNM na Deserta Grande, sugerem-se duas soluções: a primeira consiste na instalação de um repetidor GSM de frequência deslocada e a segunda na instalação de uma NanoBTS. Além da falta de comunicação na área das ilhas Desertas, a falta de comunicação com a ilha da Madeira é também uma realidade. Perante esta situação sugere-se a criação de uma ligação por feixes hertzianos de alta frequência entre a estação de serviço do PNM na Deserta Grande e a sede do PNM, localizada na zona do Jardim Botânico na Ilha da Madeira. O projecto desta ligação apresenta um planeamento e dimensionamento de acordo com as necessidades apresentadas pelo PNM, assim como um estudo de propagação baseado num procedimento teórico e em simulações de software. É também proposto um sistema de videovigilância controlado remotamente com o objectivo de permitir a monitorização remota dos lobos-marinhos.

Implementação em hardware de uma Rede Neuronal com ummicroprocessador embebido em FPGA

O objectivo deste trabalho é a implementação em hardware de uma Rede Neuronal com um microprocessador embebido, podendo ser um recurso valioso em várias áreas científicas. A importância das implementações em hardware deve-se à flexibilidade, maior desempenho e baixo consumo de energia. Para esta implementação foi utilizado o dispositivo FPGA Virtex II Pro XC2VP30 com um MicroBlaze soft core, da Xilinx. O MicroBlaze tem vantagens como a simplicidade no design, sua reutilização e fácil integração com outras tecnologias. A primeira fase do trabalho consistiu num estudo sobre o FPGA, um sistema reconfigurável que possui características importantes como a capacidade de executar em paralelo tarefas complexas. Em seguida, desenvolveu-se o código de implementação de uma Rede Neuronal Artificial baseado numa linguagem de programação de alto nível. Na implementação da Rede Neuronal aplicou-se, na camada escondida, a função de activação tangente hiperbólica, que serve para fornecer a não linearidade à Rede Neuronal. A implementação é feita usando um tipo de Rede Neuronal que permite apenas ligações no sentido de saída, chamado Redes Neuronais sem realimentação (do Inglês Feedforward Neural Networks - FNN). Como as Redes Neuronais Artificiais são sistemas de processamento de informações, e as suas características são comuns às Redes Neuronais Biológicas, aplicaram-se testes na implementação em hardware e analisou-se a sua importância, a sua eficiência e o seu desempenho. E finalmente, diante dos resultados, fez-se uma análise de abordagem e metodologia adoptada e sua viabilidade.

Idosos em internamento hospitalar com dificuldades de reinserção sócio-familiar: análise multidimensional na Região Autónoma da Madeira

O presente estudo, de natureza exploratória, descritiva e correlacional, pretende compreender e possibilitar a reflexão sobre os aspetos que possam ser predicativos da situação em que se encontram os idosos hospitalizados na Região Autónoma da Madeira (RAM) com dificuldades de reinserção social - denominadas por “altas problemáticas”. Para o efeito foram estudadas a componente cognitiva ( Mini Mental State Examination), a dependência nas atividades de vida ( Indíce de Barthel) e a rede de suporte social (Lubben). Correlacionamos estas variáveis e as variáveis sociodemográficas de forma a analisarmos a significância das relações. A população é constituída pela totalidade dos idosos hospitalizados (97) dos quais participaram 94. A maioria dos inquiridos é do género feminino (68%), com idades entre os 60 e 97 anos e com uma média de 82 anos, hospitalizados no serviço de Medicina (87,6%) e provenientes do concelho do Funchal (52,6%). A maioria dos participantes (80,9%) é totalmente dependente para as atividades de vida diária e 75,5% apresentam uma rede social muito limitada, sendo que, os homens têm menor rede de apoio social do que as mulheres (96,6%). Dos 18 idosos que não têm dependência total, 72,2% apresentam défice cognitivo. Os resultados apontam para uma correlação não significativa nesta população, nas variáveis estudadas. Aferimos que entre os idosos com dependência moderada, 50% tem rede social menos limitada enquanto que nos restantes níveis de dependência apresenta com maior frequência uma rede social muito limitada e que a ocorrência das altas problemáticas acontecem independentemente do acumular de situações com dependência e défice cognitivo. Resultado idêntico apuramos, na relação estudada entre o défice cognitivo e a rede de apoio social, uma vez que podemos afirmar que não existe associação entre a presença de défice cognitivo e rede social de apoio, pois 60% dos idosos sem défice cognitivo apresentam uma rede social muito limitada e 69% dos idosos com défice cognitivo apresentam resultado similar. Constata-se, assim que apesar de não serem observados coeficientes de correlação significativos, os parâmetros estudados indicam que um idoso pode incorrer numa situação de alta problemática independentemente do grau de dependência, rede social e/ ou presença de défice cognitivo, sem que seja possível aferir do efeito aditivo destes fatores.

Estudo exploratório sobre os efeitos do treino aeróbio e do destreino específico na frequência cardíaca de um adulto destreinado

Este estudo tem como objetivos analisar os efeitos induzidos pelo treino aeróbio e pelo destreino específico na capacidade de desenvolver esforço e na frequência cardíaca (FC). O estudo foi realizado num indivíduo adulto do sexo masculino, sub-treinado. O trabalho realizou-se em duas fases: na primeira, com uma duração de 6 semanas, foram realizados dois programas de treino aeróbio, assentes fundamentalmente em corrida contínua. Na segunda, com uma duração de 4 semanas, o indivíduo foi sujeito a um período de destreino específico. Utilizamos o protocolo de Bruce, como teste de avaliação, para os 3 momentos de controlo: (i) para a avaliação inicial, (ii) para a avaliação dos efeitos dos programas de treino aeróbio, e (iii) para a avaliação dos efeitos do programa de destreino específico. Em todos os momentos de avaliação foram monitorizadas quatro categorias da FC (FC de repouso, FC submáxima, FC máxima e FC de recuperação), que foram adotadas no nosso estudo como indicadores dos efeitos dos programas de treino aeróbio e do destreino específico. Tendo em conta os resultados obtidos nos momentos de avaliação, foi possível mostrar que o sujeito estudado apresentou, na primeira fase do trabalho, melhorias evidentes na capacidade de prolongar o esforço (+8,05%), melhorias estas sustentadas pela menor FC submáxima (-2,6%) observada em prova de avaliação. Relativamente à segunda fase, referente ao período de destreino, o indivíduo em estudo não apresentou reduções manifestas na capacidade de desenvolver esforço, comparativamente ao segundo momento de avaliação (o decréscimo foi de -1,2%). Verificou-se um aumento muito ténue da FC submáxima (+0,2%) e da capacidade de recuperação após o esforço (+0,36%).

Interoperabilidade e otimização da gestão de redes com a framework NSDL

As redes de computadores cresceram nas últimas décadas em diversidade e complexidade,sempre procurando manter um nível elevado de qualidade na comunicação. Atualmente existe uma variedade de ferramentas para a gest~ao de redes que cobrem de forma completa ou parcial as diferentes etapas do ciclo de vida dessas redes. Dadas a dimensão e heterogeneidade dessas redes, o seu desenvolvimento e operação são tarefas que envolvem um número crescente de ferramentas, o que induz a uma maior complexidade. Além do mais, a maior parte das ferramentas existentes s~ao independentes e incompatíveis, tornando a tarefa dos arquitetos e dos gestores de redes mais difícil. Dessa forma, é identificada a necessidade de uma abstraãoo ou abordagem genérica que permita a interoperabilidade entre diferentes ferramentas/ambientes de rede de forma a facilitar e otimizar a sua gestão. O trabalho apresentado nesta tese introduz a proposta e a implementação de uma framework para a integração de diferentes ferramentas heterogéneas de rede dando suporte Da criação de um ambiente de gestão que cubra o ciclo de vida de uma rede de comunica ção. A interoperabilidade proporcionada pela framework é implementada através da proposta de uma nova linguagem para a descrição de redes e de todos os seus componentes, incluindo a informação da topologia e dos contextos onde a rede pode existir. As demais contribuições desta tese estão relacionadas com (i) a implementação de algumas ferramentas de gestão para dar suporte há construção de cenários de rede utilizando a linguagem proposta, e (ii) a modelação de vários cenários de rede com tecnologias diferentes, incluindo aspetos de Qualidade de Serviço, para a validação da utilização da framework proposta para proporcionar a interoperabilidade entre diferentes ferramentas de gestão de redes. A linguagem proposta para a descrição de redes preocupou-se com a descrição dos cenários de rede dando suporte das diferentes fases da existência dessa rede, desde o seu projeto até a sua operação, manutenção e atualização. Uma vantagem desta abordagem de permitir a coexistência de diversas informações de utilização da rede numa única descrição, mantendo cada uma independente das restantes, o que promove a compatibilidade e a reutilização das informações de forma direta entre as ferramentas, ultrapassando assim a principal limitação detetada nas linguagens e ferramentas existentes e reforçando as possibilidades de interoperabilidade.

Otimização de microprodução em redes inteligentes de energia

As energias renováveis têm-se tornado uma alternativa viável e complementar aos combustíveis fósseis, pelo facto de serem energias virtualmente inesgotáveis, limpas e economicamente vantajosas. Um dos principais problemas associados às fontes de energia renováveis é a sua intermitência. Este problema impossibilita o controlo da produção de energia e reflete-se na qualidade da energia elétrica. Em sistemas de microprodução de energia, este problema pode ser atenuado com a inclusão de sistemas de armazenamento intermédio que possibilitam o armazenamento do excedente extraído das fontes renováveis, podendo ser utilizado como recurso auxiliar na alimentação de cargas ou como meio de estabilização e otimização do desempenho da Rede Elétrica de Energia (REE), evitando variações bruscas na energia transferida para a mesma. Os sistemas de microprodução com armazenamento intermédio podem ser considerados fundamentais na implementação do conceito de Rede Inteligente de Energia (RIE), visto serem sistemas de energia descentralizados que permitem uma melhor gestão da energia elétrica e uma consequente redução de custos. No presente trabalho desenvolveu-se um sistema de microprodução de energia renovável compatível com as fontes renováveis fotovoltaica e eólica, possuindo um banco de baterias como sistema de armazenamento intermédio. A construção deste sistema teve como principal objetivo seguir as referências de potência impostas pela RIE, independentemente das condições meteorológicas, com recurso à energia armazenada nas baterias, evitando a introdução de perturbações na REE ao nível da tensão e da frequência. Estudou-se o comportamento do sistema na ocorrência de variações bruscas da fonte renovável, perturbações na tensão da REE e introdução de cargas lineares e não lineares. Foi desenvolvido um protótipo experimental com painéis fotovoltaicos, no qual foram registados os valores de alguns parâmetros da qualidade da energia elétrica. Obteve-se uma resposta de aproximadamente 25 μs por parte das baterias para cada Watt de potência requisitado pela RIE.

Sistema de gestão de rega com uma rede de sensores sem fios

Este projeto descreve a criação de um sistema de gestão de rega aplicado à agricultura, baseado numa rede de sensores sem fios (RSSF), e apresenta a implementação de um sistema para captação de energia, nomeadamente, um gerador hídrico segundo os modelos de pás do tipo hélice, para além da utilização de painéis solares. O sistema de gestão de rega consiste num protótipo de monitorização que permite o controlo dos atuadores (válvulas), de modo a ligar e desligar os canais de rega conectados a um reservatório de água, com base na informação monitorizada pelos nós sensores do solo. Assim, o sistema desenvolvido otimiza a quantidade de água aplicada ao cultivo, oferecendo as condições ideais para o correto desenvolvimento dos mesmos. Inicialmente realizou-se um estudo sobre os tipos de sensores utilizados no setor agricultura. Posteriormente verificou-se o funcionamento das RSSF, baseado no protocolo ZigBee, de modo a compreender o envio dos dados dos nós sensores para a estação base. A otimização do consumo energético das RSSF foi outro dos desafios tidos em consideração neste projeto, uma vez que, atualmente, a alimentação dos nós sensores em ambientes exteriores, na sua maioria, é realizada por baterias, o que limita o nível de longevidade do sistema. Desta forma, foi necessário desenvolver um sistema que possibilite a captação da energia gerada pelo meio envolvente (ex. energia hídrica, e solar), capaz de prolongar a longevidade dos nós sensores a nível energético. O sistema desenvolvido contém uma estação meteorológica alimentada por um painel solar fotovoltaico, dois nós sensores de monitorização dos parâmetros do solo, também alimentados por painéis solares fotovoltaicos, um nó atuador alimentado por um gerador hídrico e uma aplicação web para a visualização dos dados em tempo real. O protótipo referido foi instalado em ambiente exterior, com características semelhantes às de interesse, de modo a ter em consideração os efeitos do ambiente no sistema, nomeadamente, a proteção do equipamento em situações de ocorrência de intempéries.

Projeto e gestão de redes de transmissão e sistemas auxiliares

Neste relatório de estágio, entregue para obtenção do grau de mestre, é elaborado um sistema de registo e tratamento de alarmes em paralelo com a especificação e implementação de um sistema protótipo de recolha de alarmes em armários exteriores, para otimização da gestão da rede da Portugal Telecom (PT). O início do projeto agrupa o contato com as tecnologias de transmissão e alarmística da rede através do estado da arte e estudo dos equipamentos existentes, sobretudo Synchronous Digital Hierarchy (SDH) no que concerne aos débitos, à interligação de tecnologias, à sua monitorização e configuração. É indicado, ao longo do procedimento prático, o trabalho elaborado para a concentração dos dados do departamento numa única plataforma, disponibilizada aos utilizadores, a qual também é capaz de realizar um cruzamento dos alarmes da rede com os padrões encontrados para a ocorrência de determinados alarmes. O módulo implementado para a recolha de alarmes, que satisfaz um dos problemas de adaptação de estruturas remodeladas, é igualmente descrito, atendendo às necessidades de implementação e requisitos impostos pela empresa. O estudo das estruturas núcleo existentes, o acompanhamento do projeto de monitorização de alarmes de uma área de agregação de serviços e o desenvolvimento do trabalho são realizados através do gabinete de projeto e gestão de rede do departamento de operações da Madeira. Os resultados favorecem a Portugal Telecom em termos de atualização da sua estrutura de monitorização de alarmes, aumento da eficiência de resolução de problemas e optimização da gestão de recursos humanos.

Sistema de monitorização de defeitos na rede de energia elétrica de média tensão

Nesta dissertação de Mestrado em Engenharia Eletrotécnica – Telecomunicações desenvolveu-se um sistema de monitorização de defeitos de uma rede de energia elétrica de média tensão, para melhorar a qualidade de serviço do fornecimento de energia elétrica. O sistema deteta e indica a localização da respetiva falha, que impede o funcionamento de uma parte da rede, também interliga todos os sensores instalados na rede a um ponto central que recebe toda a informação proveniente dos sensores, e ajuda na tomada de decisão. Neste trabalho de dissertação fez-se o estudo e descrição das redes de energia elétrica, realçando a topologia, o modo de operação e parâmetros de qualidade. Assinalou-se também os principais defeitos que podem ocorrer na rede de média tensão. Apresentou-se, ao nível comercial, soluções para mitigar o problema alvo de estudo. Explorou-se, num ambiente de simulação, soluções de deteção dos defeitos da rede, tendo sido desenvolvidos três sistemas distintos: sistema A, sistema B e sistema C. Sistema A que monitoriza o valor nominal da corrente elétrica em cada troço da rede elétrica, sistema B com a monitorização do valor da corrente elétrica em cada posto de transformação e sistema C que compara as correntes no inicio e final de cada troço da rede elétrica, verificando se há alguma discrepância entre ambas. Após a análise e simulação das soluções descreve-se o procedimento realizado para criar um protótipo de um sistema de monitorização. Começou-se por testar, individualmente, os sensores de corrente, circuito de condicionamento, microcontroladores e sistema Scada, usado para a visualização dos dados. Posteriormente, elaborou-se manuais de utilização de forma a auxiliar o sistema em trabalhos futuros que venham dar continuidade a este trabalho. Para validar a análise teórica e confirmar os resultados da simulação, testou-se experimentalmente o sistema de deteção C. Confirmou-se que o sistema de monitorização de defeitos é capaz de detetar e localizar a avaria presente na rede de energia elétrica.