Uma introdução às filas de espera

Esta tese trata de sistemas de filas de espera estudando o seu comportamento ao longo do tempo e quando se encontram em estado de equilíbrio. A tese é constituída por três grandes capítulos. Em primeiro lugar são apresentados alguns conceitos básicos da probabilidade, da estatística e de processos de estocásticos. São também descritas as condições e características necessárias para formar um sistema de filas de espera. Em seguida desenvolvemos vários tipos de sistemas de filas de espera markovianos, estudando várias características de cada modelo, entre elas o número esperado de clientes no sistema e na fila, o tempo esperado que um cliente aguarda no sistema e na fila, após o sistema estar em equilíbrio. Apresentamos também alguns gráficos e comparações. Por fim, fazemos uma abordagem a alguns sistemas de filas de espera não markovianos, com um estudo menos aprofundado, mas sempre tentando determinar as características que foram determinadas nos modelos markovianos.

Documentação da arquitectura de um sistema de software

Este documento é o relatório final de um projecto de Mestrado, da Universidade da Madeira em colaboração com a empresa Informar. O objectivo deste projecto consistiu na documentação da arquitectura de software do sistema ARQUO. O pacote de documentação, resultado final deste projecto, consiste na documentação das várias vistas aplicadas ao sistema e á documentação que se aplica a mais do que uma dessas vistas. A escolha do “template” a usar para documentar o sistema, a escolha das vistas, o estudo sobre a forma como modelar a informação de cada vista e a forma de apresentação do pacote de documentação foram os passos mais importantes do projecto.

Explorando a função quadrática com o software Geogebra numa turma do 10º ano

O presente relatório de estágio tem como objectivo principal descrever a minha reflexão geral do que foi o meu ano de estágio pedagógico e, também, uma análise e reflexão da minha experiência com a introdução das tecnologias de informação e comunicação (TIC), nomeadamente o software Geogebra, na aprendizagem dos alunos na temática da Função Quadrática do 10ºAno. Na minha reflexão do estágio, procurei transmitir tudo o que senti e aprendi nesta minha passagem pela Escola Básica e Secundária Dr. Ângelo Augusto da Silva, nomeadamente nas turmas um e quatro do 10ºAno e a turma um do 9º Ano de escolaridade enquanto que, na análise da experiência que efectuei, procurei compreender se as TIC foram ou não facilitadoras da aprendizagem dos meus alunos. A questão central deste meu estudo foi: (1) A introdução das TIC na aula de Matemática é imprescindível na aprendizagem do aluno? Para responder a esta questão utilizei uma investigação qualitativa. Desta forma recolhi os dados através de uma observação participante e, também da interpretação do meu orientador cooperante e da minha colega de estágio. Para completar a minha recolha de dados recorri a gravações em suporte audiovisual. Depois de uma análise profunda dos dados recolhidos pude concluir que: (i) a introdução das TIC na temática da Função Quadrática, nomeadamente o software Geogebra, foi uma mais-valia para a aprendizagem dos alunos do 10º1, não só por ser um instrumento motivador como também foi uma ferramenta facilitadora do seu processo de aprendizagem.

Interactive interface for stress relief

Every time more we hear in our everyday statements like "I'm stressed!", "Don´t worry me more than I am." But in what sense can we use technology to combat these congestions that we deal with daily? Well, one way would be to use technology to create objects, systems or applications that can spoil us and preferably be imperceptible by the user and, for this we have the ubiquitous computing and nurturant technologies. The ubiquitous computing is increasingly discussed as well as ways to make your computer more subtle in the view of the user, which is subject of research and development. The use of technology as a source of relaxation and spoil us is a strand that is being explored in the context of nurturant technologies. Accordingly, this thesis is focused on the development of an object and several applications with which we can interact. The object and applications have the purpose to spoil us and help us relax after a long day at work or in some situation more stressful. The object developed employs technologies like the use of accelerometers and the applications developed employs communications between computers and Web cameras. This thesis begins with a brief introduction to the areas of research and others that we can include in this thesis, such as ubiquitous computing and the nurturant technologies, providing yet general information on stress and ways to mitigate it. Later is described some of the work already done and that influenced this thesis as well as the prototypes developed and the experiences performed, ending with a general conclusion and future work.

Balance-bot

Research on inverted pendulum has gained momentum over the last decade on a number of robotic laboratories over the world; due to its unstable proprieties is a good example for control engineers to verify a control theory. To verify that the pendulum can balance we can make some simulations using a closed-loop controller method such as the linear quadratic regulator or the proportional–integral–derivative method. Also the idea of robotic teleoperation is gaining ground. Controlling a robot at a distance and doing that precisely. However, designing the tool to takes the best benefit of the human skills while keeping the error minimal is interesting, and due to the fact that the inverted pendulum is an unstable system it makes a compelling test case for exploring dynamic teleoperation. Therefore this thesis focuses on the construction of a two-wheel inverted pendulum robot, which sensor we can use to do that, how they must be integrated in the system and how we can use a human to control an inverted pendulum. The inverted pendulum robot developed employs technology like sensors, actuators and controllers. This Master thesis starts by presenting an introduction to inverted pendulums and some information about related areas such as control theory. It continues by describing related work in this area. Then we describe the mathematical model of a two-wheel inverted pendulum and a simulation made in Matlab. We also focus in the construction of this type of robot and its working theory. Because this is a mobile robot we address the theme of the teleoperation and finally this thesis finishes with a general conclusion and ideas of future work.

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.

Execução de túneis nas formações vulcânicas da Ilha da Madeira: o caso do túnel 1 da nova ligação Vasco Gil-Fundoa à cota 500

Este trabalho pretende contribuir para um melhor conhecimento ao nível da execução de túneis em formações vulcânicas, mais especificamente na Ilha da Madeira, visto esta região ter sido nos últimos anos palco da construção de inúmeros túneis rodoviários, que forneceram novos dados, experiencias e metodologias na execução de túneis em maciços vulcânicos. Assim sendo, esta tese foca inicialmente a geologia da Ilha da Madeira com o objectivo de dar a conhecer as características litológicas das rochas que compõem os maciços vulcânicos assim como é feita uma abordagem à história e evolução dos túneis existentes na região, com realce para os vários tipos de túneis executados e para os acidentes mais comuns que acontecem durante a escavação neste tipo de maciços. Depois são abordados os estudos geológicos e geotécnicos que são indispensáveis antes do inicio da execução dos túneis e também os métodos de escavação utilizados em maciços vulcânicos. É ainda abordado o estudo das vibrações causadas pelo uso de explosivos na escavação de túneis visto ser o método mais usado na região. Por fim é relatado o acompanhamento realizado durante a execução de um túnel na Ilha da Madeira, com particular destaque ao estudo das vibrações causadas devido à detonação de explosivos.

Simulação do comportamento espectral de redes de período longo em fibra óptica

Esta tese é dedicada às redes de período longo, LPG’s, em fibra óptica, escritas por exposição a radiação ultravioleta (UV) ou por exposição a descargas eléctricas, e às suas aplicações em comunicações ópticas e em sistemas sensores. Numa primeira fase estudaram-se os aspectos teóricos fundamentais para a compreensão das LPG, nomeadamente os dois modelos matemáticos propostos na literatura, para a transmissão espectral de uma LPG, o modelo de duas camadas e o modelo de três camadas. Em seguida, estudou-se o deslocamento do comprimento de onda ressonante perante mudanças de parâmetros externos. Aqui, verificou-se que para variações da temperatura no exterior da LPG, o deslocamento do comprimento de onda ressonante é linear. Por outro lado, para variações de índice de refracção exterior, verificou-se que à medida que o índice exterior se aproxima dos valores do índice de refracção da bainha, o comprimento de onda ressonante tende para valores mais baixos. Por último, realizou-se um estudo da transmissão espectral de duas aplicações que envolvem LPG’s, nomeadamente dois tipos de interferómetros e filtros ópticos. Numa segunda fase, foi desenvolvida uma ferramenta de simulação destes modelos, que permitia não só a obtenção dos espectros de transmissão das LPG’s mas também a obtenção das curvas de phase matching em função do período da rede e do comprimento de onda ressonante. A aplicação permitia também a obtenção das curvas do deslocamento do comprimento de onda ressonante, perante variações do índice de refracção exterior ou da temperatura. Para além disso, essa ferramenta realiza a simulação dos espectros de transmissão de filtros ópticos e de interferómetros de Michelson e de Mach-Zehnder construídos com base em LPG’s. A última fase do trabalho, a componente laboratorial, foi realizada na Unidade de Optoelectrónica e Sistemas Electrónicos do INESC Porto, onde foram construídos e testados os dispositivos estudados anteriormente, com o intuito de validar a aplicação desenvolvida. A ferramenta de simulação demonstrou ser capaz de simular de forma adequada os diversos aspectos do comportamento das LPG’s que foram estudados. A comparação dos resultados obtidos permitiu concluir que o modelo mais correcto para o estudo das LPG’s é o modelo de três camadas, o que está de acordo com o esperado.

Argilas modificadas como catalisadores ácidos sólidos

Important bentonitic deposits are present in Porto Santo Island, part of the Madeira Archipelago. Several locations were selected and samples were collected and characterised. The bentonite obtained at Serra de Dentro (SD) was selected for further laboratorial work. The fine fraction of SD bentonite was purified using several methods and the sodium homoionic form was prepared. This was the starting material used in the three generic types of modifications: metal exchange, acid activation and pillaring. These modifications produce materials with markedly different acidic (e.g. Brönsted and/or Lewis acidity), textural (e.g. increase of the surface area and active site accessibility) or structural (e.g. creation of permanent porous structures) properties. The wide range of materials obtained (including reference clays counterparts) was characterised in terms of chemical, structural, textural and catalytic properties. Limonene is an important raw material produced in Portugal, and its aromatisation reaction was chosen for the catalytic characterisation of the clay catalysts prepared.

Padrões de aleatoriedade na modelação do acaso

A soma de variáveis aleatórias com número de parcelas é aleatório, para além do evidente interesse conceptual e teórico, tem larga ressonância na investigação do processo de risco e em processos de ramificação. Reformulamos a teoria de Panjer (1981), que permite o cálculo iterativo do risco agregado, com o recurso a valores médios de uniformes, descrevendo uma extensão da classe de Panjer, e estudando em detalhe a equação funcional que a caracteriza. Aplicamos essas ideias na caracterização de aleatoriedade discreta, exemplificando com o comportamento das fêmeas de pássaros que investem na promiscuidade de parceiros para garantir a diversidade genética da progénie, tendo no entanto o cuidado de manter as aparências de fidelidade, para garantir a cooperação do parceiro no sucesso da ninhada. Apresentamos as transformadas de Laplace e funções geradoras numa perspectiva que leva a uma introdção natural de transformadas de Pareto, cuja relevância exemplificamos.

Estudo e avaliação das componentes térmicas na utilização de energia em edifícios

Este trabalho tem por objectivo desenvolver eimplementar metodologias relacionadas com a temática de térmica de edifícos, no sentido dequantificar e optimizar as perdas e ganhos decalor e os consumos de energia associados aosedifícios. Com base na teoria de transferência de calor e massa, foram construídos programas de cálculo numérico para simular, em regime estacionário (permanente) e não estacionário (transiente), os fluxos de calor e a distribuição das temperaturas em diferentes tipos de paredes comummente encontradas em Portugal e em particular na Região Autónoma da Madeira. Estes resultados permitiram analisar a eficácia dos diversos tipos de paredes estudadas bem como o risco de condensação em algumas dessas situações. Para além deste estudo houve a preocupação de desenvolver uma metodologia de análise económica relacionada com a espessura de isolamento a aplicar. Foram igualmente estudadas algumas medições simples de conservação de energia cuja implementação em edifícios será facilmente ustificada atendendo aos baixos períodos de retorno de investimento geralmente associados a estas medidas. Como resultado deste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta de cálculo cuja aplicaçãovai permitir não só estimar o risco decondensação mas igualmente o campo de temperaturas no interior das paredes ao longo do período de tempo considerado, visando a optimização de soluções de isolamento térmico versus condições de conforto recomendadas.

Sistema de interrogação de sensores bioquímicos

Este documento reporta as fases de concepção, desenvolvimento e teste de uma unidade autónoma de interrogação de sensores bioquímicos, de custo reduzido e de fácil utilização, baseado na espectroscopia no domínio das frequências. Com este protótipo, é possível efectuar medições de concentrações bioquímicas de diferentes compostos, de acordo com a cabeça sensora utilizada. Devido ao número e à complexidade dos equipamentos de bancada necessários num esquema tradicional, este tipo de medições pode implicar um custo bastante elevado. Daí a importância deste projecto no desenvolvimento de uma alternativa que seja economicamente viável, utilizando novas técnicas de medição. Inicialmente este projecto começou por uma pesquisa significativa dos componentes electrónicos necessários para o desenvolvimento do sistema, seguindo-se uma escolha detalhada do material, de acordo com as características desejadas para o sistema. Um dos factores mais relevantes deste trabalho foi a introdução da instrumentação virtual, utilizada para controlar por intermédio de uma placa de aquisição de dados (DAQ), as componentes electrónicas do sistema e na implementação de um “lock-in” virtual, sendo este responsável pela recuperação dos sinais “enterrados” no ruído de fundo. O sistema desenvolvido é composto pelos seguintes módulos: O módulo de alimentação, que fornece as tensões e correntes para o funcionamento do sistema, o módulo de geração e modulação utilizado para gerar o sinal modulador e fornecer corrente ao LED, o módulo de detecção e amplificação, que recebe e eleva o nível do sinal emitido pela amostra, e por fim, o módulo de controlo e processamento, que recolhe esse sinal através da DAQ e processa-o por intermédio do “lock-in” virtual. Para avaliar o desempenho do sistema de interrogação foi estudada a resposta de um complexo de rutênio luminescente a diferentes temperaturas. São apresentados resultados em que o sistema desenvolvido é comparado com um sistema padrão e caracterizado face aos parâmetros do “lock-in” virtual, demonstrando-se as suas possibilidades e limitações.

Sistema automático de prevenção de úlceras por pressão

As úlceras por pressão são um problema de saúde pública que tem vindo a centrar a atenção da comunidade científica da área da saúde. Em consonância, a prevenção constitui um aspecto fulcral do seu controlo. Esta dissertação centra-se na prevenção deste flagelo, desenvolvendo um protótipo para estudo da prevenção das úlceras por pressão através de sistemas de sensores. Um olhar sobre a temperatura corporal e a pressão, enquanto factores etiológicos, levou à construção de um sistema de monitorização destas variáveis. O sistema de monitorização é constituído pela matriz de sensores, pelo circuito de aquisição de dados da matriz, por um microcontrolador que percorre cada um dos nós da matriz, por um sistema de transmissão sem fios e um software de visualização dos dados da matriz. A matriz de sensores, aplicada numa superfície de contacto, cadeira ou cama, está associada a um computador e a um nó sensor sem fios, para que a informação relativa a cada doente possa ser visualizada local e remotamente. Local, porque os dados de temperatura e pressão podem ser acedidos na unidade de cuidados e remotamente, pois a informação enviada sem fios através de um nó XBee, pode ser acedida num computador central, noutra sala, permitindo a monitorização, interpretação e registo dos dados. São apresentadas, neste trabalho, as matrizes de temperatura, uma com 64 sensores (8x8), que serviu de base à construção do circuito de aquisição de dados, outra com 256 sensores (16x16) de temperatura e ainda uma matriz de pressão. Para a matriz de sensores de pressão de 16x16, foram construídos manualmente cada um dos 256 sensores. Foi criado o software de visualização dos dados, obtidos da matriz, utilizando o MatLab, através do qual o utilizador final do sistema poderá aceder aos dados gráfica e numericamente. A aplicação do sistema desenvolvido permitirá medir, em situação de contacto, as alterações da temperatura da pele e pressão, factores estes associados à detecção precoce de úlceras de pressão.

JML- Based formal development of a Java card application for managing medical appointments

Although formal methods can dramatically increase the quality of software systems, they have not widely been adopted in software industry. Many software companies have the perception that formal methods are not cost-effective cause they are plenty of mathematical symbols that are difficult for non-experts to assimilate. The Java Modelling Language (short for JML) Section 3.3 is an academic initiative towards the development of a common formal specification language for Java programs, and the implementation of tools to check program correctness. This master thesis work shows how JML based formal methods can be used to formally develop a privacy sensitive Java application. This is a smart card application for managing medical appointments. The application is named HealthCard. We follow the software development strategy introduced by João Pestana, presented in Section 3.4. Our work influenced the development of this strategy by providing hands-on insight on challenges related to development of a privacy sensitive application in Java. Pestana’s strategy is based on a three-step evolution strategy of software specifications, from informal ones, through semiformal ones, to JML formal specifications. We further prove that this strategy can be automated by implementing a tool that generates JML formal specifications from a welldefined subset of informal software specifications. Hence, our work proves that JML-based formal methods techniques are cost-effective, and that they can be made popular in software industry. Although formal methods are not popular in many software development companies, we endeavour to integrate formal methods to general software practices. We hope our work can contribute to a better acceptance of mathematical based formalisms and tools used by software engineers. The structure of this document is as follows. In Section 2, we describe the preliminaries of this thesis work. We make an introduction to the application for managing medical applications we have implemented. We also describe the technologies used in the development of the application. This section further illustrates the Java Card Remote Method Invocation communication model used in the medical application for the client and server applications. Section 3 introduces software correctness, including the design by contract and the concept of contract in JML. Section 4 presents the design structure of the application. Section 5 shows the implementation of the HealthCard. Section 6 describes how the HealthCard is verified and validated using JML formal methods tools. Section 7 includes some metrics of the HealthCard implementation and specification. Section 8 presents a short example of how a client-side of a smart card application can be implemented while respecting formal specifications. Section 9 describes a prototype tools to generate JML formal specifications from informal specifications automatically. Section 10 describes some challenges and main ideas came acrorss during the development of the HealthCard. The full formal specification and implementation of the HealthCard smart card application presented in this document can be reached at https://sourceforge.net/projects/healthcard/.

WebSketch

Actualmente o desenvolvimento de aplicações baseadas na Web é uma área em crescimento exponencial, graças aos benefícios que estas trouxeram consigo. Com a crescente utilização da Web e a sua evolução como plataforma, surgiram novas tecnologias que vieram revolucionar o desenvolvimento de aplicações sobre esta plataforma. Com interfaces mais ricas e consequentemente mais dinâmicas, este tipo de aplicações assemelham-se às típicas aplicações Desktop com a diferença que estão a ser executadas em um ambiente completamente distinto, um ambiente partilhado e de fácil acesso, sendo o browser a aplicação universal de acesso a qualquer aplicação Web. Designadas serviços, as aplicações Web fornecem funcionalidades semelhantes às das aplicações Desktop, sendo na maioria das vezes software gratuito. Sendo a Google a grande pioneira nesta área, outras grandes entidades viram aqui a oportunidade de distribuir o seu software de uma forma fácil e barata, ficando esta de imediato disponível a milhões de utilizadores. Embora as aplicações Web se assemelhem às aplicações Desktop, ao seu processo de desenvolvimento surgem um conjunto de novos desafios provocados pelo facto de estas se encontrarem em um ambiente completamente distinto.