Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Joint Information and Jamming Beamforming for Secrecy Rate Maximization in Cognitive Radio Networks

In this paper, we consider the secure beamforming design for an underlay cognitive radio multiple-input singleoutput broadcast channel in the presence of multiple passive eavesdroppers. Our goal is to design a jamming noise (JN) transmit strategy to maximize the secrecy rate of the secondary system. By utilizing the zero-forcing method to eliminate the interference caused by JN to the secondary user, we study the joint optimization of the information and JN beamforming for secrecy rate maximization of the secondary system while satisfying all the interference power constraints at the primary users, as well as the per-antenna power constraint at the secondary transmitter. For an optimal beamforming design, the original problem is a nonconvex program, which can be reformulated as a convex program by applying the rank relaxation method. To this end, we prove that the rank relaxation is tight and propose a barrier interior-point method to solve the resulting saddle point problem based on a duality result. To find the global optimal solution, we transform the considered problem into an unconstrained optimization problem. We then employ Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno (BFGS) method to solve the resulting unconstrained problem which helps reduce the complexity significantly, compared to conventional methods. Simulation results show the fast convergence of the proposed algorithm and substantial performance improvements over existing approaches.

I/Q imbalance in two-way AF relaying: Power allocation and performance analysis

We investigate the performance of dual-hop two-way amplify-and-forward (AF) relaying in the presence of inphase and quadrature-phase imbalance (IQI) at the relay node. In particular, the effective signal-to-interference-plus-noise ratio (SINR) at both sources is derived. These SINRs are used to design an instantaneous power allocation scheme, which maximizes the minimum SINR of the two sources under a total transmit power constraint. The solution to this optimization problem is analytically determined and used to evaluate the outage probability (OP) of the considered two-way AF relaying system. Both analytical and numerical results show that IQI can create fundamental performance limits on two-way relaying, which cannot be avoided by simply improving the channel conditions.

Integrated Optimal Power Flow for Distribution Networks in Local and Urban Scales

This paper develops an integrated optimal power flow (OPF) tool for distribution networks in two spatial scales. In the local scale, the distribution network, the natural gas network, and the heat system are coordinated as a microgrid. In the urban scale, the impact of natural gas network is considered as constraints for the distribution network operation. The proposed approach incorporates unbalance three-phase electrical systems, natural gas systems, and combined cooling, heating, and power systems. The interactions among the above three energy systems are described by energy hub model combined with components capacity constraints. In order to efficiently accommodate the nonlinear constraint optimization problem, particle swarm optimization algorithm is employed to set the control variables in the OPF problem. Numerical studies indicate that by using the OPF method, the distribution network can be economically operated. Also, the tie-line power can be effectively managed.

Dimensionality hyper-reduction and machine learning for dynamical systems with varying parameters

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Machine learning and data decompositions for complex networked dynamical systems

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Problems in Algebraic Vision

Thesis (Ph.D.)--University of Washington, 2016-08

Dynamic Resource Allocation in Wireless Heterogeneous Networks

Deployment of low power basestations within cellular networks can potentially increase both capacity and coverage. However, such deployments require efficient resource allocation schemes for managing interference from the low power and macro basestations that are located within each other’s transmission range. In this dissertation, we propose novel and efficient dynamic resource allocation algorithms in the frequency, time and space domains. We show that the proposed algorithms perform better than the current state-of-art resource management algorithms. In the first part of the dissertation, we propose an interference management solution in the frequency domain. We introduce a distributed frequency allocation scheme that shares frequencies between macro and low power pico basestations, and guarantees a minimum average throughput to users. The scheme seeks to minimize the total number of frequencies needed to honor the minimum throughput requirements. We evaluate our scheme using detailed simulations and show that it performs on par with the centralized optimum allocation. Moreover, our proposed scheme outperforms a static frequency reuse scheme and the centralized optimal partitioning between the macro and picos. In the second part of the dissertation, we propose a time domain solution to the interference problem. We consider the problem of maximizing the alpha-fairness utility over heterogeneous wireless networks (HetNets) by jointly optimizing user association, wherein each user is associated to any one transmission point (TP) in the network, and activation fractions of all TPs. Activation fraction of a TP is the fraction of the frame duration for which it is active, and together these fractions influence the interference seen in the network. To address this joint optimization problem which we show is NP-hard, we propose an alternating optimization based approach wherein the activation fractions and the user association are optimized in an alternating manner. The subproblem of determining the optimal activation fractions is solved using a provably convergent auxiliary function method. On the other hand, the subproblem of determining the user association is solved via a simple combinatorial algorithm. Meaningful performance guarantees are derived in either case. Simulation results over a practical HetNet topology reveal the superior performance of the proposed algorithms and underscore the significant benefits of the joint optimization. In the final part of the dissertation, we propose a space domain solution to the interference problem. We consider the problem of maximizing system utility by optimizing over the set of user and TP pairs in each subframe, where each user can be served by multiple TPs. To address this optimization problem which is NP-hard, we propose a solution scheme based on difference of submodular function optimization approach. We evaluate our scheme using detailed simulations and show that it performs on par with a much more computationally demanding difference of convex function optimization scheme. Moreover, the proposed scheme performs within a reasonable percentage of the optimal solution. We further demonstrate the advantage of the proposed scheme by studying its performance with variation in different network topology parameters.

Modeling of burden distribution in the blast furnace

The blast furnace is the main ironmaking production unit in the world which converts iron ore with coke and hot blast into liquid iron, hot metal, which is used for steelmaking. The furnace acts as a counter-current reactor charged with layers of raw material of very different gas permeability. The arrangement of these layers, or burden distribution, is the most important factor influencing the gas flow conditions inside the furnace, which dictate the efficiency of the heat transfer and reduction processes. For proper control the furnace operators should know the overall conditions in the furnace and be able to predict how control actions affect the state of the furnace. However, due to high temperatures and pressure, hostile atmosphere and mechanical wear it is very difficult to measure internal variables. Instead, the operators have to rely extensively on measurements obtained at the boundaries of the furnace and make their decisions on the basis of heuristic rules and results from mathematical models. It is particularly difficult to understand the distribution of the burden materials because of the complex behavior of the particulate materials during charging. The aim of this doctoral thesis is to clarify some aspects of burden distribution and to develop tools that can aid the decision-making process in the control of the burden and gas distribution in the blast furnace. A relatively simple mathematical model was created for simulation of the distribution of the burden material with a bell-less top charging system. The model developed is fast and it can therefore be used by the operators to gain understanding of the formation of layers for different charging programs. The results were verified by findings from charging experiments using a small-scale charging rig at the laboratory. A basic gas flow model was developed which utilized the results of the burden distribution model to estimate the gas permeability of the upper part of the blast furnace. This combined formulation for gas and burden distribution made it possible to implement a search for the best combination of charging parameters to achieve a target gas temperature distribution. As this mathematical task is discontinuous and non-differentiable, a genetic algorithm was applied to solve the optimization problem. It was demonstrated that the method was able to evolve optimal charging programs that fulfilled the target conditions. Even though the burden distribution model provides information about the layer structure, it neglects some effects which influence the results, such as mixed layer formation and coke collapse. A more accurate numerical method for studying particle mechanics, the Discrete Element Method (DEM), was used to study some aspects of the charging process more closely. Model charging programs were simulated using DEM and compared with the results from small-scale experiments. The mixed layer was defined and the voidage of mixed layers was estimated. The mixed layer was found to have about 12% less voidage than layers of the individual burden components. Finally, a model for predicting the extent of coke collapse when heavier pellets are charged over a layer of lighter coke particles was formulated based on slope stability theory, and was used to update the coke layer distribution after charging in the mathematical model. In designing this revision, results from DEM simulations and charging experiments for some charging programs were used. The findings from the coke collapse analysis can be used to design charging programs with more stable coke layers.

Approximation limits of linear programs (beyond hierarchies)

We develop a framework for proving approximation limits of polynomial size linear programs (LPs) from lower bounds on the nonnegative ranks of suitably defined matrices. This framework yields unconditional impossibility results that are applicable to any LP as opposed to only programs generated by hierarchies. Using our framework, we prove that O(n^1/2-ε)-approximations for CLIQUE require LPs of size 2^nΩ(ε). This lower bound applies to LPs using a certain encoding of CLIQUE as a linear optimization problem. Moreover, we establish a similar result for approximations of semidefinite programs by LPs. Our main technical ingredient is a quantitative improvement of Razborov's [38] rectangle corruption lemma for the high error regime, which gives strong lower bounds on the nonnegative rank of shifts of the unique disjointness matrix.

Neutrophil Chemotaxis in Multiple Chemoattractant Gradients

Chemotaxis, the phenomenon in which cells move in response to extracellular chemical gradients, plays a prominent role in the mammalian immune response. During this process, a number of chemical signals, called chemoattractants, are produced at or proximal to sites of infection and diffuse into the surrounding tissue. Immune cells sense these chemoattractants and move in the direction where their concentration is greatest, thereby locating the source of attractants and their associated targets. Leading the assault against new infections is a specialized class of leukocytes (white blood cells) known as neutrophils, which normally circulate in the bloodstream. Upon activation, these cells emigrate out of the vasculature and navigate through interstitial tissues toward target sites. There they phagocytose bacteria and release a number of proteases and reactive oxygen intermediates with antimicrobial activity. Neutrophils recruited by infected tissue in vivo are likely confronted by complex chemical environments consisting of a number of different chemoattractant species. These signals may include end target chemicals produced in the vicinity of the infectious agents, and endogenous chemicals released by local host tissues during the inflammatory response. To successfully locate their pathogenic targets within these chemically diverse and heterogeneous settings, activated neutrophils must be capable of distinguishing between the different signals and employing some sort of logic to prioritize among them. This ability to simultaneously process and interpret mulitple signals is thought to be essential for efficient navigation of the cells to target areas. In particular, aberrant cell signaling and defects in this functionality are known to contribute to medical conditions such as chronic inflammation, asthma and rheumatoid arthritis. To elucidate the biomolecular mechanisms underlying the neutrophil response to different chemoattractants, a number of efforts have been made toward understanding how cells respond to different combinations of chemicals. Most notably, recent investigations have shown that in the presence of both end target and endogenous chemoattractant variants, the cells migrate preferentially toward the former type, even in very low relative concentrations of the latter. Interestingly, however, when the cells are exposed to two different endogenous chemical species, they exhibit a combinatorial response in which distant sources are favored over proximal sources. Some additional results also suggest that cells located between two endogenous chemoattractant sources will respond to the vectorial sum of the combined gradients. In the long run, this peculiar behavior could result in oscillatory cell trajectories between the two sources. To further explore the significance of these and other observations, particularly in the context of physiological conditions, we introduce in this work a simplified phenomenological model of neutrophil chemotaxis. In particular, this model incorporates a trait commonly known as directional persistence - the tendency for migrating neutrophils to continue moving in the same direction (much like momentum) - while also accounting for the dose-response characteristics of cells to different chemical species. Simulations based on this model suggest that the efficiency of cell migration in complex chemical environments depends significantly on the degree of directional persistence. In particular, with appropriate values for this parameter, cells can improve their odds of locating end targets by drifting through a network of attractant sources in a loosely-guided fashion. This corroborates the prediction that neutrophils randomly migrate from one chemoattractant source to the next while searching for their end targets. These cells may thus use persistence as a general mechanism to avoid being trapped near sources of endogenous chemoattractants - the mathematical analogue of local maxima in a global optimization problem. Moreover, this general foraging strategy may apply to other biological processes involving multiple signals and long-range navigation.

Aplicación de SPEA2 al cálculo de esquemas de dosificación para el tratamiento quimioterapéutico del cáncer

En este trabajo se aborda la aplicación de SPEA2, un método para optimización multiobjetivo, al cálculo de un esquema de dosificación para el tratamiento quimioterapéutico de una masa tumoral; entiéndase por esquema de dosificación la especificación del o de los agentes cito-tóxicos, sus dosis y tiempos en que deben administrarse. El problema de optimización aquí resuelto es uno multiobjetivo, pues el esquema de dosificación a calcularse debe minimizar no solo el tamaño del tumor, sino también la toxicidad remanente al término del tratamiento, su costo, etc. El SPEA2 es un algoritmo genético que aplica el criterio de Pareto; por lo tanto, lo que calcula es una aproximación a la frontera de Pareto, soluciones de entre las cuales el usuario puede escoger la “mejor”. En el proceso de esta investigación se construyó SoT-Q, una herramienta de software que consiste de dos módulos principales: un optimizador para calcular los esquemas de dosificación óptimos, y un simulador para aplicar dichos esquemas a un paciente (simulado) con masa tumoral; el funcionamiento del simulador se basa en un modelo fármaco-dinámico que representa el tumor. El programa SoT-Q podría en el futuro -una vez extensamente probado y depurado- asistir a médicos oncólogos en la toma de decisiones respecto a tratamientos quimioterapéuticos; o podría servir también como ayuda pedagógica en el entrenamiento de nuevos profesionales de la salud. Los resultados obtenidos fueron muy buenos; en todos los casos de prueba utilizados se logró reducir de manera significativa tanto el tamaño del tumor como la toxicidad remanente al término del tratamiento; en algunos casos la reducción fue de tres órdenes de magnitud.

Cogestion des ressources naturelles : une approche structurale pour quantifier la contribution des réseaux d'acteurs à la résilience des systèmes socio-écologiques

Alors que les activités anthropiques font basculer de nombreux écosystèmes vers des régimes fonctionnels différents, la résilience des systèmes socio-écologiques devient un problème pressant. Des acteurs locaux, impliqués dans une grande diversité de groupes — allant d’initiatives locales et indépendantes à de grandes institutions formelles — peuvent agir sur ces questions en collaborant au développement, à la promotion ou à l’implantation de pratiques plus en accord avec ce que l’environnement peut fournir. De ces collaborations répétées émergent des réseaux complexes, et il a été montré que la topologie de ces réseaux peut améliorer la résilience des systèmes socio-écologiques (SSÉ) auxquels ils participent. La topologie des réseaux d’acteurs favorisant la résilience de leur SSÉ est caractérisée par une combinaison de plusieurs facteurs : la structure doit être modulaire afin d’aider les différents groupes à développer et proposer des solutions à la fois plus innovantes (en réduisant l’homogénéisation du réseau), et plus proches de leurs intérêts propres ; elle doit être bien connectée et facilement synchronisable afin de faciliter les consensus, d’augmenter le capital social, ainsi que la capacité d’apprentissage ; enfin, elle doit être robuste, afin d’éviter que les deux premières caractéristiques ne souffrent du retrait volontaire ou de la mise à l’écart de certains acteurs. Ces caractéristiques, qui sont relativement intuitives à la fois conceptuellement et dans leur application mathématique, sont souvent employées séparément pour analyser les qualités structurales de réseaux d’acteurs empiriques. Cependant, certaines sont, par nature, incompatibles entre elles. Par exemple, le degré de modularité d’un réseau ne peut pas augmenter au même rythme que sa connectivité, et cette dernière ne peut pas être améliorée tout en améliorant sa robustesse. Cet obstacle rend difficile la création d’une mesure globale, car le niveau auquel le réseau des acteurs contribue à améliorer la résilience du SSÉ ne peut pas être la simple addition des caractéristiques citées, mais plutôt le résultat d’un compromis subtil entre celles-ci. Le travail présenté ici a pour objectifs (1), d’explorer les compromis entre ces caractéristiques ; (2) de proposer une mesure du degré auquel un réseau empirique d’acteurs contribue à la résilience de son SSÉ ; et (3) d’analyser un réseau empirique à la lumière, entre autres, de ces qualités structurales. Cette thèse s’articule autour d’une introduction et de quatre chapitres numérotés de 2 à 5. Le chapitre 2 est une revue de la littérature sur la résilience des SSÉ. Il identifie une série de caractéristiques structurales (ainsi que les mesures de réseaux qui leur correspondent) liées à l’amélioration de la résilience dans les SSÉ. Le chapitre 3 est une étude de cas sur la péninsule d’Eyre, une région rurale d’Australie-Méridionale où l’occupation du sol, ainsi que les changements climatiques, contribuent à l’érosion de la biodiversité. Pour cette étude de cas, des travaux de terrain ont été effectués en 2010 et 2011 durant lesquels une série d’entrevues a permis de créer une liste des acteurs de la cogestion de la biodiversité sur la péninsule. Les données collectées ont été utilisées pour le développement d’un questionnaire en ligne permettant de documenter les interactions entre ces acteurs. Ces deux étapes ont permis la reconstitution d’un réseau pondéré et dirigé de 129 acteurs individuels et 1180 relations. Le chapitre 4 décrit une méthodologie pour mesurer le degré auquel un réseau d’acteurs participe à la résilience du SSÉ dans lequel il est inclus. La méthode s’articule en deux étapes : premièrement, un algorithme d’optimisation (recuit simulé) est utilisé pour fabriquer un archétype semi-aléatoire correspondant à un compromis entre des niveaux élevés de modularité, de connectivité et de robustesse. Deuxièmement, un réseau empirique (comme celui de la péninsule d’Eyre) est comparé au réseau archétypique par le biais d’une mesure de distance structurelle. Plus la distance est courte, et plus le réseau empirique est proche de sa configuration optimale. La cinquième et dernier chapitre est une amélioration de l’algorithme de recuit simulé utilisé dans le chapitre 4. Comme il est d’usage pour ce genre d’algorithmes, le recuit simulé utilisé projetait les dimensions du problème multiobjectif dans une seule dimension (sous la forme d’une moyenne pondérée). Si cette technique donne de très bons résultats ponctuellement, elle n’autorise la production que d’une seule solution parmi la multitude de compromis possibles entre les différents objectifs. Afin de mieux explorer ces compromis, nous proposons un algorithme de recuit simulé multiobjectifs qui, plutôt que d’optimiser une seule solution, optimise une surface multidimensionnelle de solutions. Cette étude, qui se concentre sur la partie sociale des systèmes socio-écologiques, améliore notre compréhension des structures actorielles qui contribuent à la résilience des SSÉ. Elle montre que si certaines caractéristiques profitables à la résilience sont incompatibles (modularité et connectivité, ou — dans une moindre mesure — connectivité et robustesse), d’autres sont plus facilement conciliables (connectivité et synchronisabilité, ou — dans une moindre mesure — modularité et robustesse). Elle fournit également une méthode intuitive pour mesurer quantitativement des réseaux d’acteurs empiriques, et ouvre ainsi la voie vers, par exemple, des comparaisons d’études de cas, ou des suivis — dans le temps — de réseaux d’acteurs. De plus, cette thèse inclut une étude de cas qui fait la lumière sur l’importance de certains groupes institutionnels pour la coordination des collaborations et des échanges de connaissances entre des acteurs aux intérêts potentiellement divergents.

Plataforma interactiva para edifícios inteligentes com controlo preditivo

Esta dissertação desenvolve uma plataforma de controlo interactiva para edifícios inteligentes através de um sistema SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition). Este sistema SCADA integra diferentes tipos de informações provenientes das várias tecnologias presentes em edifícios modernos (controlo da ventilação, temperatura, iluminação, etc.). A estratégia de controlo desenvolvida implementa um controlador em cascada hierárquica onde os "loops" interiores são executados pelos PLC's locais (Programmable Logic Controller), e o "loop" exterior é gerido pelo sistema SCADA centralizado, que interage com a rede local de PLC's. Nesta dissertação é implementado um controlador preditivo na plataforma SCADA centralizada. São apresentados testes efectuados para o controlo da temperatura e luminosidade de salas com uma grande área. O controlador preditivo desenvolvido tenta optimizar a satisfação dos utilizadores, com base nas preferências introduzidas em várias interfaces distribuídas, sujeito às restrições de minimização do desperdício de energia. De forma a executar o controlador preditivo na plataforma SCADA foi desenvolvido um canal de comunicação para permitir a comunicação entre a aplicação SCADA e a aplicação MATLAB, onde o controlador preditivo é executado. ABSTRACT: This dissertation develops an operational control platform for intelligent buildings using a SCADA system (Supervisory Control And Data Acquisition). This SCADA system integrates different types of information coming from the several technologies present in modem buildings (control of ventilation, temperature, illumination, etc.). The developed control strategy implements a hierarchical cascade controller where inner loops are performed by local PLCs (Programmable Logic Controller), and the outer loop is managed by the centralized SCADA system, which interacts with the entire local PLC network. ln this dissertation a Predictive Controller is implemented at the centralized SCADA platform. Tests applied to the control of temperature and luminosity in huge­area rooms are presented. The developed Predictive Controller tries to optimize the satisfaction of user explicit preferences coming from several distributed user-interfaces, subjected to the constraints of energy waste minimization. ln order to run the Predictive Controller at the SCADA platform a communication channel was developed to allow communication between the SCADA application and the MATLAB application where the Predictive Controller runs.

Exploração de escalonamentos óptimos na gestão de exames médicos

Uma das áreas de aplicação da optimização é a Engenharia Biomédica, pois a optimização intervém no estudo de próteses e implantes, na reconstrução tomográfica, na mecânica experimental, entre outras aplicações. Este projecto tem como principal objectivo a criação de um novo programa de marcação de exames médicos a fim de minimizar o tempo de espera na realização dos mesmos. É efectuada uma breve referência à teoria da optimização bem como à optimização linear e não-linear, aos algoritmos genéticos, que foram usados para a realização deste trabalho. É também apresentado um caso de estudo, formulado como um problema de optimização não linear com restrições. Com este estudo verificou-se que o escalonamento de exames médicos nunca poderá ser optimizado a 100por cento devido à quantidade de variáveis existentes, sendo que algumas delas não são passíveis de prever com antecedência.