Utilização de plataformas de fonte aberta no controlo de condição

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica

High-Accuracy Low-Cost RTK-GPS for an Unmanned Surface Vehicle

This work presents a low cost RTK-GPS system for localization of unmanned surface vehicles. The system is based on the use of standard low cost L1 band receivers and in the RTKlib open source software library. Mission scenarios with multiple robotic vehicles are addressed as the ones envisioned in the ICARUS search and rescue case where the possibility of having a moving RTK base on a large USV and multiple smaller vehicles acting as rovers in a local communication network allows for local relative localization with high quality. The approach is validated in operational conditions with results presented for moving base scenario. The system was implemented in the SWIFT USV with the ROAZ autonomous surface vehicle acting as a moving base. This setup allows for the performing of a missions in a wider range of environments and applications such as precise 3D environment modeling in contained areas and multiple robot operations.

Probabilistic Egomotion for Stereo Visual Odometry

We present a novel approach of Stereo Visual Odometry for vehicles equipped with calibrated stereo cameras. We combine a dense probabilistic 5D egomotion estimation method with a sparse keypoint based stereo approach to provide high quality estimates of vehicle’s angular and linear velocities. To validate our approach, we perform two sets of experiments with a well known benchmarking dataset. First, we assess the quality of the raw velocity estimates in comparison to classical pose estimation algorithms. Second, we added to our method’s instantaneous velocity estimates a Kalman Filter and compare its performance with a well known open source stereo Visual Odometry library. The presented results compare favorably with state-of-the-art approaches, mainly in the estimation of the angular velocities, where significant improvements are achieved.

Reconstrução de Superfícies usando um Scanner 3D de Luz Estruturada

Ao longo dos últimos anos, os scanners 3D têm tido uma utilização crescente nas mais variadas áreas. Desde a Medicina à Arqueologia, passando pelos vários tipos de indústria, ´e possível identificar aplicações destes sistemas. Essa crescente utilização deve-se, entre vários factores, ao aumento dos recursos computacionais, à simplicidade e `a diversidade das técnicas existentes, e `as vantagens dos scanners 3D comparativamente com outros sistemas. Estas vantagens são evidentes em áreas como a Medicina Forense, onde a fotografia, tradicionalmente utilizada para documentar objectos e provas, reduz a informação adquirida a duas dimensões. Apesar das vantagens associadas aos scanners 3D, um factor negativo é o preço elevado. No âmbito deste trabalho pretendeu-se desenvolver um scanner 3D de luz estruturada económico e eficaz, e um conjunto de algoritmos para o controlo do scanner, para a reconstrução de superfícies de estruturas analisadas, e para a validação dos resultados obtidos. O scanner 3D implementado ´e constituído por uma câmara e por um projector de vídeo ”off-the-shelf”, e por uma plataforma rotativa desenvolvida neste trabalho. A função da plataforma rotativa consiste em automatizar o scanner de modo a diminuir a interação dos utilizadores. Os algoritmos foram desenvolvidos recorrendo a pacotes de software open-source e a ferramentas gratuitas. O scanner 3D foi utilizado para adquirir informação 3D de um crânio, e o algoritmo para reconstrução de superfícies permitiu obter superfícies virtuais do crânio. Através do algoritmo de validação, as superfícies obtidas foram comparadas com uma superfície do mesmo crânio, obtida por tomografia computorizada (TC). O algoritmo de validação forneceu um mapa de distâncias entre regiões correspondentes nas duas superfícies, que permitiu quantificar a qualidade das superfícies obtidas. Com base no trabalho desenvolvido e nos resultados obtidos, é possível afirmar que foi criada uma base funcional para o varrimento de superfícies 3D de estruturas, apta para desenvolvimento futuro, mostrando que é possível obter alternativas aos métodos comerciais usando poucos recursos financeiros.

Amostragem Adaptativa em Redes de Sensores

Uma nova área tecnológica está em crescente desenvolvimento. Esta área, denominada de internet das coisas, surge na necessidade de interligar vários objetos para uma melhoria a nível de serviços ou necessidades por parte dos utilizadores. Esta dissertação concentra-se numa área específica da tecnologia internet das coisas que é a sensorização. Esta rede de sensorização é implementada pelo projeto europeu denominado de Future Cities [1] onde se cria uma infraestrutura de investigação e validação de projetos e serviços inteligentes na cidade do Porto. O trabalho realizado nesta dissertação insere-se numa das plataformas existentes nessa rede de sensorização: a plataforma de sensores ambientais intitulada de UrbanSense. Estes sensores ambientais que estão incorporados em Data Collect Unit (DCU), também denominados por nós, medem variáveis ambientais tais como a temperatura, humidade, ozono e monóxido de carbono. No entanto, os nós têm recursos limitados em termos de energia, processamento e memória. Apesar das grandes evoluções a nível de armazenamento e de processamento, a nível energético, nomeadamente nas baterias, não existe ainda uma evolução tão notável, limitando a sua operacionalidade [2]. Esta tese foca-se, essencialmente, na melhoria do desempenho energético da rede de sensores UrbanSense. A principal contribuição é uma adaptação do protocolo de redes Ad Hoc OLSR (Optimized Link State Routing Protocol) para ser usado por nós alimentados a energia renovável, de forma a aumentar a vida útil dos nós da rede de sensorização. Com esta contribuição é possível obter um maior número de dados durante períodos de tempo mais longos, aproximadamente 10 horas relativamente às 7 horas anteriores, resultando numa maior recolha e envio dos mesmos com uma taxa superior, cerca de 500 KB/s. Existindo deste modo uma aproximação analítica dos vários parâmetros existentes na rede de sensorização. Contudo, o aumento do tempo de vida útil dos nós sensores com recurso à energia renovável, nomeadamente, energia solar, incrementa o seu peso e tamanho que limita a sua mobilidade. Com o referido acréscimo a determinar e a limitar a sua mobilidade exigindo, por isso, um planeamento prévio da sua localização. Numa primeira fase do trabalho analisou-se o consumo da DCU, visto serem estes a base na infraestrutura e comunicando entre si por WiFi ou 3G. Após uma análise dos protocolos de routing com iv suporte para parametrização energética, a escolha recaiu sobre o protocolo OLSR devido à maturidade e compatibilidade com o sistema atual da DCU, pois apesar de existirem outros protocolos, a implementação dos mesmos, não se encontram disponível como software aberto. Para a validação do trabalho realizado na presente dissertação, é realizado um ensaio prévio sem a energia renovável, para permitir caracterização de limitações do sistema. Com este ensaio, tornou-se possível verificar a compatibilidade entre os vários materiais e ajustamento de estratégias. Num segundo teste de validação é concretizado um ensaio real do sistema com 4 nós a comunicar, usando o protocolo com eficiência energética. O protocolo é avaliado em termos de aumento do tempo de vida útil do nó e da taxa de transferência. O desenvolvimento da análise e da adaptação do protocolo de rede Ad Hoc oferece uma maior longevidade em termos de tempo de vida útil, comparando ao que existe durante o processamento de envio de dados. Apesar do tempo de longevidade ser inferior, quando o parâmetro energético se encontra por omissão com o fator 3, a realização da adaptação do sistema conforme a energia, oferece uma taxa de transferência maior num período mais longo. Este é um fator favorável para a abertura de novos serviços de envio de dados em tempo real ou envio de ficheiros com um tamanho mais elevado.

Frameworks Verticas vs Horizontais Gestão de Recursos Humanos com o OFBiz

Os sistemas de informação integrados contribuem para a gestão eficiente das empresas, seja na organização e funcionamento internos ou nas relações externas. O mercado deste software é dominado pelas empresas que criam e distribuem sistemas proprietários. Existe uma alternativa, software livre, que disponibiliza aplicações em código aberto e maioritariamente de licença gratuita, que pode ser adaptado às necessidades das empresas. O objetivo do presente trabalho é avaliar a viabilidade de plataformas livres, de natureza vertical – OFBiz – e horizontal – Spring – como opção na escolha de um sistema de informação nas Pequenas e Médias Empresas portuguesas. Das áreas de negócio principais das organizações, foi selecionada a área de Recursos Humanos para efeitos de adaptação na aplicação OFBiz, com incidência em dois casos de uso: uma opção essencial, mas que atualmente não está prevista – Processamento de vencimentos – e outra já existente e que é avaliada em termos de necessidades de adaptação – Recrutamento. Sendo o idioma um requisito indispensável à internacionalização da aplicação, foi também analisada a sua implementação. A metodologia de investigação utilizada foi o Design Science Research, tendo sido implementado um protótipo para efeitos de teste e avaliação do projeto, com a elaboração de dois modelos: configuração e desenvolvimento. Implementado o protótipo, verificou-se que a framework vertical apresenta-se como uma alternativa mais viável do que a horizontal, pelas funcionalidades já existentes e que facilitam a adequação às necessidades de informação das Pequenas e Médias Empresas. A sua base tecnológica e de estrutura permite que a aplicação possa ser adaptada por técnicos especialistas das próprias empresas.

Implementation of an IoT-based Sensor Network Integrating IoT-based Sensor Networks with Large-Scale Message Distribution

As technology advances not only do new standards and programming styles appear but also some of the previously established ones gain relevance. In a new Internet paradigm where interconnection between small devices is key to the development of new businesses and scientific advancement there is the need to find simple solutions that anyone can implement in order to allow ideas to become more than that, ideas. Open-source software is still alive and well, especially in the area of the Internet of Things. This opens windows for many low capital entrepreneurs to experiment with their ideas and actually develop prototypes, which can help identify problems with a project or shine light on possible new features and interactions. As programming becomes more and more popular between people of fields not related to software there is the need for guidance in developing something other than basic algorithms, which is where this thesis comes in: A comprehensive document explaining the challenges and available choices of developing a sensor data and message delivery system, which scales well and implements the delivery of critical messages. Modularity and extensibility were also given much importance, making this an affordable tool for anyone that wants to build a sensor network of the kind.

Bits, Atoms, and Information Sharing: new opportunities for participation

The particular characteristics and affordances of technologies play a significant role in human experience by defining the realm of possibilities available to individuals and societies. Some technological configurations, such as the Internet, facilitate peer-to-peer communication and participatory behaviors. Others, like television broadcasting, tend to encourage centralization of creative processes and unidirectional communication. In other instances still, the affordances of technologies can be further constrained by social practices. That is the case, for example, of radio which, although technically allowing peer-to-peer communication, has effectively been converted into a broadcast medium through the legislation of the airwaves. How technologies acquire particular properties, meanings and uses, and who is involved in those decisions are the broader questions explored here. Although a long line of thought maintains that technologies evolve according to the logic of scientific rationality, recent studies demonstrated that technologies are, in fact, primarily shaped by social forces in specific historical contexts. In this view, adopted here, there is no one best way to design a technological artifact or system; the selection between alternative designs—which determine the affordances of each technology—is made by social actors according to their particular values, assumptions and goals. Thus, the arrangement of technical elements in any technological artifact is configured to conform to the views and interests of those involved in its development. Understanding how technologies assume particular shapes, who is involved in these decisions and how, in turn, they propitiate particular behaviors and modes of organization but not others, requires understanding the contexts in which they are developed. It is argued here that, throughout the last century, two distinct approaches to the development and dissemination of technologies have coexisted. In each of these models, based on fundamentally different ethoi, technologies are developed through different processes and by different participants—and therefore tend to assume different shapes and offer different possibilities. In the first of these approaches, the dominant model in Western societies, technologies are typically developed by firms, manufactured in large factories, and subsequently disseminated to the rest of the population for consumption. In this centralized model, the role of users is limited to selecting from the alternatives presented by professional producers. Thus, according to this approach, the technologies that are now so deeply woven into human experience, are primarily shaped by a relatively small number of producers. In recent years, however, a group of three interconnected interest groups—the makers, hackerspaces, and open source hardware communities—have increasingly challenged this dominant model by enacting an alternative approach in which technologies are both individually transformed and collectively shaped. Through a in-depth analysis of these phenomena, their practices and ethos, it is argued here that the distributed approach practiced by these communities offers a practical path towards a democratization of the technosphere by: 1) demystifying technologies, 2) providing the public with the tools and knowledge necessary to understand and shape technologies, and 3) encouraging citizen participation in the development of technologies.

m-SportGIS

Information technologies (ITs), and sports resources and services aid the potential to transform governmental organizations, and play an important role in contributing to sustainable communities development, respectively. Spatial data is a crucial source to support sports planning and management. Low-cost mobile geospatial tools bring productive and accurate data collection, and their use combining a handy and customized graphical user interface (GUI) (forms, mapping, media support) is still in an early stage. Recognizing the benefits — efficiency, effectiveness, proximity to citizens — that Mozambican Minister of Youth and Sports (MJD) can achieve with information resulted from the employment of a low-cost data collection platform, this project presents the development of a mobile mapping application (app) — m-SportGIS — under Open Source (OS) technologies and a customized evolutionary software methodology. The app development embraced the combination of mobile web technologies and Application Programming Interfaces (APIs) (e.g. Sencha Touch (ST), Apache Cordova, OpenLayers) to deploy a native-to-the-device (Android operating system) product, taking advantage of device’s capabilities (e.g. File system, Geolocation, Camera). In addition to an integrated Web Map Service (WMS), was created a local and customized Tile Map Service (TMS) to serve up cached data, regarding the IT infrastructures limitations in several Mozambican regions. m-SportGIS is currently being exploited by Mozambican Government staff to inventory all kind of sports facilities, which resulted and stored data feeds a WebGIS platform to manage Mozambican sports resources.

Relating the spatial component and users interests to improve applications based on questions, petitions and participatory processes

Nowadays, participatory processes attending the need for real democracy and transparency in governments and collectives are more needed than ever. Immediate participation through channels like social networks enable people to give their opinion and become pro-active citizens, seeking applications to interact with each other. The application described in this dissertation is a hybrid channel of communication of questions, petitions and participatory processes based on Public Participation Geographic Information System (PPGIS), Participation Geographic Information System (PGIS) and ‘soft’ (subjective data) Geographic Information System (SoftGIS) methodologies. To achieve a new approach to an application, its entire design is focused on the spatial component related with user interests. The spatial component is treated as main feature of the system to develop all others depending on it, enabling new features never seen before in social actions (questions, petitions and participatory processes). Results prove that it is possible to develop a working application mainly using open source software, with the possibility of spatial and subject filtering, visualizing and free download of actions within application. The resulting application empowers society by releasing soft data and defines a new breaking approach, unseen so far.

SDAR: a package for plotting and analyzing stratigraphy data in R

Stratigraphic Columns (SC) are the most useful and common ways to represent the eld descriptions (e.g., grain size, thickness of rock packages, and fossil and lithological components) of rock sequences and well logs. In these representations the width of SC vary according to the grain size (i.e., the wider the strata, the coarser the rocks (Miall 1990; Tucker 2011)), and the thickness of each layer is represented at the vertical axis of the diagram. Typically these representations are drawn 'manually' using vector graphic editors (e.g., Adobe Illustrator®, CorelDRAW®, Inskape). Nowadays there are various software which automatically plot SCs, but there are not versatile open-source tools and it is very di cult to both store and analyse stratigraphic information. This document presents Stratigraphic Data Analysis in R (SDAR), an analytical package1 designed for both plotting and facilitate the analysis of Stratigraphic Data in R (R Core Team 2014). SDAR, uses simple stratigraphic data and takes advantage of the exible plotting tools available in R to produce detailed SCs. The main bene ts of SDAR are: (i) used to generate accurate and complete SC plot including multiple features (e.g., sedimentary structures, samples, fossil content, color, structural data, contacts between beds), (ii) developed in a free software environment for statistical computing and graphics, (iii) run on a wide variety of platforms (i.e., UNIX, Windows, and MacOS), (iv) both plotting and analysing functions can be executed directly on R's command-line interface (CLI), consequently this feature enables users to integrate SDAR's functions with several others add-on packages available for R from The Comprehensive R Archive Network (CRAN).

Produção e facilitação da visualização on-line de uma carta de desporto de natureza

Os Sistemas de Informação Geográfica detêm um papel de crescente importância para a tomada de decisão ao nível do ordenamento do território, conforme o que a própria legislação evidencia. Existe uma carência de uniformização da informação para que possa existir um cruzamento eficiente e uma disponibilização mais facilitada à população e às diversas entidades. As instituições públicas, como é o caso do Instituto de Conservação e Florestas (ICNF I.P.), reconhecem esta necessidade, pelo que se propôs uma série de tarefas, para a concretização deste estágio, no sentido de a colmatar. Este instituto detém um papel de especial relevo na conservação do património natural assim como no ordenamento das áreas protegidas para que se possa usufruir das mesmas, sob um ponto de vista cada vez mais ecológico e promotor de desenvolvimento sustentável. A elaboração de um instrumento de gestão territorial, como se pode classificar a Carta de Desporto de Natureza (CDN), acarreta grande responsabilidade e exige um forte empenho, não apenas no envolvimento da população e das entidades que dele fruirão, mas no cumprimento da legislação existente quer para as atividades quer para o próprio território, no sentido da sua proteção, preservação e promoção de usos adequados. Neste trabalho procurou-se cumprir todas estas disposições sempre com o objetivo de, ao se construir normas de uniformização e ao se elaborar um exemplo de CDN para um território com tanto valor como é a Reserva Natural do Estuário do Tejo, tornar acessível a informação sobre esta área protegida. A intensão é também promover a motivação para a prática de um desporto natureza, saudável e em equilíbrio com o ambiente. O desafio não se ficou por aqui, havendo também a procura de utilização de Free Open Source Software, para que o processo de utilização e disponibilização informação SIG seja cada vez mais acessível e direta.

Comparison of Contemporary Protocols for High-speed Data Transport via 10 Gbps WAN Connections

This work is dedicated to comparison of open source as well as proprietary transport protocols for highspeed data transmission via IP networks. The contemporary common TCP needs significant improvement since it was developed as general-purpose transport protocol and firstly introduced four decades ago. In nowadays networks, TCP fits not all communication needs that society has. Caused of it another transport protocols have been developed and successfully used for e.g. Big Data movement. In scope of this research the following protocols have been investigated for its efficiency on 10Gbps links: UDT, RBUDP, MTP and RWTP. The protocols were tested under different impairments such as Round Trip Time up to 400 ms and packet losses up to 2%. Investigated parameters are the data rate under different conditions of the network, the CPU load by sender andreceiver during the experiments, size of feedback data, CPU usage per Gbps and the amount of feedback data per GiByte of effectively transmitted data. The best performance and fair resources consumption was observed by RWTP. From the opensource projects, the best behavior is showed by RBUDP.

The Pursuit of Efficient Copyright Licensing : How Some Rights Reserved Attempts to Solve the Problems of All Rights Reserved

This dissertation analyses the growing pool of copyrighted works, which are offered to the public using Creative Commons licensing. The study consist of analysis of the novel licensing system, the licensors, and the changes of the "all rights reserved" —paradigm of copyright law. Copyright law reserves all rights to the creator until seventy years have passed since her demise. Many claim that this endangers communal interests. Quite often the creators are willing to release some rights. This, however, is very difficult to do and needs help of specialized lawyers. The study finds that the innovative Creative Commons licensing scheme is well suited for low value - high volume licensing. It helps to reduce transaction costs on several le¬vels. However, CC licensing is not a "silver bullet". Privacy, moral rights, the problems of license interpretation and license compatibility with other open licenses and collecting societies remain unsolved. The study consists of seven chapters. The first chapter introduces the research topic and research questions. The second and third chapters inspect the Creative Commons licensing scheme's technical, economic and legal aspects. The fourth and fifth chapters examine the incentives of the licensors who use open licenses and describe certain open business models. The sixth chapter studies the role of collecting societies and whether two institutions, Creative Commons and collecting societies can coexist. The final chapter summarizes the findings. The dissertation contributes to the existing literature in several ways. There is a wide range of prior research on open source licensing. However, there is an urgent need for an extensive study of the Creative Commons licensing and its actual and potential impact on the creative ecosystem.

Les logiciels libres sous l'angle de la responsabilité civile

Distribués sous des licences permissives qui assurent des droits d'utilisation, de modification et de redistribution aux licenciés, l'élaboration des logiciels libres est fondée sur un modèle de développement décentralisé. Ces caractéristiques posent de nombreux défis au milieu juridique, particulièrement en ce qui a trait à la responsabilité civile. Ainsi, les développeurs se demandent dans quelles circonstances leur responsabilité civile peut être engagée suite à la défaillance de leur logiciel libre. De la même façon, ils questionnent la possibilité d'appliquer cette responsabilité à un nombre important de développeurs dispersés aux quatre coins du globe. L'analyse présentée montre que le droit, tel qu'il existe actuellement, est en mesure de résoudre la majorité des problèmes relatifs à la détermination et l'application de la responsabilité civile en matière de logiciels libres. Les règles de la responsabilité civile représentent donc un risque potentiel pour les développeurs de logiciels libres, même s'ils sont relativement bien protégés par les contextes juridiques et factuels.