Sistema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas

A presente dissertação apresenta uma solução para o problema de modelização tridimensional de galerias subterrâneas. O trabalho desenvolvido emprega técnicas provenientes da área da robótica móvel para obtenção um sistema autónomo móvel de modelização, capaz de operar em ambientes não estruturados sem acesso a sistemas de posicionamento global, designadamente GPS. Um sistema de modelização móvel e autónomo pode ser bastante vantajoso, pois constitui um método rápido e simples de monitorização das estruturas e criação de representações virtuais das galerias com um elevado nível de detalhe. O sistema de modelização desloca-se no interior dos túneis para recolher informações sensoriais sobre a geometria da estrutura. A tarefa de organização destes dados com vista _a construção de um modelo coerente, exige um conhecimento exacto do percurso praticado pelo sistema, logo o problema de localização da plataforma sensorial tem que ser resolvido. A formulação de um sistema de localização autónoma tem que superar obstáculos que se manifestam vincadamente nos ambientes underground, tais como a monotonia estrutural e a já referida ausência de sistemas de posicionamento global. Neste contexto, foi abordado o conceito de SLAM (Simultaneous Loacalization and Mapping) para determinação da localização da plataforma sensorial em seis graus de liberdade. Seguindo a abordagem tradicional, o núcleo do algoritmo de SLAM consiste no filtro de Kalman estendido (EKF { Extended Kalman Filter ). O sistema proposto incorpora métodos avançados do estado da arte, designadamente a parametrização em profundidade inversa (Inverse Depth Parametrization) e o método de rejeição de outliers 1-Point RANSAC. A contribuição mais importante do método por nós proposto para o avanço do estado da arte foi a fusão da informação visual com a informação inercial. O algoritmo de localização foi testado com base em dados reais, adquiridos no interior de um túnel rodoviário. Os resultados obtidos permitem concluir que, ao fundir medidas inerciais com informações visuais, conseguimos evitar o fenómeno de degeneração do factor de escala, comum nas aplicações de localização através de sistemas puramente monoculares. Provámos simultaneamente que a correcção de um sistema de localização inercial através da consideração de informações visuais é eficaz, pois permite suprimir os desvios de trajectória que caracterizam os sistemas de dead reckoning. O algoritmo de modelização, com base na localização estimada, organiza no espaço tridimensional os dados geométricos adquiridos, resultando deste processo um modelo em nuvem de pontos, que posteriormente _e convertido numa malha triangular, atingindo-se assim uma representação mais realista do cenário original.

Modelação de células de combustível

Neste trabalho serão apresentados e discutidos vários aspectos relacionados com células de combustível, com particular enfoque na modelação de células de combustível de membrana de permuta protónica. Este trabalho está dividido em vários capítulos. No Capítunlo 1 são apresentadas as motivações e os objectivos da tese. No Capítulo 2 serão apresentadas as células de combustível em geral, a sua origem, os diversos tipos, o que as diferencia das restantes tecnologias de geração de energia e as suas vantagens e desvantagens. No Capítulo 3 discute-se a modelação de células de combustível. Serão expostos e explicados os diferentes tipos de modelos, seguindo-se uma apresentação do modelo selecionado para estudo, com referência aos fundamentos teóricos exposição detalhada da fórmulação matemática e os parâmetros que caracterizam o modelo. É também apresentado a implementação do modelo em Matlab/Simulink. No Capítulo 4 será discutida e apresentada a abordagem utilizada para a identificação dos parâmetros do modelo da célula de combustível. Propõe-se e prova-se que uma abordagem baseada num algoritmo de optimização inteligente proporciona um método eficaz e preciso para a identificação dos parâmetros. Esta abordagem requer a existência de alguns dados experimentais que são também apresentados. O algoritmo utilizado designa-se por Optimização por Enxame de Partículas – Particle Swarm Optimization (PSO). São apresentados os seus fundamentos, características, implementação em Matlab/Simulink e a estratégia de optimização, isto é, a configuração do algoritmo, a definição da função objectivo e limites de variação dos parâmetros. São apresentados os resultados do processo de optimização, resultados adicionais de validação do modelo, uma análise de robustez do conjunto óptimo de parâmetros e uma análise de sensibilidade dos mesmos. O trabalho termina apresentando, no último capítulo, algumas conclusões, das quais se destacam: - O bom desempenho do algoritmo PSO para a identificação dos parâmetros do modelo da célula de combsutível; - Uma robustez interessante do algoritmo PSO, no sentido em que, para várias execuções do método resultam valores do parâmetros e da função objectivo com variabilidade bastante reduzidas; - Um bom modelo da célula de combustível, que quando caracterizado pelo conjunto óptimo de parâmetros, apresenta, sistematicamente, erros relativos médios inferiores a 2,5% para um conjunto alargado de condições de funcionamento.

Dependent component analysis: a hyperspectral unmixing algorithm

Linear unmixing decomposes a hyperspectral image into a collection of reflectance spectra of the materials present in the scene, called endmember signatures, and the corresponding abundance fractions at each pixel in a spatial area of interest. This paper introduces a new unmixing method, called Dependent Component Analysis (DECA), which overcomes the limitations of unmixing methods based on Independent Component Analysis (ICA) and on geometrical properties of hyperspectral data. DECA models the abundance fractions as mixtures of Dirichlet densities, thus enforcing the constraints on abundance fractions imposed by the acquisition process, namely non-negativity and constant sum. The mixing matrix is inferred by a generalized expectation-maximization (GEM) type algorithm. The performance of the method is illustrated using simulated and real data.

Vertex component analysis: a fast algorithm to extract endmembers spectra from hyperspectral data

Chapter in Book Proceedings with Peer Review First Iberian Conference, IbPRIA 2003, Puerto de Andratx, Mallorca, Spain, JUne 4-6, 2003. Proceedings

Vertex component analysis: a fast algorithm to unmix hyperspectral data

Given a set of mixed spectral (multispectral or hyperspectral) vectors, linear spectral mixture analysis, or linear unmixing, aims at estimating the number of reference substances, also called endmembers, their spectral signatures, and their abundance fractions. This paper presents a new method for unsupervised endmember extraction from hyperspectral data, termed vertex component analysis (VCA). The algorithm exploits two facts: (1) the endmembers are the vertices of a simplex and (2) the affine transformation of a simplex is also a simplex. In a series of experiments using simulated and real data, the VCA algorithm competes with state-of-the-art methods, with a computational complexity between one and two orders of magnitude lower than the best available method.

Comparison of the pencil beam convolution algorithm and the analytical anisotropic algorithm in breast tumors

The calculation of the dose is one of the key steps in radiotherapy planning1-5. This calculation should be as accurate as possible, and over the years it became feasible through the implementation of new algorithms to calculate the dose on the treatment planning systems applied in radiotherapy. When a breast tumour is irradiated, it is fundamental a precise dose distribution to ensure the planning target volume (PTV) coverage and prevent skin complications. Some investigations, using breast cases, showed that the pencil beam convolution algorithm (PBC) overestimates the dose in the PTV and in the proximal region of the ipsilateral lung. However, underestimates the dose in the distal region of the ipsilateral lung, when compared with analytical anisotropic algorithm (AAA). With this study we aim to compare the performance in breast tumors of the PBC and AAA algorithms.

A SON Enhanced Algorithm for Observed Time Differences Based Geolocation in Real 3G Networks

Conferência - 16th International Symposium on Wireless Personal Multimedia Communications (WPMC)- Jun 24-27, 2013

Determining the number of clusters in categorical data

Cluster analysis for categorical data has been an active area of research. A well-known problem in this area is the determination of the number of clusters, which is unknown and must be inferred from the data. In order to estimate the number of clusters, one often resorts to information criteria, such as BIC (Bayesian information criterion), MML (minimum message length, proposed by Wallace and Boulton, 1968), and ICL (integrated classification likelihood). In this work, we adopt the approach developed by Figueiredo and Jain (2002) for clustering continuous data. They use an MML criterion to select the number of clusters and a variant of the EM algorithm to estimate the model parameters. This EM variant seamlessly integrates model estimation and selection in a single algorithm. For clustering categorical data, we assume a finite mixture of multinomial distributions and implement a new EM algorithm, following a previous version (Silvestre et al., 2008). Results obtained with synthetic datasets are encouraging. The main advantage of the proposed approach, when compared to the above referred criteria, is the speed of execution, which is especially relevant when dealing with large data sets.

A divisão no 4º ano de escolaridade

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Mestre em Educação Matemática na Educação Pré-Escolar e nos 1.º e 2.º Ciclos do Ensino Básico

Comparação entre o pencil beam convolution algorithm e o analytical anisotropic algorithm em tumores de mama

Objectivo do estudo: comparar o desempenho dos algoritmos Pencil Beam Convolution (PBC) e do Analytical Anisotropic Algorithm (AAA) no planeamento do tratamento de tumores de mama com radioterapia conformacional a 3D.

A preliminary idea for an 8-competitive, log2 DMAX + log2 log2 1/U asymptotic-space, interface generation algorithm for two-level hierarchical scheduling of constrained-deadline sporadic tasks on a uniprocessor

Consider a single processor and a software system. The software system comprises components and interfaces where each component has an associated interface and each component comprises a set of constrained-deadline sporadic tasks. A scheduling algorithm (called global scheduler) determines at each instant which component is active. The active component uses another scheduling algorithm (called local scheduler) to determine which task is selected for execution on the processor. The interface of a component makes certain information about a component visible to other components; the interfaces of all components are used for schedulability analysis. We address the problem of generating an interface for a component based on the tasks inside the component. We desire to (i) incur only a small loss in schedulability analysis due to the interface and (ii) ensure that the amount of space (counted in bits) of the interface is small; this is because such an interface hides as much details of the component as possible. We present an algorithm for generating such an interface.

An Explicit GTS allocation algorithm for IEEE 802.15.4

The IEEE 802.15.4 standard provides appealing features to simultaneously support real-time and non realtime traffic, but it is only capable of supporting real-time communications from at most seven devices. Additionally, it cannot guarantee delay bounds lower than the superframe duration. Motivated by this problem, in this paper we propose an Explicit Guaranteed time slot Sharing and Allocation scheme (EGSA) for beacon-enabled IEEE 802.15.4 networks. This scheme is capable of providing tighter delay bounds for real-time communications by splitting the Contention Free access Period (CFP) into smaller mini time slots and by means of a new guaranteed bandwidth allocation scheme for a set of devices with periodic messages. At the same the novel bandwidth allocation scheme can maximize the duration of the CFP for non real-time communications. Performance analysis results show that the EGSA scheme works efficiently and outperforms competitor schemes both in terms of guaranteed delay and bandwidth utilization.

A 12*(1+|R|/(4m))-speed algorithm for scheduling constrained-deadline sporadic real-time tasks on a multiprocessor comprising m processors where a task may request one of |R| sequentially-reusable shared resources

We present a 12*(1+|R|/(4m))-speed algorithm for scheduling constrained-deadline sporadic real-time tasks on a multiprocessor comprising m processors where a task may request one of |R| sequentially-reusable shared resources.

A distributed algorithm for hexagonal topology formation in wireless sensor networks

Hexagonal wireless sensor network refers to a network topology where a subset of nodes have six peer neighbors. These nodes form a backbone for multi-hop communications. In a previous work, we proposed the use of hexagonal topology in wireless sensor networks and discussed its properties in relation to real-time (bounded latency) multi-hop communications in large-scale deployments. In that work, we did not consider the problem of hexagonal topology formation in practice - which is the subject of this research. In this paper, we present a decentralized algorithm that forms the hexagonal topology backbone in an arbitrary but sufficiently dense network deployment. We implemented a prototype of our algorithm in NesC for TinyOS based platforms. We present data from field tests of our implementation, collected using a deployment of fifty wireless sensor nodes.

Coding mode decision algorithm for binary descriptor coding

In visual sensor networks, local feature descriptors can be computed at the sensing nodes, which work collaboratively on the data obtained to make an efficient visual analysis. In fact, with a minimal amount of computational effort, the detection and extraction of local features, such as binary descriptors, can provide a reliable and compact image representation. In this paper, it is proposed to extract and code binary descriptors to meet the energy and bandwidth constraints at each sensing node. The major contribution is a binary descriptor coding technique that exploits the correlation using two different coding modes: Intra, which exploits the correlation between the elements that compose a descriptor; and Inter, which exploits the correlation between descriptors of the same image. The experimental results show bitrate savings up to 35% without any impact in the performance efficiency of the image retrieval task. © 2014 EURASIP.