Vision based context categorization for all-terrain robot

Dissertation presented at the Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa to obtain the Master degree in Electrical and Computer Engineering.

Environmental/Regatta Buoy: Telemetry and Configuration

A monitorização ambiental é essencial para a tomada de decisões tanto na ciência como na indústria. Em particular, uma vez que a água é essencial à vida e a superfície da Terra é composta principalmente por água, a monitorização do clima e dos parâmetros relacionados com a água em ecossistemas sensíveis, tais como oceanos, lagoas, rios e lagos, é de extrema importância. Um dos métodos mais comuns para monitorar a água é implantar bóias. O presente trabalho está integrado num projeto mais amplo, com o objetivo de projectar e desenvolver uma bóia autónoma para a investigação científica com dois modos de funcionamento: (i) monitorização ambiental ; e (ii) baliza ativa de regata. Assim, a bóia tem duas aplicações principais: a coleta e armazenamento de dados e a assistência a regatas de veleiros autónomos. O projeto arrancou há dois anos com um grupo de quatro estudantes internacionais. Eles projetaram e construíram a estrutura física, compraram e montaram o sistema de ancoragem da bóia e escolherem a maioria dos componentes electrónicos para o sistema geral de controlo e medição. Este ano, durante o primeiro semestre, dois estudantes belgas - Jeroen Vervenne e Hendrick Verschelde – trabalharam nos subsistemas de recolha e armazenamento de dados (unidade de controlo escrava) e de telemetria e configuração (unidade de controlo mestre) assim como definiram o protocolo de comunicação da aplicação. O trabalho desta tese continua o desenvolvimento do subsistema de telemetria e configuração. Este subsistema _e responsável pela configuração do modo de funcionamento e dos sensores assim como pela comunicação com a estacão de base (controlo ambiental), barcos (baliza ativa de regata) e com o subsistema de recolha e armazenamento de dados. O desenvolvimento do subsistema de recolha e armazenamento de dados, que coleta e armazena num cartão SD os dados dos sensores selecionados, prossegue com outro estudante belga - Mathias van Flieberge. O objetivo desta tese é, por um lado, implementar o subsistema de telemetria e de configuração na unidade de controle mestre e, por outro lado, refinar e implementar, conjuntamente com Mathias van Flieberge, o protocolo de nível de aplicação projetado. Em particular, a unidade de controlo mestre deve processar e atribuir prioridades às mensagens recebidas da estacão base, solicitar dados à unidade de controlo escrava e difundir mensagens com informação de posição e condições de vento e água no modo de regata. Enquanto que a comunicação entre a unidade de controlo mestre e a estacão base e a unidade de controlo mestre e os barcos é sem fios, a unidade de controlo mestre e a unidade de controlo escrava comunicam através de uma ligação série. A bóia tem atualmente duas limitações: (i) a carga máxima é de 40 kg; e (ii) apenas pode ser utilizada em rios ou próximo da costa dada à limitação de distância imposta pela técnica de comunicação sem fios escolhida.

Sistema de mapeamento e localização simultânea para inspecção subaquática

A sequente dissertação resulta do desenvolvimento de um sistema de navegação subaquático para um Remotely Operated Vehicle (ROV). A abordagem proposta consiste de um algoritmo em tempo real baseado no método de Mapeamento e Localização Simultâneo (SLAM) a partir de marcadores em ambientes marinhos não estruturados. SLAM introduz dois principais desafios: (i) reconhecimento dos marcadores provenientes dos dados raw do sensor, (ii) associação de dados. Na detecção dos marcadores foram aplicadas técnicas de visão artificial baseadas na extracção de pontos e linhas. Para testar o uso de features no visual SLAM em tempo real nas operações de inspecção subaquáticas foi desenvolvida uma plataforma modicada do RT-SLAM que integra a abordagem EKF SLAM. A plataforma é integrada em ROS framework e permite estimar a trajetória 3D em tempo real do ROV VideoRay Pro 3E até 30 fps. O sistema de navegação subaquático foi caracterizado num tanque instalado no Laboratório de Sistemas Autónomos através de um sistema stereo visual de ground truth. Os resultados obtidos permitem validar o sistema de navegação proposto para veículos subaquáticos. A trajetória adquirida pelo VideoRay em ambiente controlado é validada pelo sistema de ground truth. Dados para ambientes não estruturados, como um gasoduto, foram adquiridos e obtida respectiva trajetória realizada pelo robô. Os dados apresentados comprovam uma boa precisão e exatidão para a estimativa da posição.

Environmental/Regatta Buoy: Sensing System

Um dos principais objetivos da ciência é perceber a natureza, i.e., descobrir e explicar o funcionamento do mundo que nos rodeia. Para tal, os cientistas precisam de coligir dados e monitorar o meio ambiente. Em particular, considerando que cerca de 70% da Terra é coberta por água, a coleta de parâmetros de caracterização da água de grandes superfícies é uma prioridade. A monitorização das condições da água é feita principalmente através de bóias. No entanto, as bóias disponíveis no mercado não satisfazem as necessidades existentes. Esta é uma das principais razões que levaram o Laboratório de Sistemas Autónomos (LSA) do Instituto Superior de Engenharia do Porto a lançarem um projeto para o desenvolvimento de uma bóia reconfigurável e com dois modos de funcionamento: monitorização ambiental e baliza ativa de regata. O segundo modo é destinado a regatas de veleiros autónomos. O projeto começou há um ano com um projeto do European Project Project [1] (EPS), realizado por quatro estudantes internacionais, destinado à construção da estrutura da bóia e à selecção dos componentes mais adequados para o sistema de medição e controlo. A arquitetura que foi definida para este sistema é do tipo mestre-escravo e é composta por uma unidade de controlo mestre para a telemetria e configuração e uma unidade de controlo escrava para a medição e armazenamento de dados. O desenvolvimento do projeto continuou com dois estudantes belgas que trabalharam na comunicação e no armazenamento de dados. Este projeto, que prossegue com o desenvolvimento da medição e do armazenamento de dados do lado da unidade de controlo escrava, tem os seguintes objetivos: (i ) implementar o protocolo de comunicação na unidade de controlo escrava; (ii ) coligir e armazenar os dados dos sensores no cartão SD em tempo real; (iii ) fornecer dados em tempo útil; e (iv) recuperar dados do cartão SD em tempo diferido. As contribuições anteriores foram estudadas e foi feito um levantamento dos projetos congéneres existentes. O desenvolvimento do projeto atual começou com o protocolo de comunicação. Este protocolo, que foi projetado pelos alunos anteriores, foi um bom ponto de partida. No entanto, o protocolo foi atualizado e melhorado com novas funcionalidades. Esta última componente foi um trabalho conjunto com Laurens Allart, que esteve a trabalhar no subsistema de telemetria e de configuração durante este semestre. O protocolo foi implementado do lado da unidade de controlo escrava através de uma estrutura de múltiplas actividades paralelas (multithreaded). Esta estrutura recebe as mensagens da unidade mestre, executa as ações solicitadas e envia de volta o resultado. A bóia é um dispositivo reconfigurável multimodo que pode ser expandido com novos modos de operação no futuro. Infelizmente, sofre de algumas limitações: suporta uma carga máxima de 40 kg e tem uma área de implantação limitada pela distância máxima à estacão base.

Modelo de controlo difuso de um sistema de produção de energia com base em recursos renováveis

A satisfação das necessidades energéticas mundiais, cada vez mais exigentes, bem como a necessidade urgente de procurar caminhos que permitam usufruir de energia, da forma menos poluente possível, levam à necessidade de serem explorados caminhos que permitam cumprir estes pressupostos. A escolha da utilização das energias renováveis na produção de energia, torna-se cada vez mais interessante, quer do ponto de vista ambiental quer económico. O fundamento da lógica difusa está associado à recolha de informações vagas, que são no fundo uma linguagem falada por seres humanos, possibilitando a passagem deste tipo de linguagem para formato numérico, permitindo assim uma manipulação computacional. Elementos climáticos como o sol e o vento, podem ser descritos em forma de variáveis linguísticas, como é o caso de vento forte, temperatura baixa, irradiação fraca, etc. Isto faz com que a aplicação de um controlo a partir destes fenómenos, justifique ser realizado com recurso a sistemas de inferência difusa. Para a realização do trabalho proposto, foram consumados estudos relativos às energias renováveis, com particular enfoque na solar e na eólica. Também foi realizado um estudo dos conceitos pertencentes à lógica difusa e a sistemas de inferência difusa com o objetivo de perceber os diversos parâmetros constituintes desta matéria. Foi realizado o estudo e desenvolvimento de um sistema de aquisição de dados, bem como do controlador difuso que é o busílis do trabalho descrito neste relatório. Para tal, o trabalho foi efetuado com o recurso ao software MATLAB, a partir do qual foram desenvolvidas aplicações que possibilitaram a obtenção de dados climáticos, com vista à sua utilização na toolbox Fuzzy Logic a qual foi utilizada para o desenvolvimento de todo o algoritmo de controlo. Com a possibilidade de aquisição de dados concluída e das variáveis que iriam ser necessárias definidas, foi implementado o controlador difuso que foi sendo sintonizado ao longo do trabalho por forma a garantir os melhores resultados possíveis. Com o recurso à ferramenta Guide, também do MATLAB, foi criada a interface do sistema com o utilizador, sendo possível a averiguação da energia a ser produzida, bem como das contribuições de cada uma das fontes de energia renováveis para a obtenção dessa mesma energia. Por último, foi feita uma análise de resultados através da comparação entre os valores reais esperados e os valores obtidos pelo controlador difuso, bem como assinaladas conclusões e possibilidades de desenvolvimentos futuros deste trabalho.

Problemas associados à instalação de subestações de energia em malha urbana. Caso de estudo da subestação de parceiros em Leiria

No âmbito do desenvolvimento da dissertação do Mestrado de Engenharia Eletrotécnica – Sistemas Elétricos de Energia, surgiu a oportunidade de participar no desenvolvimento de um projeto integrante numa subestação de energia. O presente caso de estudo tem em vista a resolução de condicionantes na conceção desta subestação, tais como cumprir requisitos estéticos projetando todo o tipo de equipamentos dentro de edifícios, a ventilação das salas de transformação assim como insonorização de todo o ruído produzido de forma a cumprir os limites legais e não perturbar a vizinhança. A presente subestação de energia está situada numa zona urbana da cidade de Leiria, localidade de Parceiros, dando origem ao nome Subestação de Energia de Parceiros. Esta subestação pertence ao cliente Energias de Portugal, conhecida como EDP, e visa o melhoramento da distribuição do serviço eléctrico. As tradicionais subestações de energia, com aparência bastante desenquadrada dos meios urbanos, representam um entrave ao nível da aproximação destes centros de produção energética às zonas urbanas, comprometendo a melhoria da rede elétrica. Desta forma, foi implementada a tecnologia Gas-Insolated Switchgear e permite o enquadramento destes centros energéticos em zonas urbanas, constituindo mais um edifício urbano na zona onde se insere. Esta substitui os convencionais barramentos existentes nos Parques Exteriores de Aparelhagem das subestações e apresenta-se com dimensões muito reduzidas quando comparadas com as estruturas instaladas nestes parques. Dado que esta tecnologia é desenvolvida no sentido de permitir a construção destes centros energéticos em zonas urbanas, podem ser alojadas dentro de edifícios produzindo assim vantagens ao nível estético, não perturbando a paisagem. Dado que os principais equipamentos de funcionamento na subestação de Parceiros, nomeadamente o Transformador de Potência, se encontram instalados num edifício completamente fechado, foram construídas duas salas de ventilação, na parte superior deste edifício, cada uma adjacente a uma sala de transformação. O transformador instalado possui elevadas dimensões, pesando 53000 kg e contendo 11000 kg de óleo que em estado normal de funcionamento circula por quase todo o interior da máquina a elevadas temperaturas, provocando um aquecimento elevado no interior do edifício o que condiciona o bom funcionamento do transformador. Para ultrapassar esta condicionante foi realizado um estudo de um sistema de ventilação capaz de avaliar e controlar os valores térmicos existentes e proceder à circulação de ar, que será movimentado ou bloqueado, recorrendo a um sistema autónomo, mantendo a temperatura ideal nas salas de transformação. Este autómato é o cérebro de toda a cadeia lógica que, mediante as leituras efetuadas irá dar ordens de atuação aos diversos equipamentos. Apesar dos TP estarem protegidos dentro do edifício, estes produzem um maior ruído. A necessidade da existência do referido sistema de ventilação das divisões de funcionamento destas máquinas, implica a utilização de aparelhos que, apesar da sua evolução tecnológica os torna cada vez menos ruidosos, mas geram sempre alguma perturbação, o que pode representar um problema no cumprimento do regulamento geral do ruído.

Implicações da nova legislação na certificação energética de edifícios existentes

O desenvolvimento deste trabalho teve como principal objetivo obter uma primeira avaliação da nova proposta de revisão do Regulamento das Características do Comportamento Térmico de Edifícios (RCCTE), relativamente à certificação energética de edifícios existentes. Inicialmente foi feito um estudo da regulamentação térmica de edifícios em Portugal relativamente ao desempenho energético de edifícios. De seguida abordou-se o caso de estudo, onde para uma fração autónoma existente se compara a aplicação do RCCTE com a nova proposta de revisão. Este estudo comparativo foi realizado através de um método detalhado e um outro simplificado, que no caso do RCCTE está relacionado com a Nota Técnica NT-SCE-01 para a certificação térmica de edifícios existentes. Após obtidos os resultados das necessidades energéticas para todas as metodologias, referidas no parágrafo anterior, foi elaborada uma proposta de melhoria e a respetiva análise económica, de acordo com o Fundo de Eficiência Energética, FEE. As medidas de melhoria preconizadas, de acordo com este fundo, foram a substituição das janelas existentes por janelas eficientes e a utilização de coletores solares térmicos para preparação de água quente sanitária, AQS. Por fim, é feita uma análise dos resultados obtidos relativos às necessidades energéticas da fração autónoma, antes e após da proposta de melhoria.

Condicionamento acústico e certificação energética de edifícios

O presente relatório desenvolvido no âmbito do estágio curricular realizado na empresa – ASL & Associados, com duração de seis meses, tem como objetivo a elaboração e desenvolvimento de estudos acústicos de edifícios e elaboração de certificados energéticos de edifícios existentes. Inicialmente, será feita uma descrição da empresa acolhedora expondo a sua missão, valores e o portfólio abarcando projetos e revisão de projetos, certificação energética, ensaios acústicos, gestão e fiscalização de empreendimentos. As atividades desenvolvidas no estágio englobam a certificação energética de edifícios existentes aplicando a nova regulamentação térmica (REH), apresentando as simplificações de cálculo aplicadas a edifícios existentes e dois exemplos específicos de uma fração autónoma e um edifício unifamiliar. No campo da acústica foram estudados três edifícios, um habitacional, um misto e um de serviços. Para o condicionamento acústico dos casos de estudo serão aplicados métodos de cálculo utilizados na empresa e um método de cálculo para avaliação e classificação da qualidade acústica, o qual foi desenvolvido pelo Laboratório Nacional de Engenharia Civil – LNEC. Por fim, foram elaborados as ponderações sobre a experiência vivida, como considerações sobre os resultados obtidos tendo em conta os objetivos propostos para o desenvolvimento do estágio.

A elaboração do Portefólio de Transição [identificação de interesses e aspetos positivos da funcionalidade por uma jovem com incapacidade intelectual]

O presente estudo teve como objetivo analisar em que medida o envolvimento de uma jovem de 19 anos, com incapacidade intelectual, na elaboração de um portefólio de transição para a vida ativa, se revela um processo promotor do autoconhecimento e exploração pessoal, através de uma identificação mais abrangente das suas experiências, interesses e competências funcionais. O efeito valorativo da elaboração do portefólio - processo desenvolvido ao longo de 27 sessões - no reconhecimento de experiências e interações positivas de funcionalidade que sejam tomadas, pela própria jovem, como um ponto de partida para novas oportunidades no domínio de uma vida adulta autónoma, foi avaliado através da condução de uma entrevista – nos momentos pré e pós elaboração do portefólio – e do registo contínuo da participação da jovem ao longo das sessões. O guião da entrevista procurou incorporar tópicos que permitissem obter, através da perspetiva da jovem, um retrato da sua funcionalidade e do seu perfil pessoal. Socorremo-nos de técnicas de análise de conteúdo para examinar mudanças no conteúdo do discurso da jovem, procurando, com base nessa análise, quantificar e analisar a diversidade de experiências, interesses, funcionalidades e suportes reconhecidas pela própria antes e após elaboração do portefólio. Os resultados deste estudo indicam que a elaboração do portefólio promoveu a construção de um maior autoconhecimento, pela jovem, das suas competências, interesses e aspirações - havendo no momento pós-elaboração do portefólio uma maior referência a aspetos positivos da sua funcionalidade, nestas dimensões de análise. Assim, este estudo parece sugerir que o processo de elaboração do portefólio poder-se-á afigurar como uma metodologia facilitadora na condução de uma transição consonante com os princípios avançados na abordagem de planeamento centrado na pessoa.

Radar Based Collision detection developments on USV ROAZ II

This work presents the integration of obstacle detection and analysis capabilities in a coherent and advanced C&C framework allowing mixed-mode control in unmanned surface systems. The collision avoidance work has been successfully integrated in an operational autonomous surface vehicle and demonstrated in real operational conditions. We present the collision avoidance system, the ROAZ autonomous surface vehicle and the results obtained at sea tests. Limitations of current COTS radar systems are also discussed and further research directions are proposed towards the development and integration of advanced collision avoidance systems taking in account the different requirements in unmanned surface vehicles.

AUV Control and Communication using Underwater Acoustic Networks

Underwater acoustic networks can be quite effective to establish communication links between autonomous underwater vehicles (AUVs) and other vehicles or control units, enabling complex vehicle applications and control scenarios. A communications and control framework to support the use of underwater acoustic networks and sample application scenarios are described for single and multi-AUV operation.

Coordinated Maneuver for Gradient Search Using Multiple AUV's

OCEANS 2003. Proceedings (Volume:1 )

Hybrid Maneuver for Gradient Search with Multiple Coordinated AUVs

This work presents a hybrid maneuver for gradient search with multiple AUV's. The mission consists in following a gradient field in order to locate the source of a hydrothermal vent or underwater freshwater source. The formation gradient search exploits the environment structuring by the phenomena to be studied. The ingredients for coordination are the payload data collected by each vehicle and their knowledge of the behaviour of other vehicles and detected formation distortions.

Dificuldades de prendizagem na quisição da leitura: um estudo de caso

A aprendizagem da leitura e da escrita consiste num dos maiores desafios que as crianças têm de enfrentar no início da sua escolarização. Conseguir vencer esse desafio dá-lhes a oportunidade de se tornarem cidadãos livres, autónomos e informados (Silva, 2003). Contudo, o ato de ler pode tornar-se um desafio árduo de atingir, com muitas dificuldades pelo meio, podendo exigir bastante sensibilidade, conhecimento, informação e até arte por parte de quem ensina. Sabemos que a informação não chega a todos os alunos da mesma forma. Uns necessitam de mais tempo para aprender, mais oportunidades, outras estratégias. Este trabalho teve como objetivo principal encontrar um conjunto de estratégias que fossem ao encontro das necessidades educativas de uma aluna com oito anos de idade que revela grandes dificuldades na aquisição desta competência. Numa primeira fase da intervenção foram aplicadas provas diagnósticas para aferir as aquisições que a aluna já tinha feito de modo a delinear uma intervenção eficaz e motivadora que fosse ao encontro das suas necessidades. A intervenção baseou-se na aplicação de um método multissensorial que trabalhasse todos os mecanismos inerentes ao ato de ler. Esperava-se que com esta intervenção a aluna lesse e escrevesse pequenas frases, tendo adquirido a base para o desenvolvimento da leitura. Os resultados obtidos foram positivos, sendo que os fonemas trabalhados foram adquiridos, tendo chegado a aluna ao fim da intervenção a ler frases simples

No encontro comigo e com os outros

No presente Relatório apresenta-se o Projeto “No Encontro Comigo e Com os Outros”, desenvolvido com um grupo de mães de pessoas com deficiência intelectual. Este Projeto propõe uma resposta de apoio e de partilha num grupo de mães, visando o estabelecimento de relações em grupo, para que se reflita de forma autónoma nos problemas comuns. Desta forma, este Projeto, para além de propor encontros de apoio emocional, aponta para o envolvimento das mães nas atividades institucionais da Associação que os filhos frequentam. Os desafios colocados às famílias com filhos com deficiência fundamentaram o desenvolvimento de um Projeto em Educação e Intervenção Social, enquanto promotor de reflexão e de autonomia. Neste sentido, todo o Projeto posicionou-se, metodologicamente, na Investigação Ação-Participativa, onde, com as pessoas, se recolheu e analisou toda a informação que conduzia aos problemas e necessidades evidenciados. A finalidade deste projeto, e todos os objetivos propostos, foram, assim, ao encontro dos problemas e necessidades priorizados pelos intervenientes, propondo-se, a partir de um conjunto de ações, alcançar uma nova realidade. Desta forma, os resultados obtidos com o Projeto foram satisfatórios, por ter contribuído para o estabelecimento de laços entre as mães, por ter fomentando a partilha e a reflexão acerca dos problemas vivenciados e por ter envolvido as mesmas nos processos institucionais. Deficiência, Família, Grupo de Apoio, Partilha, Relação.