Standard commercial education robotic platform: intermediate solution to teaching robotics

Teaching robotics to students at the beginning of their studies has become a huge challenge. Simulation environments can be an effective solution to that challenge where students can interact with simulated robots and have the first contact with robotic constraints. From our previous experience with simulation environments it was possible to observe that students with lower background knowledge in robotics where able to deal with a limited number of constraints, implement a simulated robotic platform and study several sensors. The question is: after this first phase what should be the best approach? Should the student start developing their own hardware? Hardware development is a very important part of an engineer's education but it can also be a difficult phase that could lead to discouragement and loss of motivation in some students. Considering the previous constraints and first year engineering students’ high abandonment rate it is important to develop teaching strategies to deal with this problem in a feasible way. The solution that we propose is the integration of a low-cost standard robotic platform WowWee Rovio as an intermediate solution between the simulation phase and the stage where the students can develop their own robots. This approach will allow the students to keep working in robotic areas such as: cooperative behaviour, perception, navigation and data fusion. The propose approach proved to be a motivation step not only for the students but also for the teachers. Students and teachers were able to reach an agreement between the level of demand imposed by the teachers and satisfaction/motivation of the students.

Ontologies learn by searching

Dissertation to obtain the Master degree in Electrical Engineering and Computer Science

Application of Visual-Inertial SLAM for 3D Mapping of Underground Environments

The underground scenarios are one of the most challenging environments for accurate and precise 3d mapping where hostile conditions like absence of Global Positioning Systems, extreme lighting variations and geometrically smooth surfaces may be expected. So far, the state-of-the-art methods in underground modelling remain restricted to environments in which pronounced geometric features are abundant. This limitation is a consequence of the scan matching algorithms used to solve the localization and registration problems. This paper contributes to the expansion of the modelling capabilities to structures characterized by uniform geometry and smooth surfaces, as is the case of road and train tunnels. To achieve that, we combine some state of the art techniques from mobile robotics, and propose a method for 6DOF platform positioning in such scenarios, that is latter used for the environment modelling. A visual monocular Simultaneous Localization and Mapping (MonoSLAM) approach based on the Extended Kalman Filter (EKF), complemented by the introduction of inertial measurements in the prediction step, allows our system to localize himself over long distances, using exclusively sensors carried on board a mobile platform. By feeding the Extended Kalman Filter with inertial data we were able to overcome the major problem related with MonoSLAM implementations, known as scale factor ambiguity. Despite extreme lighting variations, reliable visual features were extracted through the SIFT algorithm, and inserted directly in the EKF mechanism according to the Inverse Depth Parametrization. Through the 1-Point RANSAC (Random Sample Consensus) wrong frame-to-frame feature matches were rejected. The developed method was tested based on a dataset acquired inside a road tunnel and the navigation results compared with a ground truth obtained by post-processing a high grade Inertial Navigation System and L1/L2 RTK-GPS measurements acquired outside the tunnel. Results from the localization strategy are presented and analyzed.

Energy Harvesting for Autonomous Underwater Vehicles

In this study, energy production for autonomous underwater vehicles is investigated. This project is part of a bigger project called TURTLE. The autonomous vehicles perform oceanic researches at seabed for which they are intended to be kept operational underwater for several months. In order to ful l a long-term underwater condition, powerful batteries are combined with \micro- scale" energy production on the spot. This work tends to develop a system that generates power up to a maximum of 30 W. Latter energy harvesting structure consists basically of a turbine combined with a generator and low-power electronics to adjust the achieved voltage to a required battery charger voltage. Every component is examined separately hence an optimum can be de ned for all, and subsequently also an overall optimum. Di erent design parameters as e.g. number of blades, solidity ratio and cross-section area are compared for di erent turbines, in order to see what is the most feasible type. Further, a generator is chosen by studying how ux distributions might be adjusted to low velocities, and how cogging torque can be excluded by adapted designs. Low-power electronics are con gured in order to convert and stabilize heavily varying three-phase voltages to a constant, recti ed voltage which is usable for battery storage. Clearly, di erent component parameters as maximum power and torque are matched here to increase the overall power generation. Furthermore an overall maximum power is set up for achieving a maximum power ow at load side. Due to among others typical low velocities of about 0.1 to 0.5 m/s, and constructing limits of the prototype, the vast range of components is restricted to only a few that could be used. Hence, a helical turbine is combined in a direct drive mode to a coreless-stator axial- ux permanent-magnet generator, from which the output voltage is adjusted subsequently by a recti er, impedance matching unit, upconverter circuit and an overall control unit to regulate di erent component parameters. All these electronics are combined in a closed-loop design to involve positive feedback signals. Furthermore a theoretical con guration for the TURTLE vehicle is described in this work and a solution is proposed that might be implemented, for which several design tests are performable in a future study.

Rede de Calor – Uma Solução a Biomassa para um Complexo de Hóteis

O recurso às energias renováveis é na actualidade um tema que atinge um grau de importância primordial face á crescente preocupação com o meio ambiente e o impacto negativo, que a produção de energia com base em combustíveis fósseis tem. Esta importância aliada a uma tendência cada vez maior para a criação de soluções de produção sustentável de energia, tem obrigado ao desenvolvimento desta vertente do sector energético e ao estudo e consequentemente implementação de soluções integradas que permitam uma economia competitiva. Os hotéis, sendo estabelecimentos comerciais que desenvolvem uma actividade que envolve, na generalidade, um nível de consumo energético considerável para garantir os seus serviços básicos de acomodação e lazer, tornam-se por excelência alvos primordiais no que concerne ao seu elevado potencial de poupança de energia. O ramo da hotelaria, dada a sua especificidade e a natureza dos edifícios que comporta, torna-os em excelentes candidatos para análise e optimização energética, e como tal um alvo de negócio para as empresas de comercialização de poupanças energéticas. As empresas dedicadas aos serviços de energia são conhecidas por ESCO (Energy Service Company ou Energy Savings Company). A sua actividade tem por base apresentar soluções de energia, nomeadamente a implementação de projectos de poupança energética que podem englobar produção, conservação e fornecimento de energia, bem como gestão de risco associada. O objectivo principal é apresentar soluções de optimização e eficiência energética levando á sua implementação em casos reais de exploração em edifícios ou sectores específicos, rentabilizando o investimento e partilhando o lucro dessa rentabilização com os clientes. No caso específico dos hotéis, mais concretamente um complexo de hotéis, como o estudado neste trabalho, esta análise pretende elaborar uma caracterização das necessidades energéticas do sector e apresentar um conjunto de soluções energéticas adequadas à realidade hoteleira. É também objecto de análise, toda a aproximação de um modelo de negócio energético a explorar por uma ESCO. O presente trabalho, realizado no âmbito da parceria entre a Gebio e a Confraria do Bom Jesus, tem por objectivo demonstrar as bases do contracto de performance entre uma empresa ESCO (Gebio – empresa concessionária do projecto) e um complexo de hotéis (constituído pelo Hotel do Lago, Hotel do Parque e Hotel do Templo), com vista a optimizar os consumos energéticos para a produção de energia térmica capaz de corresponder às necessidades do complexo. Foi desenvolvido um estudo completo das necessidades térmicas do complexo, com vista a projectar uma solução integrada de produção de energia térmica, com recurso a uma caldeira de biomassa, para os hotéis. Foi realizado um levantamento extensivo dos consumos e custos energético do complexo, nomeadamente para as águas quentes sanitárias. Desta análise obtiveram-se os custos reais do sistema e com os mesmos foi possível, numa primeira fase, elaborar os diversos projectos, hidráulico, eléctricos e civil, de forma a se definir a solução base e quais os orçamentos previstos para a instalação de um sistema de produção a biomassa, e numa segunda fase foi estudada a viabilidade da assinatura de um contracto de performance entre a ESCO e o complexo de hotéis.

A Multi–Agent Brokerage Platform for Media Content Recommendation

Near real time media content personalisation is nowadays a major challenge involving media content sources, distributors and viewers. This paper describes an approach to seamless recommendation, negotiation and transaction of personalised media content. It adopts an integrated view of the problem by proposing, on the business-to-business (B2B) side, a brokerage platform to negotiate the media items on behalf of the media content distributors and sources, providing viewers, on the business-to-consumer (B2C) side, with a personalised electronic programme guide (EPG) containing the set of recommended items after negotiation. In this setup, when a viewer connects, the distributor looks up and invites sources to negotiate the contents of the viewer personal EPG. The proposed multi-agent brokerage platform is structured in four layers, modelling the registration, service agreement, partner lookup, invitation as well as item recommendation, negotiation and transaction stages of the B2B processes. The recommendation service is a rule-based switch hybrid filter, including six collaborative and two content-based filters. The rule-based system selects, at runtime, the filter(s) to apply as well as the final set of recommendations to present. The filter selection is based on the data available, ranging from the history of items watched to the ratings and/or tags assigned to the items by the viewer. Additionally, this module implements (i) a novel item stereotype to represent newly arrived items, (ii) a standard user stereotype for new users, (iii) a novel passive user tag cloud stereotype for socially passive users, and (iv) a new content-based filter named the collinearity and proximity similarity (CPS). At the end of the paper, we present off-line results and a case study describing how the recommendation service works. The proposed system provides, to our knowledge, an excellent holistic solution to the problem of recommending multimedia contents.

A filter algorithm: comparison with NLP solvers

The purpose of this work is to present an algorithm to solve nonlinear constrained optimization problems, using the filter method with the inexact restoration (IR) approach. In the IR approach two independent phases are performed in each iteration—the feasibility and the optimality phases. The first one directs the iterative process into the feasible region, i.e. finds one point with less constraints violation. The optimality phase starts from this point and its goal is to optimize the objective function into the satisfied constraints space. To evaluate the solution approximations in each iteration a scheme based on the filter method is used in both phases of the algorithm. This method replaces the merit functions that are based on penalty schemes, avoiding the related difficulties such as the penalty parameter estimation and the non-differentiability of some of them. The filter method is implemented in the context of the line search globalization technique. A set of more than two hundred AMPL test problems is solved. The algorithm developed is compared with LOQO and NPSOL software packages.

Hydrogeomechanics for rock engineering: coupling subsurface hydrogeomechanical assessement and hydrogeotechnical mapping on fracturated rock masses

The present work aims to achieve and further develop a hydrogeomechanical approach in Caldas da Cavaca hydromineral system rock mass (Aguiar da Beira, NW Portugal), and contribute to a better understanding of the hydrogeological conceptual site model. A collection of several data, namely geology, hydrogeology, rock and soil geotechnics, borehole hydraulics and hydrogeomechanics, was retrieved from three rock slopes (Lagoa, Amores and Cancela). To accomplish a comprehensive analysis and rock engineering conceptualisation of the site, a multi‐technical approach were used, such as, field and laboratory techniques, hydrogeotechnical mapping, hydrogeomechanical zoning and hydrogeomechanical scheme classifications and indexes. In addition, a hydrogeomechanical data analysis and assessment, such as Hydro‐Potential (HP)‐Value technique, JW Joint Water Reduction index, Hydraulic Classification (HC) System were applied on rock slopes. The hydrogeomechanical zone HGMZ 1 of Lagoa slope achieved higher hydraulic conductivities with poorer rock mass quality results, followed by the hydrogeomechanical zone HGMZ 2 of Lagoa slope, with poor to fair rock mass quality and lower hydraulic parameters. In addition, Amores slope had a fair to good rock mass quality and the lowest hydraulic conductivity. The hydrogeomechanical zone HGMZ 3 of Lagoa slope, and the hydrogeomechanical zones HGMZ 1 and HGMZ 2 of Cancela slope had a fair to poor rock mass quality but were completely dry. Geographical Information Systems (GIS) mapping technologies was used in overall hydrogeological and hydrogeomechanical data integration in order to improve the hydrogeological conceptual site model.

gvSIG An Open Source GIS solution for the Android Platform

Dissertation submitted in partial fulfilment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies

Plano estratégico “Empowering Lab ESEIG”

Os jovens ao longo do seu percurso escolar têm aspirações e expetativas elevadas quanto ao valor de empregabilidade dos diplomas a que tiveram acesso em todos os graus de ensino. Contudo, no recente contexto de crise económica, essas aspirações e expetativas socialmente nutridas pela escola e pela família têm sido em grande medida frustradas pelas crescentes dificuldades que os jovens portugueses de hoje têm vivido nos seus processos de inserção profissional. A nível individual, um jovem que passe um longo período inativo tem grandes probabilidades de sofrer de baixa autoestima, exclusão social ou de um “wage scar”, isto é, de no futuro ter um rendimento abaixo do rendimento médio de pessoas com formação e experiência equivalentes além de desenvolverem uma atitude passiva e falta de participação social, o que no longo prazo acaba por ter implicações negativas para a sociedade como um todo. Conscientes desta realidade e sabendo que as incubadoras de negócios podem transmitir confiança à comunidade financeira e apoiar as startups, promovendo uma cultura de empreendedorismo e agindo como um catalisador para o desenvolvimento de estruturas de suporte de negócios mais amplas, partimos para o estudo da incubação de negócios com o intuito de traçar um plano estratégico para a Escola Superior de Estudos Industriais e de Gestão (ESEIG) que permitisse desenvolver a cultura empreendedora da sua comunidade e por esta via dar o seu contributo para a resolução da crise económica que o país atravessa. Começamos por fazer um enquadramento teórico da incubação de negócios e rapidamente percebemos que, sendo a ESEIG uma instituição de ensino superior, era importante incluir no estudo os conceitos de empreendedorismo e inovação e perceber ao nível teórico como funciona a relação Universidade-Empresa. De seguida, fomos para o “terreno” e percebemos que a solução para este desafio passaria por capacitar os alunos da ESEIG com as competências empresariais e empreendedoras necessárias para o desenvolvimento de qualquer empreendimento autonomamente. Faltava agora perceber qual a melhor forma de concretizar este ambicioso objetivo. Após um pouco mais de estudo, percebemos que, a paixão está no centro de empreendedorismo juntamente com outras dimensões afetivas e emocionais e pode estimular a criatividade e o reconhecimento de novos padrões de informação fundamental para a descoberta e exploração de oportunidades promissoras. Por sua vez, a alegria local (escolas, cidades, regiões, países) está associada a uma maior atividade empreendedora, o humor e sentimentos positivos, bem como a satisfação de vida geram efeitos benéficos, como melhor desempenho nas tarefas e produtividade, evolução na carreira e sucesso pessoal e maior propensão para assumir riscos. Percebemos então que é necessário desenvolver uma cultura de positividade, pelo que, sugerimos a implementação do novo quadro conceptual PROSPER (Positivity; Relationships; Outcomes; Strengths; Purpose; Engagement; Resilience) que tem o potencial de ser usado como uma ferramenta organizacional para a implementação dos sete principais componentes de bem-estar. Cientes de que o objetivo final é aumentar a intenção empreendedora dos estudantes, bem como o número efetivo de empreendedores, definimos como objetivos, promover o valor do empreendedorismo na criação de oportunidades e no desenvolvimento das competências dos estudantes (Engaging), fornecer aos estudantes oportunidades de aprendizagem empresarial (Empowering) e apoiar os estudantes na criação e no desenvolvimento de negócios (Equipping). Neste sentido, sugerimos diversas ações que materializam estes objetivos. Para finalizar, utilizamos um Lean Canvas com o intuito de concretizar a nossa proposta estratégica para ESEIG, que culmina com a criação do Empowering Lab ESEIG.

Desenvolvimento de software com integração contínua

A integração contínua é uma prática no desenvolvimento de software que já existe há algum tempo mas ainda não é muito conhecida nem usada. Esta prática no desenvolvimento de software surgiu com a programação extrema e tem evoluído ao longo dos últimos anos, adaptando-se às novas tecnologias. O estudo aqui apresentado pretende essencialmente mostrar a real importância e o valor acrescido que a integração contínua pode trazer a um projeto de desenvolvimento de software. O trabalho aqui exposto surge no âmbito de um projeto interno, realizado pelo autor na empresa Konkconsulting, cuja finalidade se prende com o conhecimento mais aprofundado da integração contínua e com o levantamento das necessidades e criação de soluções, de modo a conseguir a sua utilização nos produtos que irão ser desenvolvidos pela empresa. Nesta dissertação, é proposto um conjunto de ferramentas para responder às necessidades imediatas da empresa na implementação de integração contínua num dos seus projetos. Estas ferramentas devem ser de simples e de fácil utilização, de modo a ajudar os programadores durante os desenvolvimentos e responder às necessidades da utilização da integração contínua em um projeto a ser desenvolvido pela empresa, mas ao mesmo tempo, podendo ser facilmente incorporadas em futuros projetos.

Delineating environmental groundwater vulnerability and protection zones mapping in fractured rock masses

Hard‐rock watersheds commonly exhibit complex geological bedrock and morphological features. Hydromineral resources have relevant economic value for the thermal spas industry. The present study aims to develop a groundwater vulnerability approach in Caldas da Cavaca hydromineral system (Aguiar da Beira, Central Portugal) which has a thermal tradition that dates back to the late 19th century, and contribute to a better understanding of the hydrogeological conceptual site model. In this work different layers were overlaid, generating several thematic maps to arrive at an integrated framework of several key‐sectors in Caldas da Cavaca site. Thus, to accomplish a comprehensive analysis and conceptualization of the site, a multi‐technical approach was used, such as, field and laboratory techniques, where several data was collected, like geotectonics, hydrology and hydrogeology, hydrogeomorphology, hydrogeophysical and hydrogeomechanical zoning aiming the application of the so‐called DISCO method. All these techniques were successfully performed and a groundwater vulnerability to contamination assessment, based on GOD‐S, DRASTIC‐Fm, SINTACS, SI and DISCO indexes methodology, was delineated. Geographical Information Systems (GIS) technology was on the basis to organise and integrate the geodatabases and to produce all the thematic maps. This multi‐technical approach highlights the importance of groundwater vulnerability to contamination mapping as a tool to support hydrogeological conceptualisation, contributing to better decision‐making of water resources management and sustainability.

Scalable and interference aware wi-fi mesh networks using cots devices

A crescente tendencia no acesso móvel tem sido potenciada pela tecnologia IEEE 802.11. Contudo, estas redes têm alcance rádio limitado. Para a extensão da sua cobertura é possível recorrer a redes emalhadas sem fios baseadas na tecnologia IEEE 802.11, com vantagem do ponto de vista do custo e da flexibilidade de instalação, face a soluções cabladas. Redes emalhadas sem fios constituídas por nós com apenas uma interface têm escalabilidade reduzida. A principal razão dessa limitação deve-se ao uso do mecanismo de acesso ao meio partilhado Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) em topologias multi-hop. Especificamente, o CSMA/CA não evita o problema do nó escondido levando ao aumento do número de colisões e correspondente degradação de desempenho com impacto direto no throughput e na latência. Com a redução da tecnologia rádio torna-se viável a utilização de múltiplos rádios por nó, sem com isso aumentar significativamente o custo da solução final de comunicações. A utilização de mais do que um rádio por nó de comuniações permite superar os problemas de desempenho inerentes ás redes formadas por nós com apenas um rádio. O objetivo desta tese, passa por desenvolver uma nova solução para redes emalhadas multi-cana, duar-radio, utilizando para isso novos mecanismos que complementam os mecanismos definidos no IEEE 802.11 para o estabelecimento de um Basic Service Set (BSS). A solução é baseada na solução WiFIX, um protocolo de routing para redes emalhadas de interface única e reutiliza os mecanismos já implementados nas redes IEEE 802.11 para difundir métricas que permitam à rede escalar de forma eficaz minimizando o impacto na performance. A rede multi-hop é formada por nós equipados com duas interfaces, organizados numa topologia hierárquica sobre múltiplas relações Access Point (AP) – Station (STA). Os resultados experimentais obtidos mostram a eficácia e o bom desempenho da solução proposta face à solução WiFIX original.

Evaluation of Spatial interpolation techniques for mapping climate variables with low sample density: a case study using a new gridded dataset of Bangladesh

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.

A Web based geospatial application for disaster preparedness in Uganda

Dissertation submitted in partial fulfillment of the requirements for the Degree of Master of Science in Geospatial Technologies.